KR101929733B1 - 베타 알루미나를 포함하는 내화성 물체 및 이를 제조하고 사용하는 방법 - Google Patents

베타 알루미나를 포함하는 내화성 물체 및 이를 제조하고 사용하는 방법 Download PDF

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Abstract

내화성 물체는 베타 알루미나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 내화성 물체는 유리 용융 공정에서 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 내화성 물체는 적어도 10 중량%의 전체 Al2O3 함량을 가질 수 있다. 게다가, 내화성 물체의 표면이 Al-Si-Mg 산화물을 포함하는 용융 유리에 노출될 때, 그 표면을 따라 Mg-Al 산화물이 형성되지 않을 수 있다. 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 Al-Si-Mg 산화물을 포함하는 유리 물체를 형성하기 위해 사용되는 유리 오버플로우 형성 블록의 형태일 수 있다. 유리 물체를 형성할 때, 유리 재료는 베타 알루미나와 접촉하고, 유리 재료의 유동 중에, 표면에서 베타 알루미나를 따라 Mg-Al 산화물이 형성되지 않는다.

Description

베타 알루미나를 포함하는 내화성 물체 및 이를 제조하고 사용하는 방법{REFRACTORY OBJECT INCLUDING BETA ALUMINA AND PROCESSES OF MAKING AND USING THE SAME}
본 발명은 일반적으로 베타 알루미나를 포함하는 내화성 물체(refractory object) 및 이를 제조하고 사용하는 방법에 관한 것이다.
산화마그네슘을 함유하는 알칼리 알루미노-실리케이트 유리는 기계적 성능이 더 중요한 적용들에서 사용되고 있다. 이러한 유리는 용융 인장 공정(fusion draw process)을 이용하여 형성될 수 있는데, 이 공정에서 액체 유리는 지르콘 재료로 이루어진 유리 오버플로우 형성 블록의 가장자리(lip)를 넘쳐 흐르고 유리 오버플로우 형성 블록의 바닥에서 융합되어서 유리 시트를 형성한다. 지르콘(ZrSi04)은 알칼리 알루미노-실리케이트 유리와 접촉하여 유리 형성 온도에 근접한 온도에서 Zr02 및 Si02로 해리된다. 더 높은 Si02 함량은 이것이 유리 내로 용해되므로 기포의 형성을 초래할 수 있다. Zr02는 계면에서 Zr02 고체 덩어리(nodule)들을 초래할 수 있고, 이 덩어리들은 유리로 방출되어서 결함을 형성할 수 있다. 따라서, 지르콘 재료가 유리 오버플로우 형성 블록의 몸체로부터 침식됨에 따라 유리 오버플로우 형성 블록의 수명이 감소되는 한편, 제조되는 유리는 그의 특성에 불리한 영향을 미치는 원하지 않는 원소로 오염된다.
첨부 도면을 참조함으로써, 본 발명이 더욱 잘 이해될 수 있고 당업자에게 본 발명의 많은 특징 및 이점들이 명백해 질 수 있다.
도 1은 내화성 물체의 구체적인 실시예를 도시하는 도면이다.
도 2는 유리 오버플로우 형성 블록(glass overflow forming block)의 구체적인 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3은 유리 오버플로우 형성 블록의 다양한 단면 사시도의 특정한 세트를 예시하는 도면이다.
도 4는 몸체를 포함하는 내화성 물체를 예시하는 도면이다.
도 5는 몸체 상에 코팅을 포함하는 내화성 물체를 예시하는 도면이다.
도 6은 개별 층들을 포함하는 코팅을 몸체 상에서 포함하는 내화성 물체를 예시하는 도면이다.
도 7은 유리 오버플로우 형성 블록으로부터 특정의 유리 시트의 형성을 예시하는 도면이다.
도 8은 유리 제조 중의 유리 오버플로우 홈통(glass overflow trough)의 단면 구성을 예시하는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 용융 알칼리 Al-Mg-Si 유리에 노출 후의 상이한 베타 알루미나 함유 내화성 물질들의 단면 부분의 SEM 이미지이다.
도 12는 상이한 밀링 및 소결 조건을 이용하여 형성된 내화성 물체들에 대한 조성, 물리적 특성 및 부식 특성에 관한 데이터를 포함하는 표이다.
도 13은 베타 알루미나 함유 내화성 물질의 시료의 일부분과 알칼리 Al-Mg-Si 유리 사이의 계면의 단면도를 예시하는 X-선 회절 이미지이다.
도 14는 계면으로부터 제거되는 도 13의 시료의 몸체의 일부분의 단면도를 예시하는 X-선 회절 이미지이다.
상이한 도면들에서 동일한 도면 부호들의 사용은 유사하거나 동일한 품목들을 가리킨다.
도면을 조합한 아래의 설명은 여기에 개시된 사상(teaching)을 이해하는 것을 돕기 위해 제공된다. 아래의 설명은 사상의 구체적인 실행 및 실시예에 초점을 두게 된다. 이러한 초점은 사상을 설명하는 것을 돕기 위해 제공되는 것으로, 사상의 범위 또는 적용가능성을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "포함한다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함한다(includes)", "포함하는(including)", "갖는다(has)", "갖는(having)"이라는 용어, 또는 이들의 임의의 다른 변형은 비배타적인 포함을 커버하기 위한 것이다. 예를 들어, 특징들의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 장치는 반드시 이들 특징에만 한정되는 것이 아니라, 명시적으로 열거되지 않거나 이러한 공정, 방법, 물품 또는 장치에 고유한 다른 특징들을 포함할 수 있다. 또한, 명시적으로 반대로 기술되지 않는 한, "또는"은 포함하는 또는을 가리키는 것이지 배타적인 또는을 가리키는 것이 아니다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 다음의 것들 중 어느 하나에 의해 충족된다: A가 진실 이고(또는 존재하고) B가 거짓이며(또는 존재하지 않으며), A가 거짓이고(또는 존재하지 않고) B가 진실이며(또는 존재하며), A 및 B 둘 모두가 진실이다(또는 존재한다).
"a" 또는 "an"은 여기에서 설명된 요소 및 성분들을 설명하기 위해 사용된다. 이는 단순히 편의성을 위해 사용되는 것으로서 본 발명의 범위의 일반적인 의미를 제공하기 위해 사용되는 것이다. 이러한 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 해석되어야 하고, 이러한 설명은 다르게 의미된다는 것이 명백하지 않은 경우, 단수형은 또한 복수형을 포함하고 복수형은 단수형을 포함한다. 예를 들어, 단일의 장치가 여기에서 설명되는 경우, 둘 이상의 장치가 단일의 장치 대신에 사용될 수 있다. 마찬가지로, 둘 이상의 장치가 여기에서 설명되는 경우, 단일의 장치가 하나의 장치를 대신할 수 있다.
"알루미나"라는 용어는 Al2O3, 이와 같은 화합물의 분자식 내의 구성기로서 Al2O3를 갖는 것으로 표시될 수 있는 화합물 또는 이들의 임의의 조합을 의미하기 위한 것이다. 알루미나의 예로는 알파-Al2O3, 베타 알루미나, 뮬라이트, 알루민산 나트륨, 다른 적합한 Al2O3계 화합물, 또는 이들의 임의의 조합이 있다.
