專利名稱：高強(qiáng)度的支撐物的制作方法
高強(qiáng)度的支撐物
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及在多種多樣的工業(yè)應(yīng)用中使用的陶瓷顆粒。這些申請中的一些包括使用多個(gè)陶瓷顆粒作為一種支撐物來協(xié)助從已經(jīng)鉆入到地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的井去除液體和 /或氣體；作為介質(zhì)用于沖刷、研磨或拋光；作為一種化學(xué)反應(yīng)器中的床支持介質(zhì)；作為一種傳熱介質(zhì)；作為一種過濾介質(zhì)；以及當(dāng)施加到浙青屋面板中時(shí)作為蓋屋頂?shù)牧狭！８_切地說，本發(fā)明在要求具有高的粉碎耐受性的陶瓷球體的應(yīng)用中是有用的。甚至更確切地說，本發(fā)明涉及可以用在地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的支撐物，其中施加到該支持物上的壓力超過了常規(guī)的支持物(例如砂和樹脂涂覆的砂)的粉碎耐受性。針對支撐物的專利以及公開的專利申請的例子包括US 3，376，930 ；US 4，632，876 ；US 7, 067, 445 ；US 2006/0177661 以及 US 2008/0000638。概述本發(fā)明的實(shí)施方案提供了適合于在要求高強(qiáng)度的支撐物的井下應(yīng)用中使用的陶瓷顆粒。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括一種含有陶瓷材料的燒結(jié)的顆粒。該陶瓷材料包括鋁、鐵以及硅的氧化物。硅的氧化物代表不大于30重量百分比的氧化物的結(jié)合重量。鐵的氧化物代表15和40之間重量百分比的氧化物的結(jié)合重量。這種陶瓷材料的密度超過了 3. 5g/CC0另一個(gè)實(shí)施方案涉及一種用于制造含有燒結(jié)的陶瓷材料的顆粒的方法。該方法可以包括以下步驟使至少一種第一金屬氧化物與一種或多種干燥的成分以及至少一種液體進(jìn)行混合，由此形成一種混合物。將該混合物的至少一部分成形成一種顆粒前體。燒結(jié)該前體。加熱該前體并且將一個(gè)外部施用的壓縮力施加到該前體上由此形成一種燒結(jié)的陶瓷顆粒。附圖簡要說明

圖1是一個(gè)三相圖；圖2是用來制造一種陶瓷顆粒的方法的一個(gè)流程圖；以及圖3是一個(gè)線性流程圖，該圖通過細(xì)碎片的百分比對壓力繪圖示出了壓縮耐受性。詳細(xì)說明使用顆粒協(xié)助從井下的井鉆孔中除去基于烴的流體(例如天然氣和原油)的技術(shù)已經(jīng)在許多專利和雜志文章中證明?？梢员环Q為支撐物的這些顆粒被用來支撐在地里的開口的裂縫，天然氣和原油通過這些開口裂縫流至井孔。在沒有使用支撐物的井中，在地里最靠近井孔定位的裂縫可以在最靠近該井孔定位的天然氣和原油被移開之后很快坍塌。這種裂縫的坍塌通過阻止另外的原油和天然氣向該井孔移動而限制了井的產(chǎn)量。相比之下，使用支撐物的井的生產(chǎn)率可以改進(jìn)，因?yàn)檫@些支撐物支撐了否則會在基于烴的流體移開后靠近的地里的開口裂縫。這些支撐物通過使支撐物與一種壓裂液混合而遞送到這些裂縫，該壓裂液被強(qiáng)制通過該井孔并且進(jìn)入這些裂縫。當(dāng)該壓裂液被移除時(shí)，這些顆粒仍然被嵌在裂縫中，由此支撐了這些開口裂縫。由于不斷地需要提供越來越大量的天然氣和石油以及同時(shí)位于地球表面易得的天然氣和石油的耗盡，新井必須鉆地比舊井更深以便達(dá)到以前未開發(fā)的石油和天然氣的儲存所。隨著井孔深度的增加，土地施加到支撐物上的壓力也增加了。結(jié)果是，支撐物制造廠家需要生產(chǎn)可以經(jīng)受比幾年前所生產(chǎn)的支撐物更高壓力的支撐物以便抵抗在更深的井深度下的粉碎。