加長管結構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明總體而言設及加長管結構，更具體而言，設及通過燒結結合聯(lián)接在一起的 陶瓷管結構。

【發(fā)明內容】

[0002] 本發(fā)明的實施方案總體上設及形成為陶瓷材料、特別是包括碳化娃基材料的加長 管結構。本發(fā)明的加長管結構的實施方案一般包括通過陶瓷接合部件聯(lián)接在一起的第一管 段和第二管段。第一管段具有第一端和第二端，第二管段具有第一端和第二端，且所述兩段 布置為端對端構造，使得第一陶瓷管段的第二端與第二管段的第一端彼此面對。陶瓷接合 部件用于將第一管段和第二管段結合在一起，經(jīng)設置W便與第一管段的第二端和第二管段 的第一端燒結結合。具體而言，陶瓷接合部件設置為外接環(huán)繞管段的端對端構造，并與管段 燒結結合W形成連續(xù)加長管結構，該結構具有諸如燒結結合或過盈結合的不含粘結材料的 密封。
【附圖說明】
[0003] 參考附圖，可更好地理解本發(fā)明，使本領域技術人員清楚其諸多特征和優(yōu)勢。
[0004] 圖1顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的加長管結構的橫截面，在該實施方案中管結 構端對端鄰接并通過陶瓷接合部件及其之間的燒結結合彼此聯(lián)接。
[0005] 圖2顯示圖1所示加長管結構實施方案的平面圖。
[0006] 圖3顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施方案將要鄰接在一起的相鄰管段的端面分解平面 圖。
[0007] 圖4顯示另一個實施方案的相鄰管段的端面分解橫截面圖，在該實施方案中相鄰 管段具有互補的L形端面。
[000引圖5顯示預燒結碳化娃段和陶瓷接合部件之間的燒結結合界面。
[0009] 圖6顯示陶瓷制品的一個實施方案在2(K)psi下的壓力測試圖。
[0010] 圖7顯示陶瓷制品的S個實施方案在20°C下的壓力測試圖。
[0011] 圖8顯示圖7的；個實施方案在1000°C下的壓力測試圖。
[0012] 圖9顯示陶瓷制品實施方案通過5次熱循環(huán)的壓力測試的壓力相對于溫度的圖。
[0013] 圖10顯示陶瓷制品的S個實施方案在20°C下的壓力測試圖。
[0014] 圖11顯示圖10的S個實施方案在1000°C下的壓力測試圖。
[0015] 圖12顯示陶瓷制品的S個實施方案的長持續(xù)時間測試的壓力相對于溫度的圖。
[0016] 在不同的附圖中使用相同的標記表示相似或相同的要素。
【具體實施方式】
[0017] 本發(fā)明的實施方案總體上設及形成為陶瓷材料、特別是包括碳化娃基材料的加長 管結構。大尺寸如高熱質（thermalmass)和/或加長尺度件難W制成整體陶瓷部件。通 常，加長尺度在尋獲合適烙爐方面存在明顯的挑戰(zhàn)，具有高的熱預算，并具有延長且緩慢攀 升的燒結及退火時間。因而，某些結構W分段形式制造并聯(lián)接在一起。
[001引根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供加長管結構，其包括通過陶瓷接合部件聯(lián)接在 一起的第一管段和第二管段。第一管段具有第一端和第二端，第二管段具有第一端和第二 端，所述兩段W端對端構造布置，使得第一陶瓷管段的第二端與第二管段的第一端彼此面 對。陶瓷接合部件用于將第一管段和第二管段結合在一起，經(jīng)設置W便與第一管段的第二 端和第二管段的第一端燒結結合。陶瓷接合部件可在管段上彼此相接的部位處外接環(huán)繞 第一管段和第二管段。值得注意的是，管段利用接合部件形成密封，該密封的剪切強度不低 于約25MPa、不低于約40MPa、不低于約50MPa、不低于約75MPa、不低于約lOOMPa、不低于約 lOOMPa、不低于約120MPa、不低于約140MPa、不低于約170MPa或不低于約200MPa。在一個 實施方案中，管與基底部件之間的界面表現(xiàn)出不大于約lOOOMPa、例如不大于約TOOMPa、不 大于約SOOMPa或不大于約300MPa的剪切強度。