명시적으로 반대로 기술되지 않는 한, "베타 알루미나"라는 용어는 임의의 개별적인 베타 알루미나 화합물, 개별적인 베타 알루미나 화합물들의 전부 또는 임의의 일부(subset), 또는 베타 알루미나 화합물들의 임의의 조합 (예를 들어, 베타 알루미나 화합물들의 혼합물)을 가리킨다. 예시적인 베타 알루미나 화합물들은 본 명세서에서 아래에 설명된다.
값을 언급할 때에 "평균"이라는 용어는 평균, 기하학적 평균 또는 중앙 값을 의미하기 위한 것이다.
원소 주기율표 내의 세로줄에 상응하는 족의 번호는 CRC Handbook of Chemistry and Physics, 81st Edition (2000-2001)에서 볼 수 있는 바와 같은 "새로운 표시법" 조약을 사용한다.
다르게 정의하지 않는 경우, 여기에서 사용되는 모든 기술 용어 및 과학 용어는 여기에서 설명된 특징들이 속하는 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 일반적으로 이해하는 바와 동일한 의미를 갖는다. 물질, 방법 및 예들은 오로지 예시적인 것으로서 제한하려는 것이 아니다. 여기에 설명되지 않은 정도까지는, 특정 물질 및 처리 행위에 관한 많은 상세 사항들은 통상적인 것으로서, 내화물로서 사용되는 세라믹 재료의 분야에 관한 문서 및 다른 출처에서 발견될 수 있다.
여기에서 설명된 실시예들에 따르면, 내화성 물체는 베타 알루미나를 포함할 수 있고, 알루미늄, 규소 및 마그네슘을 포함하는 유리("Al-Si-Mg 유리")를 형성하는데 더 적합하게 되는 하나 이상의 특성을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 베타 알루미나는 용융 알칼리 Al-Si-Mg 유리에 노출 시에 Mg-Al 산화물 층을 형성할 가능성이 낮으므로, 베타 알루미나는 형성되는 유리 내로 Mg-Al 입자가 유입되는 것을 실질적으로 방지한다. 본 명세서를 읽은 후, 당업자는 특성들의 모두가 모든 실시예들에서 요구되는 것은 아니므로, 특성들의 설명은 여기에서 설명된 개념들을 제한하는 것이 아니라 예시하기 위한 것임을 인정할 것이다.
내화성 물체는 몸체 또는 몸체를 덮는 코팅을 가질 수 있고, 몸체 또는 코팅은 베타 알루미나를 포함하는 세라믹 물질을 포함한다. 세라믹 물질은 알파-Al2O3, 베타 알루미나, 다른 알루미나 화합물, 또는 이들의 임의의 조합의 형태에 상관없이, 적어도 10 중량%의 전체 Al2O3 함량을 함유할 수 있다. 소결된 세라믹 물질은 알파-Al2O3, 베타 알루미나, 다른 알루미나 화합물, 또는 이들의 임의의 조합의 형태에 상관없이, 적어도 약 50 중량%, 약 60 중량%, 약 70 중량%, 약 80 중량%, 약 85 중량%, 약 90 중량%, 약 93 중량%, 약 95 중량%, 또는 약 97 중량%의 전체 Al2O3 함량을 가질 수 있다. 세라믹 물질에서, 전체 Al2O3 함량의 적어도 약 40%, 적어도 약 50%, 적어도 약 75%, 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%가 베타 알루미나로부터 유래된 것이다.
베타 알루미나는 1족 원소, 2족 원소, 희토류 원소, Pb, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 본 명세서의 목적을 위하여, 희토류 원소는 Sc 및 란탄족 원소를 포함한다. 일 실시예에서, 도펀트는 Na2O, K2O, Li2O, Cs2O, MgO, BaO, SrO, PbO, Sc2O3, La2O3, Pr2O3, Nd2O3, ZnO, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 도펀트는 알파-Al2O3에 첨가될 수 있고 알파-Al2O3를 베타 알루미나로 변환하는데 도움이 될 수 있으므로, 도펀트는 베타 변환 물질이라 할 수 있다. 다른 실시예에서, 도펀트는 베타 알루미나의 기계적 강도, 확산 등과 같은 특성을 변경하기 위해 베타 알루미나에 첨가될 수 있다.
일 실시예에서, 베타 알루미나는 11 Al2O3 . X A2O의 분자식을 갖는 베타' 알루미나를 포함하며, 여기서 A는 1족 원소이고, X는 1 내지 1.6의 범위에 있다. 다른 실시예에서, 베타 알루미나는 5 Al2O3 . 1 Z의 분자식을 갖는 베타'' 알루미나를 포함하며, 여기서 Z는 A2O 이고 A는 1가 상태의 원소이거나, Z는 MO 이고 M은 2가 상태의 원소이다. 추가의 실시예에서, 베타 알루미나는 15 Al2O3 . 4 MgO 1 A2O, 의 분자식을 갖는 베타''' 알루미나를 포함하며, A는 1족 원소이다. 베타' 알루미나는 약 87 몰% 내지 약 92 몰%의 범위의 전체 Al2O3 함량을 갖고, 베타'' 알루미나는 약 83 몰%의 전체 Al2O3 함량을 갖고, 베타''' 알루미나는 약 75 몰%의 전체 Al2O3 함량을 갖는다.
세라믹 물질은 소결제와 같은 다른 도펀트를 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 소결제는 공극률을 감소시키는 것을 도와서, 내화성 물체가 나중에 부식성 환경에 노출되는 경우의 내부식성을 개선하는데 도움이 될 수 있다. 예시적인 소결제는 Ta2O5, Nb2O3, Nb2O5, TiO2, Fe2O3, MnO, CuO, 다른 적합한 소결제, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 전술한 바와 같은 특정 도펀트가 또한 Ta2O5, Nb2O3 또는 Nb2O5와 같은 소결제로서 작용할 수 있는 경우에 별도의 소결제가 사용되지 않는다.
세라믹 물질은 세라믹 물질 내의 그레인 크기가 너무 커지는 것을 억제하는 것을 도울 수 있는 또 다른 도펀트를 포함할 수 있다. 이러한 도펀트는 희토류 원소의 산화물인, Ta2O5, Nb2O3, Nb2O5, ZnO, MgO, ZrO2, HfO2, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 희토류 산화물은 Y2O3, Sc2O3, Yb2O3, Pr2O3, Sm2O3, Gd2O3, La2O3, Ce2O3, Dy2O3, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 몸체 또는 코팅의 세라믹 물질 내의 베타 변환 물질 또는 이의 상응하는 도펀트 또는 도펀트들의 조합의 양은, 금속 산화물(예를 들어, Na2O, BaO)로 표시하는 경우, 적어도 약 2.1 몰%, 적어도 약 2.5 몰%, 또는 적어도 약 4.5 몰%일 수 있다. 다른 실시예에서, 그 양은 약 26 몰% 이하, 약 17 몰% 이하, 또는 약 13 몰% 이하일 수 있다. 다른 실시예에서, 금속 산화물의 함량은 알파-Al2O3와 비교하여 몰%로서 표시될 수 있다. 특히, Na2O, K2O, La2O3 및 Sc2O3 중 어느 하나 또는 그 이상이 사용되는 경우, 베타 알루미나는 적어도 약 2.1 몰%의 이들 금속 산화물을 포함활 수 있다.