支撐物經(jīng)受粉碎的能力可以表征為粉碎耐受性，它是一個(gè)通常用來表示支撐物的強(qiáng)度的術(shù)語并且可以使用ISO 13503-2 :2006 (E)確定。一種強(qiáng)支持物在相同的閉合應(yīng)力下產(chǎn)生了比弱的支撐物更低的重量百分比粉碎耐受性。例如，具有2重量百分比的粉碎耐受性的支撐物被認(rèn)為是一種強(qiáng)支持物并且比具有10重量百分比的粉碎耐受性的弱支撐物是優(yōu)選的。支撐物可以由天然存在的材料(例如砂)亦或通過制造方法生產(chǎn)的組合物來制造。用來制造支持物的組合物的例子是多種金屬氧化物的組合，例如鋁土礦，它與不同的添加劑混合，成形成多個(gè)總體上球狀的球并且然后燒結(jié)成多個(gè)陶瓷支持物。盡管鋁土礦的精確化學(xué)組成可以取決于該鋁土礦被移出的礦位置改變，大多數(shù)的鋁土礦包括60和90之間重量百分比的ai2O3。可以被用來制造支撐物的組合物的另一個(gè)例子通常被稱為“紅泥”，它是用于精煉鋁的拜耳法(Bayer process)的一種副產(chǎn)物。這種廢棄產(chǎn)物典型地包括被氧化的鐵、鈦、鈉、硅石以及其他雜質(zhì)。鋁土礦的化學(xué)組成可以通過制備一種熔融的鋁土礦樣品并且然后使用X-射線熒光(XRF)分析設(shè)備來確定鋁的氧化物、鐵的氧化物以及硅的氧化物的重量百分比來確定。 這種熔融的樣品可以使用Claisse M4助熔劑熔融裝置(由Claisse of Quebec City制造的，加拿大)如下制備。將幾克的鋁土礦手動研磨使得該鋁土礦通過一個(gè)75 μ πΚ200泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩號)的篩。在一個(gè)Claisse提供的鉬坩堝中，將l.OOOOg(士0.0005g)的研磨的并且篩選的鋁土礦與8. OOOOg (士0. 0005g)的含有一種脫模劑(例如LiBr或CsI)鋰硼酸鹽 50-50混合。如果該脫模劑沒有包含在該硼酸鋰中，可以加入三滴脫模劑05w/V%LiBr或 CsI)。然后將坩堝中的混合物逐漸地加熱以除去任何有機(jī)材料，濕氣等。同時(shí)，將坩堝迅速旋轉(zhuǎn)使得由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力驅(qū)逐從該熔融材料中夾帶的任何氣體。當(dāng)該坩堝中的熔融鋁土礦的溫度達(dá)到約1000°C時(shí)，將該材料液化并且將該坩堝傾斜，從而熔融的鋁土礦流入到一個(gè)盤式模具中。當(dāng)該熔融的材料在盤式模具中冷卻時(shí)，一個(gè)風(fēng)扇將空氣吹入到該模具上以協(xié)助除去熱量。隨著熔融的鋁土礦冷卻，該材料熔融并且形成一個(gè)盤形樣品，該樣品測量為約3cm寬并且4mm厚。該盤應(yīng)不含有任何陷入其中的氣泡。然后該冷卻的盤的化學(xué)組成使用模型MagiX Pro Philips X射線熒光分析儀運(yùn)行的IQ+軟件確定?？梢允褂孟嗤某绦騺泶_定陶瓷顆粒例如支撐物的化學(xué)組成。當(dāng)選擇一個(gè)用來制造支撐物的鋁土礦礦石來源時(shí)支撐物制造廠家考慮的一個(gè)指標(biāo)是所不希望的雜質(zhì)的水平，這些雜質(zhì)被認(rèn)為降低了支撐物的性能。典型的雜質(zhì)包括氧化鐵以及氧化鈦。不幸地是，過量的鐵礦石在支撐物制造過程的燒結(jié)步驟過程中會引起問題， 因?yàn)殍F礦的燒結(jié)溫度實(shí)質(zhì)上不同于氧化鋁以及鋁-硅氧化物(例如高嶺土或莫來石)的燒結(jié)溫度。如在此所使用的“燒結(jié)”意思是通過施加熱量來連接顆粒。這通常會導(dǎo)致致密化， 但并非在所有情況下。一些商業(yè)上可行的支撐物制造廠家認(rèn)為具有大于15重量百分比的氧化鐵的鋁土礦礦石來源不適合用作生產(chǎn)支撐物的原料。相比之下，本申請披露了先前被認(rèn)為是不能接受的含有大量的金屬氧化物的鋁土礦來源可以用來制造具有改進(jìn)的粉碎耐受性的一種支撐物。