[0019] 如本文所用，所提及的為特定剪切強度值的剪切強度通過在負載下測試標準尺寸 樣品測得。具體而言，所述剪切強度通過如下制備及測試標準樣品測得。樣品由長度各自 為76. 2mm的陶瓷管和陶瓷環(huán)制得。陶瓷管具有14mm的外徑伽t)和Ilmm的內徑（IDt)。 陶瓷環(huán)具有20mm的外徑（ODf)和14mm的內徑（IDf)。陶瓷環(huán)環(huán)繞陶瓷管放置，W使各自的 端部齊平，然后使管-環(huán)組件共燒結。冷卻之后，從燒結組件上切下橫截面中段并將厚度磨 至3mm的最終厚度（t)。所述中段包括從陶瓷管上切下的內環(huán)和從陶瓷環(huán)上切下的外環(huán)。 內環(huán)與外環(huán)之間的接觸面積代表總結合面積（Ab),并根據(jù)下式計算：
[0020] Ab=JT?ODt?t(式I)
[0021] 在室溫下使用Instron8562 采用IOOkN的載荷傳感器（loadcell)W0. 05mm/min 的速度，由此對內環(huán)和外環(huán)分別施加大小相等但方向相反的力，對中段樣品的剪切強度進 行測試。將所施加的力逐漸增大直至環(huán)斷開。使環(huán)斷開所需的力（F)W牛頓為單位測量。 根據(jù)下式得到剪切強度值：
[0022] T=F?Ab?1〇6 (式II)
[0023] 應當理解的是，如本文所述的陶瓷制品可具有各種尺度和整體尺寸，但剪切強度 值基于如上所述標準化幾何和測試方法。因而，驗證具有大于或小于上述標準化樣品的不 同尺度樣品的剪切強度需要在與所述具有不同尺度的樣品在組成和加工條件一致的情況 下制造標準化樣品。
[0024] 陶瓷管段可通過各種技術成型，例如模塑成型、注漿成型、機加工成型、等靜壓成 型、擠出成型和其它成型技術。然而，本發(fā)明的實施方案具體而言設及大型管，通常外徑大 于7-9英寸且長度為約0. 5-3米及W上。因而，擠出管往往不切實際，各種成型技術具有其 應用限制。因此，各實施方案通過等靜壓成型。實際上，加長管結構可具有不低于10 : 1， 例如不低于約20 : 1、例如不低于約30 : 1或不低于約40 : 1的定義為長度（L)與外徑 (OD)之比的長寬比。由于相對于直徑該些管的長度存在極限，因而大多數(shù)實施方案不會超 過300 : 1的長寬比。
[0025]根據(jù)具體實施方案，第一管段的第二端與第二陶瓷管段的第一端鄰接接觸。端面 可具有各種構造，包括簡單平面結構，還包括鄰接接觸時"鎖定"在一起的互補結構。該種 鎖定關系或互連關系的一種實例是采用搭接，其中如橫截面圖所示相對面具有互補的L形 外部輪廓，使得所述相對面彼此互鎖。在平面端面情況下，所述平面端面可在垂直于管段縱 向通道的平面上取向，或可選擇地相對所述通道W小于90°的某個銳角斜角取向，類似諸 如羽毛筆或皮下注射器針頭的斜切管結構。在該種情況下，設置管段方向使得斜角面彼此 互補。
[0026] 如W上簡述，陶瓷管段可由陶瓷材料形成，特別是氮化娃。另外，接合部件可由陶 瓷材料形成，特別是碳化娃。陶瓷管段和接合部件可包含碳化娃，在某些實施方案中主要 包含碳化娃，使得碳化娃為管的主要組成物質，通常高于至少約70wt%，例如高于至少約 80wt%或高于至少約90wt%。在另一個實施方案中，管可包含量為高于至少約91wt%、例 如高于至少約99. 85wt%的碳化娃。
[0027] 根據(jù)某些實施方案，使用一種特定形式的碳化娃，即引入本文作為參考的美國專 利第4, 179, 299號中所述的WHEXOLOY⑩商標為人所知的碳化娃（由Saint-Gobain AdvancedCeramicsCo;rporation，Worcester,Massachusetts,USA制造）。適宜的碳化娃 通常包含：量為高于至少約91wt%、例如高于至少約99. 85wt%的碳化娃；至多約5.Owt% 的碳化有機物；至少約0. 15wt%至不高于約3.Owt%的棚；和至多約1.Owt%另外的碳。"碳 化有機物"為單體碳或在形成陶瓷管的過程中用作原料的有機物碳化原位產(chǎn)生的未結合 碳?？捎糜谛纬商沾晒艿奶蓟袡C物包括但不限于酪醒樹脂、煤焦油漸青、聚亞苯基或聚甲 基亞苯基。
[002引根據(jù)一個實施方案，碳化娃燒結陶瓷體的特征可在于主要為等軸的微結構，該意 味著存在長寬比小于3:1的晶粒（即晶體微結構的晶粒最大尺度與晶體微結構的晶粒最 小尺度之比小于3 : 1)。另外，碳化娃包含至少約95wt%、例如至少約99wt%的a-相非 立方晶態(tài)碳化娃。
[0029] 根據(jù)一個實施方案，碳化娃的密度為至少約2. 40g/cm3,例如至少約2. 90g/cm3或 至少約