다른 도펀트의 경우, 몸체 또는 코팅의 세라믹 물질 내의 임의의 이러한 도펀트의 양은 금속 산화물로 표시하는 경우 적어도 약 0.02 중량%, 적어도 약 0.11 중량%, 적어도 약 0.2 중량%, 또는 적어도 약 0.5 중량%일 수 있다. 다른 실시예에서, 그 양은 약 5 중량% 이하, 약 4 중량% 이하, 약 3 중량% 이하, 약 2 중량% 이하, 또는 약 1.5 중량% 이하일 수 있다.
구체적인 실시예에서, 이러한 불순물들은 소결된 세라믹의 그레인 크기를 허용 불가능하게 크게 할 수 있으므로, 몇몇의 불순물들은 존재하지 않거나 비교적 작은 양으로 유지될 수 있다. TiO2, CaO, SiO2, Fe2O3, Na2O, 또는 이들의 임의의 조합은 약 2 중량% 이하, 약 1.5 중량% 이하, 약 0.9 중량% 이하, 또는 약 0.5 중량% 이하의 농도로 존재할 수 있다.
도펀트 출발 물질은 임의의 산화 상태, 예를 들어, M2 +, M3 +, M4 +, M5 +, 또는 이들의 임의의 조합을 가질 수 있으며, 여기서 M은 도펀트 내의 금속 원소이다. 도펀트는 전술한 것들 중 임의의 것의 산화물로서 도입될 수 있다. 예를 들어, 도펀트는 Na2O, K2O, Li2O, MgO, BaO, SrO, La2O3, Sc2O3 등일 수 있다. 또는, 전술한 원소들 중 임의의 것은 금속 산화물이 아니라, 붕소화물, 탄화물, 탄산염, 질산염, 할로겐화물, 인산염, 황산염 등으로서 첨가될 수 있다. 게다가, 한 종 이상의 도펀트가 붕소화물, 탄화물, 탄산염, 질산염, 할로겐화물, 인산염, 황산염, 또는 이들의 임의의 조합과 조합하여 산화물로서 첨가될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도펀트는 알루민산 나트륨, 알루민산 칼륨 등과 같은 금속 알루민산염의 형태일 수 있다. 일 실시예에서, 도펀트 출발 물질은 약 30 μm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 입자의 형태인 분말일 수 있고, 다른 실시예에서, 평균 입자 크기는 약 20 μm 이하이고, 추가의 실시예에서, 평균 입자 크기는 약 15 μm 이하이다. 일 실시예에서, 평균 입자 크기는 적어도 약 0.1 μm 이고, 다른 실시예에서, 평균 입자 크기는 적어도 약 0.5 μm 이고, 추가의 실시예에서, 평균 입자 크기는 적어도 약 1 μm 이다.
세라믹 물질은 알파-Al2O3, 베타 알루미나, 알루민산 나트륨, 다른 알루미나 화합물, 베타 변환 물질, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 형성될 수 있다. 출발 물질이 알파-Al2O3를 포함하는 경우, 베타 변환 물질(예를 들어, Na2O)이 알파-Al2O3를 베타 알루미나로 변환하기에 충분한 양으로 첨가될 수 있다. 출발물질이 베타 알루미나를 포함하는 경우, 베타 변환 물질은 사용되지 않을 수 있다.
방법 및 출발 물질은 세라믹 물질이 내화성 물체의 몸체 또는 코팅에 사용되는 지의 여부와 소결 기법, 캐스팅 기법, 또는 이들의 조합이 사용되는 지의 여부에 의존할 수 있다.
일 실시예에서, 내화성 물체의 몸체는 소결 기법을 이용하여 형성된 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 미소결체(green body)가 형성된 다음 소결되어 내화성 물체를 형성할 수 있다. 출발 물질은 금속 산화물의 분말을 포함할 수 있다. 알루미나 분말은 약 50 μm 이하의 평균 입자 크기를 갖는 입자의 형태일 수 있다. 일 실시예에서, 평균 입자 크기는 약 20μm 이하이고, 다른 실시예에서, 평균 입자 크기는 약 12μm 이하이고, 추가의 실시예에서, 평균 입자 크기는 약 9 μm 이하 또는 약 3 μm 이하이다. 일 실시예에서, 평균 입자 크기는 적어도 약 0.1 μm이고, 다른 실시예에서, 평균 입자 크기는 적어도 약 0.5 μm이고, 추가의 실시예에서, 평균 입자 크기는 적어도 약 0.9 μm이다.
일 실시예에서, 분말은 원하는 입자 크기를 달성하기 위해 건식 밀링 또는 습식 밀링될 수 있다. 유성 밀(planetary mill) 또는 롤러가 사용될 수 있다. Al2O3 건식 밀링("Al2O3 건식")은 알파-Al2O3 자(jar) 및 알파-Al2O3 그라인딩 매체를 사용한 유성 밀에서 내화성 물질의 조각을 밀링하는 것을 포함할 수 있다. ZrO2 건식 밀링("ZrO2 건식")은 알파-Al2O3 자 및 알파-Al2O3 그라인딩 매체가 ZrO2 자 및 ZrO2 그라인딩 매체로 대체된다는 것을 제외하고 Al2O3 건식 밀링과 동일하다. Al2O3 습식 밀링("Al2O3 습식")은 롤러 상의 알파-Al2O3 자 및 알파-Al2O3 그라인딩 매체 또는 ZrO2 그라인딩 매체 및 물을 사용하여 내화성 물질의 조각들을 밀링하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 더 굵은 분말들을 파쇄하기 위한 볼 밀 공정, 및 더 미세한 매체를 구비한 볼 밀 또는 마찰 밀을 이용한 추가의 미세한 밀링 단계가 분말의 입자 크기를 요구된 크기로 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 한 종 이상의 분말이 제트 밀링될 수 있다. 또한, 밀링 기법들의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 본 명세서를 읽은 후, 당업자는 다른 물질들이 여기에 설명된 개념들을 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 인정하게 될 것이다.
밀링 후, 밀링된 분말에 대한 입자 분포 데이터가 수집될 수 있다. 입자 분포는 10 백분위수, 50 백분위수 및 90 백분위수 입자 크기를 포함할 수 있다. 여기에서 사용되는 것과 같이, D10 값은 10 백분위수를 나타내고, D50 값은 50 백분위수를 나타내고, D90 값은 90 백분위수를 나타낸다. 따라서, D50은 중앙 값에 해당한다. 일 실시예에서, 밀링된 분말의 입자 크기의 D10 값은 약 9 미크론 이하, 약 3 미크론 이하, 약 2 미크론 이하, 또는 약 0.9 미크론 이하이다. 다른 실시예에서, 밀링된 분말의 입자 크기의 D50 값은 약 20 미크론 이하, 약 12 미크론 이하, 약 9 미크론 이하, 약 3 미크론 이하, 약 2 미크론 이하, 또는 약 0.9 미크론 이하이다. 추가의 실시예에서, 밀링된 분말의 입자 크기의 D90 값은 약 90 미크론 이하, 약 40 미크론 이하, 약 30 미크론 이하, 약 9 미크론 이하, 또는 약 2 미크론 이하이다. 분말은 적어도 약 0.5 m2/g, 적어도 약 0.9 m2/g, 적어도 약 1.1 m2/g, 또는 적어도 약 1.5 m2/g의 비표면적을 가질 수 있다.