支撐物可以通過選擇一種鋁土礦礦石來源制造，該來源固有地包含50 和85之間重量比的一種第一金屬氧化物，例如鋁的氧化物，它具有大于3. 7g/cc的密度；在 15和40之間的重量百分比的一種第二金屬氧化物，例如鐵的氧化物，它具有大于3. 9g/cc 的密度；以及0和30之間重量百分比的一種第三金屬氧化物，例如硅的氧化物，它具有不大于2.8g/cc的密度。此外，非天然地含有足夠水平的氧化鐵的鋁土礦礦石可以與一個(gè)單獨(dú)的氧化鐵來源混合以便在支撐物中獲得改進(jìn)的性能。支撐物發(fā)展的歷史(如在一些美國專利中證明的)相對于支撐物的比重的最好范圍的傳授內(nèi)容是不一致的。在1970年代，US 4，068，718要求了 1974年5月17日提交的申請的優(yōu)先權(quán)，披露了一種“包括具有大于約3. 4的比重的燒結(jié)鋁土礦的顆粒的高強(qiáng)度的支撐試劑”。然而，在1980年代期間，支撐物工業(yè)用了相當(dāng)大的努力來生產(chǎn)具有顯著地小于 3. 4的比重的支撐物。例如，在1984年1月18日提交的US 4，680，230引用了為美國能源部完成的一項(xiàng)研究，它描述了一種“理想的支撐物”，由于具有“小于二的比重”。在第一欄， 第49至65行，該申請傳授了避開使用燒結(jié)的鋁土礦作為一種支撐物。關(guān)于使用含有氧化鐵的材料生產(chǎn)陶瓷球體(例如具有高粉碎強(qiáng)度的支撐物)的用途，美國4，632，876傳授了 “然而，鼓風(fēng)爐爐渣、發(fā)電廠爐渣以及飛灰可以被使用但是總體上是不可接受的因?yàn)樗鼈兊母哐趸F含量產(chǎn)生了高密度。礦物顆粒的氧化鐵含量應(yīng)基本上低于9重量百分比，優(yōu)選小于 5%”。與以上描述的專利相比，本發(fā)明披露了一種支撐物，其中該支撐物的陶瓷材料具有實(shí)質(zhì)上比先前認(rèn)為可行的高的氧化鐵含量。如在此所使用的，短語“陶瓷材料”是指無機(jī)的、金屬的以及非金屬的、氧化物的、碳化物的以及氮化物的料粒的集合，它們被成形成一種球體并且被燒結(jié)使得單獨(dú)的料粒彼此粘合由此形成一種燒結(jié)的顆粒。這種陶瓷材料不包括揮發(fā)性組分，例如用來制造該支撐物的粘合劑以及液體，也不包括在燒結(jié)步驟之后可以加入到該顆粒中的聚合物或其他涂層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，這種支撐物包括含有鋁的氧化物的至少一種第一金屬氧化物以及含有鐵的氧化物的至少一種第二金屬氧化物并且可以包括含有硅的氧化物的至少一種第三金屬氧化物。該第一、第二以及第三金屬氧化物的重量百分比分別以Al203、Fe203、和S^2計(jì)算。在該支撐物中鐵的氧化物的量值可以代表在15和40之間的重量百分比、更優(yōu)選在15和35之間的重量百分比、甚至更優(yōu)選在20 和30之間的重量百分比的氧化物的結(jié)合重量。硅的氧化物的量值可以代表在0和30之間的重量百分比，更優(yōu)選1和10之間的重量百分比的氧化物的結(jié)合重量。該第一、第二以及第三金屬氧化物的重量百分比是以僅這些金屬氧化物的結(jié)合重量的部分計(jì)算。如果這種支撐物包括其他組分，例如施加到該支撐物表面上的聚合物涂層和/或一種第四金屬氧化物， 該聚合物和該第四金屬氧化物的重量均不包含在該第一、第二以及第三金屬氧化物的重量百分比的計(jì)算中。該金屬氧化物的結(jié)合重量可以超出陶瓷顆粒的總重量的50重量百分比。 該陶瓷顆粒的總重量包括該第一、第二以及第三金屬氧化物的重量加上在該顆粒被燒結(jié)之后并且加入任何涂層、添加劑等之前剩余的其他金屬氧化物以及雜質(zhì)的重量。該第一、第二以及第三金屬氧化物的結(jié)合重量可以超出陶瓷顆粒的總重量的60或甚至70重量百分比。除了以上描述的化學(xué)組成的特征之外，該顆粒的陶瓷材料的密度大于3. 5g/cc。 在某些實(shí)施方案中，該顆粒的陶瓷材料的密度可以大于3. 6g/cc、4. 0g/cc、4. 2g/cc或甚至4. 