필요하거나 원하는 경우, 추가의 물질이 사용될 수 있고 바인더, 용매, 분산제, 증점제, 해교제, 다른 적당한 성분, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 추가의 물질은 비금속성 화합물을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 추가의 물질은 유기 화합물, 물 등을 포함할 수 있다.
분말 및 추가의 물질이 조합되고 성형되어 원하는 형상의 미소결체를 형성한다. 일 실시예에서, 분말 및 추가의 물질은 물과 조합되어 슬러리를 형성할 수 있다. 성형은 슬립 캐스팅(slip casting), 일축 가압(uniaxial pressing), 등압 가압(isostatic pressing), 겔의 캐스팅, 진동 캐스팅(vibro-casting), 또는 이들의 임의의 조합과 같은 기법을 이용하여 실행될 수 있다. 형상은 직선형, 원통형, 구형, 타원형, 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 구체적인 실시예에서, 미소결체는 뒤이어서 기계가공되어 유리 오버플로우 형성 블록을 형성할 수 있는 블랭크(blank)로서 불리는 직선형 블록의 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 미소결체는 최종의 내화성 물체에 더 가깝게 매칭되어 임의의 추가의 기계가공의 정도를 감소시키도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 내화성 물체가 유리 오버플로우 형성 블록을 포함하는 경우, 미소결체의 형상은 뒤따르는 기계가공 및 버려지는 세라믹 물질의 양을 감소시키기 위하여 유리 오버플로우 형성 블록을 더 가깝게 닮을 수 있다. 더 구체적으로, 미소결체는 점점 가늘어지는(tapered) 부분에 인접한 직선형 부분을 가질 수 있다. 직선형 부분은 유리 오버플로우 홈통이 형성될 영역에 상응한다. 다른 실시예에서, 미소결체는 점점 가늘어지는 부분에 인접한 유리 오버플로우 홈통을 가지도록 성형될 수 있다.
미소결체가 형성된 후, 미소결체는 오븐, 히터, 노 등에서 가열되어, 소결된 세라믹 물질을 포함하는 내화성 물체를 형성한다. 가열 과정은 수분, 용매 또는 다른 휘발성 성분이 증발되거나, 유기 물질이 기화되거나, 또는 이들의 임의의 조합이 이루어지는 초기 가열을 포함할 수 있다. 초기 가열은 약 100℃ 내지 약 300℃의 범위의 온도에서 약 2 시간 내지 약 400 시간 동안 실행될 수 있다. 초기 가열 후, 소결이 약 1400℃ 내지 약 1700℃의 범위의 온도에서 약 10 시간 내지 약 100 시간 동안 실행되어 내화성 물체의 몸체를 형성할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 소결은 약 1650℃ 이하 또는 약 1600℃ 이하의 온도에서 실행될 수 있다. 소결 중에, 약간의 수축이 발생할 수 있고, 상기 몸체는 미소결체보다 작을 수 있다.
소결은 개방 머플(muffle)과 같은 개방 용기 또는 폐쇄 머플과 같은 폐쇄 용기에서 실행될 수 있다. 폐쇄 용기는 베타 알루미나가 알파-Al2O3로 변화하는 것을 억제하는데 도움이 될 수 있다. Na2O와 같은, 베타 알루미나에서 사용되는 도펀트들 중 일부는 비교적 고온의 소결 중에 휘발될 수 있다. 도펀트가 상실됨에 따라, 베타 알루미나는 알파-Al2O3로 변할 수 있다. 폐쇄 용기가 사용되는 경우, 환경은 내화성 물체의 소결 중에 알파-Al2O3로 변하는 베타 알루미나의 양을 감소시키는데 도움이 될 수 있는 추가적인 양의 금속 원소를 제공하는, 내화성 물체로부터 분리된 공급원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베타 알루미나가 Na를 포함하는 경우, 폐쇄 용기는 베타 알루미나의 소결 시 Na2O의 휘발성 손실을 감소시키는데 도움이 되도록 추가적인 양의 Na를 제공하는 공급원을 포함할 수 있다. 추가적인 양의 Na는 NaOH, Na 염, 알루민산 나트륨, 베타 알루미나(몸체 외측에 위치함) 등의 포화 분위기의 형태로 제공될 수 있다.
내화성 물체의 몸체가 소결되는 경우, 몸체의 표면 부분은 알파-Al2O3로 변환된 베타 알루미나의 일부를 가질 수 있거나, 또는 몸체의 중심부에서의 베타 알루미나 함량과 비교하여 더 낮은 베타 알루미나 함량을 가질 수 있다. 표면 부분은 두께가 적어도 약 2μm , 적어도 약 20μm , 적어도 약 50μm , 또는 적어도 약 110μm , 또는 그 이상, 예를 들어 4mm 이하일 수 있다. 표면 부분은 제거되어, 몸체의 노출된 표면이 표면 부분이 제거되지 않은 경우보다 비교적 더 높은 베타 알루미나 함량을 가지도록 할 수 있다.
내화성 물체의 몸체는 용융 캐스팅(fusion casting)과 같은 캐스팅 기법을 이용하여 형성될 수 있다. 알파-Al2O3, 베타 알루미나, 알루민산 나트륨, 다른 알루미나 화합물, 베타 변환 물질(예를 들어, Na2O)의 다른 공급원, 또는 이들의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 출발 물질들은 조합되고 가열되어 용융 조성물을 형성한다. 일 실시예에서, 가열은 전기 아크 가열로서 실행될 수 있다. 그 다음에, 용융 조성물은 몰드 내로 캐스팅되고 냉각되어 몸체를 형성하도록 허용된다. 그 다음에, 몸체는 몰드로부터 제거될 수 있고 기계가공되어 이소파이프(isopipe)를 형성할 수 있다.
도 1에서 예시된 바와 같은 실시예에서, 내화성 물체100)의 몸체는 길이(l), 폭(w) 및 높이(h)를 갖는 직선 형상의 내화성 블록(102)일 수 있다. 일 실시예에서, 치수들 l, w 또는 h 중 임의의 것은 적어도 약 0.02m, 적어도 약 0.05m, 적어도 약 0.11m, 적어도 약 0.5m, 적어도 약 1.1m, 적어도 약 2.0m, 적어도 약 4.0m, 적어도 약 5.0m, 적어도 약 6.0m, 또는 그 이상일 수 있다. 도 1에서 예시한 바와 같은 실시예에서, 내화성 블록(102)은 유리 오버플로우 형성 블록이 형성될 수 있는 블랭크일 수 있다.
내화성 블록(102)은 상이한 형상, 더 평탄한 표면, 또는 둘 모두를 형성하기 위해 기계가공될 수 있다. 도 2에서 예시된 바와 같이, 내화성 블록(102)은 기계가공되어 유리 오버플로우 형성 블록(200)을 형성할 수 있다. 또한 내화성 물체인 유리 오버플로우 형성 블록(200)은 유리 오버플로우 홈통 부분(202) 및 점점 가늘어지는 부분(204)을 포함한다. 유리 오버플로우 홈통 부분(202)은 유리 오버플로우 형성 블록(200)의 길이를 따라 감소하는 깊이를 갖는 홈통을 포함한다. 도 3은 점점 가늘어지는 부분(204)의 예시적인 형상들의 단면도를 포함한다. 더 구체적으로, 점점 가늘어지는 부분은 쐐기 형상(2042), 오목 형상(2044) 또는 볼록 형상(2046)을 포함할 수 있다. 특정 적용에 대한 필요성 또는 요구사항을 만족시키기 위해 다른 형상들이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 코팅이 전혀 없는 몸체(420)를 포함하는 내화성 물체(400)가 도 4에서 예시되어 있다. 또 다른 실시예에서, 내화성 물체는 상이한 조성을 갖는 몸체를 덮는 베타 알루미나를 포함하는 코팅을 포함할 수 있다. 도 5는 몸체(520) 및 코팅(540)을 포함하는 내화성 물체(500)의 예시를 포함한다. 몸체(520)는 베타 알루미나를 실질적으로 포함하지 않을 수 있거나 코팅에 비해 더욱 낮은 함량으로 베타 알루미나를 포함할 수 있다. 몸체(520)의 조성은 사용될 수 있는 다른 조성들과 비교하여 더 낮은 크리프 속도, 용융 유리에 대하여 사용된 온도에서의 더욱 좋은 기계적 무결성, 베타 알루미나에 더 근접한 열팽창계수("CTE"), 다른 적당한 특성, 또는 이들의 임의의 조합에 근거하여 선택될 수 있다. 몸체(520)는 알파-Al2O3, 알파-Al2O3와 베타 알루미나의 혼합물, 지르콘, 뮬라이트, SiC, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 몸체(520)는 적어도 약 50 중량%, 적어도 약 75 중량%, 적어도 약 85 중량%, 적어도 약 90 중량%, 또는 적어도 약 95 중량%의 알파-Al2O3를 포함할 수 있다. 몸체(520)에 대한 전술한 물질들 중 임의의 것은 소결제, 입자 크기 제어, 다른 바람직한 특성, 또는 이들의 임의의 조합을 위한 한 종 이상의 도펀트를 포함할 수 있다.
코팅(540)은 베타 알루미나 분말의 증착(화학적 또는 물리적), 플라즈마 분무, 화염 분무, 슬러리의 부착, 다른 적합한 코팅 기법 등에 의해 형성될 수 있다. 코팅(540)은 필요하거나 원하는 경우 어닐링될 수 있다. 일 실시예에서, 코팅(540)은 적어도 약 100μm , 적어도 약 250μm , 또는 적어도 약 500μm 의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 코팅(540)은 약 5000μm 이하, 약 1500μm 이하, 또는 약 900μm 이하의 두께를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 코팅은 도 5의 코팅(540)과 같이, 실질적으로 균일한 조성을 갖는 단일 층일 수 있다. 다른 실시예에서, 코팅은 상이한 조성들을 갖는 복수의 층들을 포함할 수 있다. 도 6은 몸체(520) 및 코팅(640)을 포함하는 내화성 물체(600)의 일부분의 예시를 포함한다. 코팅(640)은 층들(642, 644 및 646)을 포함한다. 복수의 층들 내의 층들의 수는 2, 3, 4, 5, 9, 11 또는 그 이상일 수 있다. 복수의 층들은 몸체(520)의 조성과 베타 알루미나 사이의 CTE 불일치를 조정하는데 도움이 될 수 있다. 더 구체적으로, 층(642)은 층(646)의 CTE보다 몸체(520)의 CTE에 더 근접한 CTE를 가질 수 있고, 층(644)은 몸체(520)의 CTE보다 층(646)의 CTE에 더 근접한 CTE를 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 몸체(520)가 알파-Al2O3를 포함하는 경우, 코팅(640)의 반대쪽의 표면들은 몸체(520)에 더 근접한 표면 가까이에서 더 높은 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율을 가질 수 있고, 반대쪽의 표면 가까이에서 더 낮은 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율을 가질 수 있다. 도 6에서 예시한 바와 같은 실시예에서, 층들(642, 644 및 646)은 상이한 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율들을 가질 수 있으며, 그 결과로, 층(644)의 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율이 층(642)의 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율보다 작고 층(646)의 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율보다 크다.
구체적인 실시예에서, 몸체는 적어도 약 80 중량%의 알파-Al2O3를 포함할 수 있고, 내화성 물체(600)의 노출된 표면에 있는 층(646)은 적어도 80 중량%의 베타 알루미나를 포함할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 층(646)은 적어도 약 95 중량%의 베타 알루미나를 실질적으로 포함하고 알파-Al2O3는 실질적으로 포함하지 않는다. 층(644)은 층(646)과 비교하여 더 낮은 베타 알루미나 함량을 가질 수 있고, 층(642)은 층(644)과 비교하여 더 낮은 베타 알루미나 함량 및 더 높은 알파-Al2O3 함량을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 층은 베타 알루미나 함량이 두께의 증가에 따라 증가하도록 두께의 함수로서 연속적으로 변화하는 조성을 가질 수 있다. 몸체(520)가 대부분 비알루미나 물질(non-alumina material )인 경우, 코팅은 베타 알루미나 및 몸체의 물질 또는 베타 알루미나 및 몸체(520)와 상용성이 있는(즉, 부정적으로 상호작용하지 않는) 다른 물질을 포함할 수 있다.
완성된 내화성 물체에서, 몸체(코팅이 없음)이든지 코팅이든지 상관 없이 노출된 표면은 알루미나를 포함할 수 있는데, 베타 알루미나는 내화성 물체 내의 전체 Al2O3 함량의 적어도 약 50%, 적어도 약 75%, 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%를 차지한다.
내화성 물체는 특히 주목할 만한 하나 이상의 특성을 가질 수 있다. 이러한 특성으로는 내화성 물체의 몸체 또는 코팅과 Al-Si-Mg 유리 사이에 Mg-Al 산화물 층의 유의적인 형성이 약간 있거나 또는 없는 것을 들 수 있다. 밀도 및 공극률과 같은 다른 특성들이 또한 고려된다.
용융 알칼리 Al-Si-Mg 유리가 베타 알루미나와 접촉하는 경우, 유의적인 양의 Mg-Al 산화물 층이 형성되지 않는다. 따라서, 베타 알루미나는 용융 알칼리 Al-Si-Mg 유리가 알파-Al2O3에 노출될 때 Mg-Al 산화물 층이 형성될 수 있는 알파-Al2O3와 비교될 수 있다. Mg-Al 산화물 층의 형성은 뒤이어서 용융 유리에 유입되는 Mg-Al 산화물 층의 부분을 초래할 수 있고 형성되는 유리 시트에서 결함을 발생시킬 수 있다. 따라서, 베타 알루미나 및 유리는 이들 사이에 중간 층을 형성함이 없이 비교적 깨끗한 계면을 형성할 수 있다.