5g/cc0如在此所使用的，短語“真密度”、“陶瓷材料的密度”、“顆粒的陶瓷材料的密度”以及“支撐物陶瓷材料的密度”均是指形成了該陶瓷顆粒的固體陶瓷基質(zhì)的真密度。如Arthur Dodd和David Murfin在Dictionary of Ceramics第三版中定義的，一種多孔固體的真密度被“定義為材料的質(zhì)量與其真體積之比”它然后被“定義為僅固體材料的體積，忽略了任何孔的體積”。一種陶瓷材料的真密度特征為該陶瓷材料的化學(xué)組成以及一個(gè)或多個(gè)晶相。該陶瓷材料的真密度不依賴于該顆粒的孔隙率。支撐物陶瓷材料的密度根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)D(^840-69通過稱重一個(gè)樣品，將該樣品研磨至小于100篩目，使用一個(gè)氦比重計(jì)(例如 SPY03Quantachrome stereopycnometer)測量該樣品的體積并且計(jì)算每立方厘米的重量來確定。該陶瓷材料的密度是與顆粒的比重不同的并且分開的一個(gè)物理參數(shù)。與以上提供的密度的定義相比，短語“陶瓷顆粒的比重”以及“支撐物的比重”均是指顆粒的表觀比重， 它在Dictionary of Ceramics中被定義為“質(zhì)量與一個(gè)量值的水的質(zhì)量之比，該量值的水在4°C具有等于在測量溫度下材料的表觀固體體積的體積”。對于在此的使用，表觀固體體積被定義為固體材料的體積加上任何密封的孔的體積。該陶瓷顆粒的比重受結(jié)合到該顆粒中的孔隙率的直接影響。本發(fā)明的陶瓷顆粒的孔隙率可以范圍是從2百分比至40百分比。 具有5和15之間的百分比的孔隙率的陶瓷顆粒是可行的。該陶瓷顆粒的比重可以使用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 13503-2.確定。該標(biāo)準(zhǔn)在2006年11月1日頒布。在陶瓷體中的表觀孔隙率被定義為1減去表觀比重除以真密度的商。該陶瓷材料的真密度以及該陶瓷顆粒的比重可以獨(dú)立地控制。例如，當(dāng)保持該陶瓷材料的真密度恒定時(shí)，可以制造具有結(jié)合到其中的不同水平的孔隙率的陶瓷顆粒，由此產(chǎn)生具有相同真密度但是不同比重的陶瓷顆粒。類似地，當(dāng)保持在幾個(gè)陶瓷顆粒中的孔隙率的水平相同時(shí)，用來制造顆粒的陶瓷材料的組成可以改變由此產(chǎn)生具有相同的孔隙率但是不同的真密度的顆粒。使用在此提供的傳授內(nèi)容，可以制造具有低比重并且高粉碎耐受性的支撐物。這種支撐物可以由一種高密度的材料，例如具有大于3. 5g/cc的真密度的陶瓷材料來制造， 同時(shí)由于在該支撐物中結(jié)合了多個(gè)孔該支撐物可以具有一個(gè)低的比重例如2. 8.具有甚至更低的比重，例如2. 5,2. 4或2. 0的支撐物是可行的。因?yàn)楦呙芏忍沾刹牧峡梢跃哂懈邚?qiáng)度并且因此是耐粉碎的，所以高密度陶瓷材料是所希望的。然而，如果該支撐物的比重大約等于該陶瓷材料的真密度的話，由高真密度制成的支撐物可能當(dāng)被插入一個(gè)井孔中時(shí)傾向于過早地沉降到一種壓裂液中。如果該陶瓷材料的真密度足夠高使得該粉碎耐受性的增加超過了由降低該支撐物的比重所需要的孔的結(jié)合產(chǎn)生的粉碎耐受性的降低的話，則可以獲得具有良好的粉碎耐受性以及低比重的支撐物。圖1示出了包括A1203、!^e2O3和SW2并且假定沒有孔隙率的燒結(jié)的陶瓷顆粒的一個(gè)三元簡圖10。線12、14和16代表分別在3. 0g/cc、3. 2g/cc和3. 4g/cc下的陶瓷顆粒的真密度。總體上平行于線12、14和16的其他線表示如在相圖上標(biāo)出的陶瓷顆粒的真密度。 在這個(gè)圖中，最低的密度是約2. 7g/cc并且最高的密度是約4. 2g/cc0陰影區(qū)18標(biāo)識了含有不大于30重量百分比的Si02、15至40百分比的鐵的氧化物并且該陶瓷材料的密度是 3. 5g/cc或更大的圖的部分。落入陰影區(qū)的支撐物被發(fā)現(xiàn)了當(dāng)在137. Qmegapascals(MPa) 下對于粉碎耐受性進(jìn)行評估時(shí)具有良好的粉碎耐受性(等于20，000磅/平方英寸)。
在圖2中示出了用來制造本發(fā)明的燒結(jié)的陶瓷顆粒的方法的一個(gè)流程圖。步驟20 代表將鋁土礦礦石與干的成分，例如粘合劑以及成孔物，以及液體，例如水進(jìn)行混合以形成一種自由流動的粉末，它可以在此被稱為一種混合物。一種粘合劑可以是一種或多種選自以下物質(zhì)的材料有機(jī)淀粉，例如鉆探淀粉(drilling starch)，連同為了此種目的商業(yè)出售的膠質(zhì)或樹脂。一種粘合劑還可以是一種無機(jī)材料，例如粘土或一種酸。粘合劑通常能以小于該混合物的干固體含量的10重量百分比的量值加入并且可以干法加入或作為一種溶液加入。在步驟22中，該混合物可以通過一個(gè)機(jī)器例如一個(gè)Eirich R02混合器進(jìn)行處理，由此將該混合物的至少一個(gè)部分成形成大量的小球體，這些小球體在此可以被稱為顆粒前體或支撐物前體。作為支撐物有用的顆粒前體可以通過包括No. 8ASTM篩目標(biāo)號(具有2. 36mm的開口)以及No. 70ASTM篩目標(biāo)號(具有212 μ m的開口)的一個(gè)篩分裝置進(jìn)行處理。這種支撐物流過No. 8篩并且不流過No. 7篩。步驟M代表為了相對于在加熱之前的前體的物理完整性改進(jìn)前體的物理完整性的前體的燒結(jié)。在步驟26，將這些顆粒前體加熱并且將一個(gè)外部施用的壓縮力施加到該前體上由此生產(chǎn)多個(gè)燒結(jié)的顆粒。由于在燒結(jié)過程中可能發(fā)生的收縮，該燒結(jié)的顆粒的平均直徑可以小于該顆粒前體的平均直徑。用來制造支撐物的商業(yè)方法典型地使用一個(gè)烘干爐在大氣壓下燒結(jié)該支撐物生坯。該烘干爐可以是一種管型的轉(zhuǎn)動烘干爐，它允許這些支撐物隨著其從烘干爐的一端移動到該烘干爐的相對端而翻滾。在用來制造主要含有氧化鋁的支撐物的烘干爐中的最大溫度可以接近1500°C。與大氣壓下制造支撐物相比，具有改進(jìn)的粉碎耐受性的支撐物可以通過在該支撐物的制造過程中向該支撐物施加一個(gè)外部施用的壓縮力來制造。該外部施用的壓縮力可以是任何從所有方向向該支撐物的中心均勻地壓縮該支撐物的力。一種合適的壓縮技術(shù)的例子是等靜壓。等靜壓的一個(gè)具體的實(shí)施方案是熱等靜壓，它使用加熱的氣體來升高顆粒的溫度，這樣可以發(fā)生該陶瓷材料的完全或部分燒結(jié)，并且同時(shí)向中心施加了對抗該顆粒表面的所有點(diǎn)的一個(gè)力。等靜壓可以使用一種柔性的橡膠或彈性體容器，通常稱為“工具加工”，將待壓制的物品插入其中。然后將該工具置于一個(gè)包含液壓流體的容器中。 然后將靜液壓力施加到該流體上。該方法以一種均勻的方式在該物品的整個(gè)表面上施加壓力從而產(chǎn)生具有均勻的密度的物品。一個(gè)替代方法是順序地?zé)Y(jié)并且壓縮這些物品。在一個(gè)實(shí)施方案中，這些物品，例如支撐物前體被燒結(jié)并且然后使用等靜壓以將壓力施加到該支撐物的所有表面上。該燒結(jié)步驟改進(jìn)了這些支撐物材料的物理完整性?；阡X土礦的支撐物可以在1100°C和1500°C之間燒結(jié)。另一個(gè)方法是使用等靜壓將一個(gè)壓縮力施加到該支撐物前體上并且然后燒結(jié)這些壓縮的顆粒。實(shí)例為了證明本發(fā)明的支撐物的改進(jìn)的粉碎耐受性，制備了在此表示為批次A、B、C、D 和E的五個(gè)批次的支撐物并且進(jìn)行了粉碎耐受性評估。用來制造支撐物的原料在表1中示出。批次A代表可商購的支撐物，它在該燒結(jié)的支撐物中包括9. 5重量百分比的鐵氧化物。 批次B、C、D和E代表在燒結(jié)的支撐物中以!^e2O3計(jì)算具有至少15重量份的鐵的氧化物的支撐物。