내화성 물체의 밀도 및 공극률은 ASTM C20-00 표준 테스트 방법(2005년에 재승인 되었음)을 이용하여 결정될 수 있다. 베타 알루미나의 밀도는 베타 알루미나 내의 도펀트에 부분적으로 의존한다. 예를 들어, Na를 포함하는 베타 알루미나는 Sc, La 등과 같은 희토류 원소를 포함하는 베타 알루미나보다 낮은 밀도를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 밀도는 적어도 약 2.50g/cc, 적어도 약 2.60g/cc, 적어도 약 2.80g/cc 또는 적어도 약 3.00g/cc 일 수 있다. 다른 실시예에서, 밀도는 약 3.90g/cc 이하, 약 3.70g/cc 이하 또는 약 3.50g/cc 이하일 수 있다. 일 실시예에서, 공극률은 부피 퍼센트("부피%")로 표시된다. 일 실시예에서, 내화성 물체의 공극률은 적어도 약 0.1 부피%, 적어도 약 1 부피% 또는 적어도 약 5 부피%이다. 다른 실시예에서, 공극률은 약 20 부피% 이하, 약 10 부피% 이하, 약 7 부피% 이하, 또는 약 2 부피% 이하이다.
내화성 물체는 유리 오버플로우 형성 블록의 형태인 경우 용융 공정에 의해 유리 시트를 형성하는데 유용할 수 있다. 도 7 및 도 8은 각각 유리 시트(302)의 형성 중의 유리 오버플로우 형성 블록의 사시도 및 단면도를 포함한다. 유리 오버플로우 형성 블록은 약 1050℃ 내지 약 1300℃ 범위의 온도까지 가열된다. 유리 오버플로우 형성 블록은 전술한 바와 같이 유리 오버플로우 홈통 부분(202) 및 점점 가늘어지는 부분(204)을 포함한다. 예시한 바와 같은 실시예에서, 유리 오버플로우 형성 블록은 또한 형성하고자 하는 유리 시트(302)의 폭을 일반적으로 한정하는 단부 가드들(206)을 포함한다. 유리 오버플로우 형성 블록은 용융 유리 조성물을 받는 입구(208)를 추가로 포함한다. 유리 오버플로우 홈통 부분(202) 내의 홈통은 홈통이 가득 채워질 때까지 용융 유리 조성물을 받는다. 그 다음에, 용융 유리 조성물은 유리 오버플로우 홈통 부분(202)의 반대쪽의 가장자리들을 넘쳐 흐른다. 그 다음에, 용융 유리 조성물은 유리 오버플로우 홈통 부분(202) 및 점점 가늘어지는 부분(204)의 반대쪽의 외측 표면들을 따라 흐른다. 유리 오버플로우 홈통 부분(202)의 반대쪽에 있는 점점 가늘어지는 부분(204)의 단부에서, 반대쪽의 외측 표면들을 따라 흐르는 용융 유리 조성물은 함께 융합되어 유리 시트(302)를 형성한다. 다른 실시예에서, 다른 형태의 유리 물체가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 유리 시트(302)는 적어도 약 20㎛, 적어도 약 30㎛, 또는 적어도 약 50㎛의 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 유리 시트(302)는 약 5mm 이하, 약 3mm 이하, 또는 약 1.1mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 폭과 관련하여, 공정은 유리 시트(302)의 임의의 원하는 폭을 허용하도록 단부 가드들(206)이 설치되게 할 수 있다. 예를 들어, 유리 시트(302)는 적어도 약 0.5m, 적어도 약 1.1m, 적어도 약 2.0m, 적어도 약 4.0m, 또는 그 이상의 폭을 가질 수 있다.
구체적인 실시예에서, 용융 유리 조성물은 Al-Mg-Si 유리를 포함한다. 더 구체적인 실시예에서, 용융 유리 조성물은 전술한 바와 실질적으로 동일하다. 도 8을 참조하면, 내화성 물체의 표면이 Al-Si-Mg 산화물을 포함하는 용융 유리에 노출될 때 Mg-Al 산화물이 그 표면을 따라 형성되지 않는다.
많은 상이한 양상들 및 실시예들이 가능하다. 이러한 양상들 및 실시예들 중 일부가 여기에서 설명된다. 본 명세서를 읽은 후, 당업자는 이러한 양상들 및 실시예들은 오로지 예시적인 것으로서 본 발명의 범위를 제한하지 않는다는 것을 인정하게 될 것이다.
제1 양상에서, 내화성 물체는 Al2O3를 포함할 수 있고, Al2O3의 적어도 약 50%는 베타 알루미나를 포함하고, 내화성 물체는 유리 용융 공정에서 사용될 수 있다.
제2 양상에서, 내화성 물체는 적어도 10 중량%의 전체 Al2O3 함량을 가질 수 있다. 내화성 물체의 표면이 Al-Si-Mg 산화물을 포함하는 용융 유리에 노출될때 Mg-Al 산화물이 그 표면을 따라 형성되지 않을 수 있다. 내화성 물체는 유리 용융 공정에서 사용될 수 있다.
제3 양상에서, 내화성 물체를 형성하는 방법은 Al2O3를 포함하는 몸체를 제조하는 단계를 포함할 수 있고, Al2O3의 적어도 약 50%는 베타 알루미나를 포함한다. 방법은 또한 몸체를 소결하여 내화성 물체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 내화성 물체는 유리 용융 공정에서 사용될 수 있다.
제3 양상의 일 실시예에서, 소결은 약 1700℃ 이하, 약 1650℃ 이하, 또는 약 1600℃ 이하의 온도에서 실행된다. 구체적인 실시예에서, 소결은 개방 용기 또는 폐쇄 용기에서 실행된다. 더 구체적인 실시예에서, 소결은 내화성 물체로부터 분리된 공급원에 의해 제공되는 1족 원소, 2족 원소, 희토류 원소, Pb, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 증기를 포함하는 환경에서 실행된다.
제3 양상의 또 다른 실시예에서, 방법은 내화성 물체를 형성하기 위해 제공되는 다수의 분말들을 밀링하는 단계를 추가로 포함한다. 다수의 분말들을 밀링하는 단계는 다수의 분말들을 각각 포함하는 밀링된 분말을 생성할 수 있다. 구체적인 실시예에서, 밀링은 건식 밀링, 습식 밀링, 또는 이들의 임의의 조합으로서 실행된다. 다른 구체적인 실시예에서, 밀링된 분말의 입자 크기의 D10 값은 약 9 미크론 이하, 약 3 미크론 이하, 약 2 미크론 이하, 또는 약 0.9 미크론 이하이다. 게다가, 밀링된 분말의 입자 크기의 D50 값은 약 20 미크론 이하, 약 12 미크론 이하, 약 9 미크론 이하, 약 3 미크론 이하, 약 2 미크론 이하, 또는 약 0.9 미크론 이하이다. 또한, 밀링된 분말의 입자 크기의 D90 값은 약 90 미크론 이하, 약 40 미크론 이하, 약 30 미크론 이하, 약 9 미크론 이하, 또는 약 2 미크론 이하이다. 추가의 구체적인 실시예에서, 밀링된 분말은 알파-Al2O3, 베타 알루미나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 또 다른 추가의 실시예에서, 밀링 후, 밀링된 분말은 적어도 약 0.5m2/g, 적어도 약 0.9m2/g, 적어도 약 1.1m2/g, 또는 적어도 약 1.5m2/g의 비표면적을 갖는다.