一種可商購的招土礦來源從 Ferrous American Company of Littleton, Colorado, USA可得。使用來自這個(gè)公司的大量的鋁土礦來制造批次B、C、D和Ε。這種鋁土礦的組成包括64. 0重量百分比的Al203、25. 8重量百分比!^e2O3以及4. 0重量百分比的Si02。該礦石還包含3. 2重量百分比的TW2以及痕量(在此被定義為小于1重量百分比)的幾種其他化合物，例如MgO, CaO, CeO2、和MnO0批次A、B、C、D和E使用一種用于形成多個(gè)小球體(在此稱為支撐物前體或顆粒前體)的常規(guī)的支撐物制造方法來制造。該方法使用自Eirich Machines, Inc. of Gurnee, Illinois, USA可得的RV02高強(qiáng)度剪切混合器。該方法包括將初始鋁土礦加料分配到具有盤和轉(zhuǎn)子均轉(zhuǎn)動的混合器中。轉(zhuǎn)子速度設(shè)定在80百分比的最大速度。30秒之后，將去離子水傾倒到該混合器中直接地在轉(zhuǎn)動的鋁土礦上。使用約30秒將水分布到該鋁土礦中。允許濕潤過的鋁土礦轉(zhuǎn)動三分鐘，在這個(gè)時(shí)間過程中，形成了多個(gè)球體。然后將轉(zhuǎn)子速度降低到最小速度同時(shí)該盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動。然后緩慢地將第二鋁土礦加料加入到鋁土礦的轉(zhuǎn)動球體上。緩慢加入鋁土礦需要約三分鐘并且可以被稱為“除塵在”該鋁土礦中。完成了該鋁土礦中的除塵之后，盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動20秒。將涂覆了一層鋁土礦的鋁土礦球體從該混合器中移出并且在此可以被稱為支撐物前體或顆粒前體。然后將批次A、B、C 和D中的前體在一個(gè)轉(zhuǎn)動烘干爐中在大氣壓下燒結(jié)。僅批次E中的前體使用包括了將一個(gè)外部施用的壓縮力施加到該支撐物前體上的過程來制造。用來施加外部施用的壓縮力的技術(shù)被稱為熱等靜壓縮。將批次E中的顆粒前體在1250°C燒結(jié)。然后同時(shí)地將燒結(jié)的前體在 35^g/cm2(5，000磅/平方英寸)下壓制并且加熱到1200°C持續(xù)一小時(shí)。將燒結(jié)的前體加熱到1200°C同時(shí)施加壓縮力幫助阻止了在壓縮步驟過程中顆粒的生長。對于批次A、B和 C，使用燒結(jié)將顆粒大小限制到那些通過具有20篩目的開口并且不通過具有40篩目開口的顆粒。將批次D和E進(jìn)行篩分以便將顆粒大小限制到那些通過具有30篩目的開口并且不通過具有50篩目開口的顆粒。表 權(quán)利要求
1.一種包括陶瓷材料的燒結(jié)的顆粒，其中所述陶瓷材料包括鋁、鐵以及硅的氧化物； 所述硅的氧化物以SiO2計(jì)算代表不大于30重量百分比的所述氧化物的結(jié)合重量；所述鐵的氧化物以狗203計(jì)算代表在15和40之間的重量百分比的所述氧化物的結(jié)合重量；并且所述陶瓷材料的真密度大于3. 5g/cc。
2.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)的顆粒，其中所述氧化物的結(jié)合重量大于所述陶瓷顆?？傊亓康?0重量百分比。
3.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)的顆粒，其中所述鐵的氧化物代表15和35之間重量百分比的所述氧化物的結(jié)合重量。
4.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)的顆粒，其中所述鐵的氧化物代表20和30之間重量百分比的所述氧化物的結(jié)合重量。
5.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)的顆粒，其中所述鋁的氧化物以Al2O3計(jì)算代表50和85之間重量百分比的所述氧化物的結(jié)合重量。