제4 양상에서, 내화성 물체를 형성하는 방법은 분말을 용융시켜 용융 조성물을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 분말은 알파-Al2O3 및 베타 변환 물질; 베타 알루미나; 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 또한, 방법은 내화성 물체에 상응하는 패턴을 갖는 몰드에 용융 조성물을 채우는 단계와, 내화성 물체를 냉각하는 단계를 포함하고, 내화성 물체는 베타 알루미나를 포함하고 유리 용융 공정에서 사용될 수 있다.
전술한 양상들 및 실시예들의 일 실시예에서, 베타 변환 물질은 1족 원소, 2족 원소, 희토류 원소, Pb, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 다른 실시예에서, 방법은 내화성 물체를 소결하는 단계를 추가로 포함한다.
전술한 양상들 및 실시예들의 임의의 것의 추가의 실시예에서, 방법은 내화성 물체를 유리 오버플로우 형성 블록으로 성형하는 단계를 추가로 포함한다.
제5 양상에서, 유리 물체를 형성하는데 사용되는 내화성 물체를 제조하기 위한 방법은 내화성 물체를 포함하는 몸체를 형성하는 단계와 몸체 상에 코팅을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 코팅은 베타 알루미나를 포함할 수 있고, 코팅 및 내화성 물체는 상이한 조성을 갖는다.
제6 양상에서, 유리 물체를 형성하는 방법은 유리 오버플로우 형성 블록의 표면에서 베타 알루미나를 포함하는 유리 오버플로우 형성 블록을 포함하는 내화성 물체를 제공하는 단계와, Al-Si-Mg 산화물을 포함하는 유리 재료를 유리 오버플로우 형성 블록 내로 유입시키고 유리 오버플로우 형성 블록의 가장자리를 넘쳐 흐르게 하는 단계를 포함할 수 있다. 유리 재료는 베타 알루미나와 접촉할 수 있다. 유리 재료의 유동 중에, 유리 오버플로우 형성 블록의 표면에서 베타 알루미나를 따라서 Mg-Al 산화물이 형성되지 않을 수 있다.
제6 양상의 일 실시예에서, 유리 물체는 유리 시트의 형태이다. 구체적인 실시예에서, 유리 시트는 적어도 약 20μm , 적어도 약 30μm , 또는 적어도 약 50μm 의 두께를 갖는다. 다른 구체적인 실시예에서, 유리 시트는 약 5mm 이하, 약 3mm 이하, 또는 약 1.1mm 이하의 두께를 갖는다. 또 다른 구체적인 실시예에서, 유리 시트는 적어도 약 0.2m, 적어도 약 0.5m, 적어도 약 0.7m, 적어도 약 1.1m, 적어도 약 2.0m, 적어도 약 2.4m, 또는 적어도 약 2.8m의 폭을 갖는다. 다른 실시예에서, 유리 물체는 알칼리 유리를 포함한다.
여기에서 설명된 실시예들 및 양상들 중 임의의 것의 구체적인 실시예에서, 내화성 물체의 표면이 Al-Si-Mg 산화물을 포함하는 용융 유리에 노출될 때, Mg-Al 산화물이 그 표면을 따라 형성되지 않는다. 다른 실시예에서, 내화성 물체는 유리 오버플로우 형성 블록을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 유리 오버플로우 형성 블록은 유리 오버플로우 형성 블록의 바닥으로부터 점점 가늘어지는 형상의 단면을 갖는다. 구체적인 실시예에서, 유리 오버플로우 형성 블록은 쐐기 형상의 단면을 갖는다. 또 다른 실시예에서, 내화성 물체는 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%의 전체 Al2O3 함량을 가질 수 있다. 추가의 실시예에서, 베타 알루미나는 내화성 물체 내의 전체 알루미나 함량의 적어도 약 50%, 적어도 약 70%, 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%를 차지한다.
여기에서 설명된 실시예들 및 양상들 중 임의의 것의 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 몸체 및 몸체의 적어도 일부분을 따르는 코팅을 포함하고, 코팅은 베타 알루미나를 포함한다. 더 구체적인 실시예에서, 코팅은 약 5000μm 이하, 약 1500μm 이하, 또는 약 900μm 이하의 두께를 갖는다. 다른 더 구체적인 실시예에서, 코팅은 적어도 약 100μm , 적어도 약 250μm , 또는 적어도 약 500μm 의 두께를 갖는다.
여기에서 설명된 실시예들 및 양상들 중 임의의 것의 구체적인 실시예에서, 코팅은 단일 층 또는 복수의 층들을 포함한다. 더 구체적인 실시예에서, 코팅은 실질적으로 균일한 조성을 갖는다. 다른 더 구체적인 실시예에서, 복수의 층들은 내층 및 외층을 포함하고, 내층은 몸체와 외층 사이에 배치되고, 내층의 열팽창 계수는 몸체와 외층의 열팽창 계수들의 사이에 있다. 추가의 더 구체적인 실시예에서, 코팅은 제1 표면 및 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면을 갖고, 제1 표면은 제2 표면보다 몸체에 더 근접한다. 코팅은 제1 표면 가까이에서 제1 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율 및 제2 표면 가까이에서 제2 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제1 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율은 제2 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율보다 크다. 더욱 더 구체적인 실시예에서, 코팅은 제1 표면 및 제2 표면으로부터 이격된 중간 영역을 갖고, 중간 영역은 제1 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율보다 작고 제2 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율보다 큰 중간 알파-Al2O3:베타 알루미나 비율을 갖는다.
여기에서 설명된 실시예들 및 양상들 중 임의의 것의 구체적인 실시예에서, 몸체는 지르콘, 뮬라이트, SiC, 알파 Al2O3, 베타 알루미나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 더 구체적인 실시예에서, 몸체는 적어도 약 40 중량, 적어도 약 50 중량%, 적어도 약 70 중량%, 적어도 약 90 중량%, 또는 적어도 약 95 중량%의 알파-Al2O3를 포함한다. 다른 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 1족 원소, 2족 원소, 희토류 원소, Pb, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 제1 도펀트를 포함한다. 더 구체적인 실시예에서, 제1 도펀트는 Na, K, Li, Cs, Mg, Ba, Sr, Pb, Sc, La, Pr, Nd, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 다른 더 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 약 26 몰% 이하, 약 17 몰% 이하, 또는 약 13 몰% 이하의 제1 도펀트를 포함한다. 추가의 더 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 적어도 약 2.1 몰%, 적어도 약 2.5 몰%, 또는 적어도 약 4.5 몰%의 제1 도펀트를 포함한다.
여기에서 설명된 실시예들 및 양상들 중 임의의 것의 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 소결제를 포함한다. 더 구체적인 실시예에서, 소결제는 Ta, Nb, Ti, Fe, Mn, Cu, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 다른 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 희토류 원소, Ta, Nb, Mg, Zr, Hf, Zn, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 제2 도펀트를 포함한다. 더 구체적인 실시예에서, 희토류 원소는 Y, Sc, Yb, Pr, Sm, Gd, La, Ce, Dy, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 추가의 구체적인 실시예에서, 소결제는 제2 도펀트와 상이하다.