6.如權(quán)利要求5所述的燒結(jié)的顆粒，其中所述鋁的氧化物代表60和80之間重量百分比的所述氧化物的結(jié)合重量。
7.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)的顆粒，其中所述硅的氧化物以SiO2計(jì)算代表1和10之間重量百分比的所述氧化物的結(jié)合重量。
8.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)的顆粒，其中所述陶瓷材料的真密度大于4.Og/cc。
9.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)的顆粒，其中所述陶瓷材料的真密度大于4.5g/cc。
10.如權(quán)利要求1所述的燒結(jié)的顆粒，其中所述顆粒具有大于2百分比并且小于40百分比的孔隙率。
11.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)的顆粒，其中所述顆粒的比重是小于3.0。
12.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)的顆粒，其中所述顆粒的比重是小于2.8。
13.一種用于制造含有燒結(jié)的陶瓷材料的顆粒的方法，該方法包括以下步驟a.將鐵、鋁以及硅的氧化物與一種或多種干燥的成分以及至少一種液體進(jìn)行混合由此形成一種混合物；b.將所述混合物的至少一部分成形成一種顆粒前體；c.將所述前體燒結(jié)；d.進(jìn)行加熱并且將一個(gè)外部施用的壓縮力施加到所述前體上由此形成一種燒結(jié)的陶瓷顆粒。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中步驟(d)包括同時(shí)地壓縮并且加熱所述前體。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中步驟(d)包括順序地壓縮并且加熱所述前體。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中步驟(d)包括壓縮并且然后加熱所述前體。
17.如權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(d)包括使用等靜壓縮來壓縮所述前體直至所述燒結(jié)的陶瓷材料的真密度超過3. 5g/cc。
18.如權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(d)包括使用等靜壓縮來壓縮所述前體直至所述燒結(jié)的陶瓷材料的真密度超過4. Og/cc。
19.如權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟(d)包括使用等靜壓縮來壓縮所述前體直至所述燒結(jié)的陶瓷材料的真密度超過4. 5g/cc。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述混合物包括50和85之間重量百分比的鋁的氧化物，10和40之間重量百分比的鐵的氧化物以及1和10之間重量百分比的硅的氧化物。
全文摘要
在此披露了一種由陶瓷材料制成的燒結(jié)的陶瓷顆粒，該陶瓷材料具有大于3.5g/cc的真密度以及一個(gè)組成，基于鋁、鐵以及硅的氧化物的結(jié)合重量，該組成具有不大于30重量百分比的氧化硅以及至少15重量百分比的氧化鐵。還披露了利用外部施用的壓縮力來制造陶瓷顆粒的一種方法。
文檔編號C04B35/14GK102216236SQ200980140420
公開日2011年10月12日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者K·R·迪克森, L·圣-米格爾, T·富西, W·T·斯蒂芬斯 申請人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司