여기에서 설명된 실시예들 및 양상들 중 임의의 것의 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 적어도 약 2.50g/cc, 적어도 약 2.60g/cc, 적어도 약 2.80g/cc, 또는 적어도 약 3.00g/cc의 밀도를 갖는다. 다른 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 약 3.90g/cc 이하, 약 3.70g/cc 이하, 또는 약 3.50g/cc 이하의 밀도를 갖는다. 또 다른 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 적어도 약 0.1 부피%, 적어도 약 1 부피%, 또는 적어도 약 5 부피%의 공극률을 갖는다. 또 다른 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 약 20 부피% 이하, 약 10 부피% 이하, 약 7 부피% 이하, 또는 약 2 부피% 이하의 공극률을 갖는다.
여기에서 설명된 실시예들 및 양상들 중 임의의 것의 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 TiO2, CaO, SiO2, Fe2O3, Na2O, 또는 이들의 임의의 조합을 약 2 중량% 이하, 약 1.5 중량% 이하, 약 0.9 중량% 이하, 또는 약 0.5 중량% 이하의 농도로 포함한다. 다른 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 코팅이 없다. 추가의 구체적인 실시예에서, 내화성 물체는 적어도 약 0.5m, 적어도 약 1.1m, 적어도 약 2.0m, 적어도 약 4.0m, 적어도 약 5.0m, 또는 적어도 약 6m의 길이를 갖는다.
예
여기에서 설명된 개념들은 특허청구범위에 설명된 특징들의 범위를 제한하지 않는 아래의 예들에서 추가로 설명될 것이다. 이러한 예들의 부분에서의 수치 값들을 편의상 근사치 또는 반올림 값으로 나타낼 수 있다.
다양한 상이한 소결된 세라믹 물질들을 포함하는 내화성 물체들을 아래의 과정 및 아래의 원료를 이용하여 제조한다. 표 1은 그 전부가 주로 알루미나를 함유하는 시료들의 조성을 포함한다. 미량의 불순물들이 존재할 수 있지만 보고되지 않는데, 그 이유는 이러한 불순물들은 일반적으로 이러한 시료의 성능에 유의적인 영향을 미치지 않기 때문이다.
상이한 베타 알루미나 내화성 물질들의 시료들은 표 1에서 기재된 조성 및 특성을 갖는다.
Figure 112013099991601-pct00001
시료들을 이 시료들과 용융 유리 조성물 사이의 유의적인 상대적 이동이 전혀 없이 1150℃에서 120 시간 동안 용융 유리 조성물과 접촉시킨다(정적 시험). 용융 유리 조성물은 61.9 중량% SiO2, 17.5 중량% Al2O3, 12.6 중량% Na2O, 3.5 중량% K2O, 및 3.5 중량% MgO를 포함한다.
도 9는 정적 시험 후의 Jargal-M™-상표 내화물 및 유리의 주사 전자 현미경("SEM") 이미지를 포함한다. 유리(92)가 베타 알루미나(94)와 접촉하는 곳에는, 유리(92)와 베타 알루미나(94)사이에는 층이 없다. 베타 알루미나(94)가 알파-Al2O3(96)의 부분들 사이에 있지 않는 위치에서, (도 9에 도시된 타원 내의) 스피넬 층(98)이 알파-Al2O3(96)와 유리(92) 사이에 형성된다.
도 10은 정적 시험 후의 Jargal H™-상표 내화물(101) 및 유리(103)의 SEM 이미지를 포함한다. 도 10에서 예시한 바와 같이, 유리(103)는 베타 알루미나(101)와 접촉하고, 유리(103)와 베타 알루미나(101) 사이에는 층이 없다. SEM 이미지에는 별도의 알파-Al2O3 상이 존재하지 않고 스피넬 층도 존재하지 않는다.
도 11은 정적 시험 후의 MgO 내화물(111)을 갖는 베타 알루미나 및 유리(113)의 SEM 이미지를 포함한다. 도 11에 예시된 바와 같이, 유리(113)는 내화물(111)과 접촉하고, 유리(113)와 내화물(111) 사이에는 층이 없다. SEM 이미지에는 별도의 알파-Al2O3 상이 존재하지 않고 스피넬 층도 존재하지 않는다.
알파-Al2O3와 다르게, 스피넬 층은 정적 시험 중에 베타 알루미나와 용융 유리 조성물 사이에 형성되지 않는다. 그러므로, 스피넬 층이 형성되지 않기 때문에, 베타 알루미나 내화물을 사용하여 형성된 유리는 스피넬 층으로부터 유래된 결함을 갖지 않게 된다.
상이한 제조 및 소결 조건들을 이용하여 추가의 시료를 형성한다. 세 개의 상이한 밀링 조건을 이용한다. Al2O3 건식 밀링("Al2O3 건식")은 알파-Al2O3 자(jar) 및 알파-Al2O3 그라인딩 매체를 구비한 유성 밀에서 30 분간 내화물질의 조각들을 밀링하는 단계를 포함한다. ZrO2 건식 밀링("ZrO2 건식")은 알파-Al2O3 자 및 알파-Al2O3 그라인딩 매체가 ZrO2 자 및 ZrO2 그라인딩 매체로 교체되는 것을 제외하고 Al2O3 건식 밀링과 동일하다. Al2O3 및 ZrO2 건식 밀링은 모두 물과 같은 액체 없이 실행된다. Al2O3 습식 밀링("Al2O3 습식")은 롤러 상의 알파-Al2O3 자 및 알파-Al2O3 그라인딩 매체 및 물을 이용하여 내화물질의 조각들을 밀링하는 단계를 포함한다. 표 2는 밀링 후의 분말들에 대한 입자 분포 데이터를 포함한다.
Figure 112013099991601-pct00002
모든 입자들의 90%가 1.39 미크론 이하의 입자 크기를 가지므로, 습식 밀링은 더 작은 입자 및 더 좁게 분포된 입자 크기를 제공한다. 밀링 후, 밀링된 분말 내의 알루미나의 41%는 알파-Al2O3이고, 59%는 베타 알루미나이다.
시료들을 상이한 밀링 조건들에 따른 분말들 및 상이한 소결 조건들을 사용하여 제조한다. 몇몇의 시료들은 소결된 시료 내의 Al2O3의 얼마나 많은 양이 알파-Al2O3 및 베타 알루미나인가를 결정하기 위한 정보를 얻기 위해 x-선 회절 분석 및 화학적 분석을 받게 된다.
밀링 후, 분말들을 등압 압축하여 약 25g의 평균 질량을 갖는 펠릿을 형성한다. 펠릿은 아래에 열거된 네 가지의 상이한 소결 조건들 중 하나를 이용하여 소결된다:
개방 용기에서 1600℃로 10 시간 동안 소결, 여기서 환경은 공기이며;
폐쇄 용기에서 1600℃로 10 시간 동안 소결, 여기서 환경은 공기이고, Jargal-M™-상표 내화물의 조각들로 채우고 분위기를 NaOH로 포화시키며;
개방 용기에서 1700℃로 10 시간 동안 소결, 여기서 환경은 공기이며;
폐쇄 용기에서 1700℃로 10 시간 동안 소결, 여기서 환경은 공기이고 Jargal-M™-상표 내화물("JM")의 조각들로 채우고 분위기를 NaOH로 포화시킴;
도 12는 Jargal-M™-상표 또는 Jargal-H™-상표 내화물의 조각들로부터 형성되는 시료들의 세트에 대한 표를 포함한다. 시료 1 내지 20은 분말로 밀링되는 Jargal-M™-상표의 용융 캐스팅된 조각들로부터 형성되고, 시료 21 내지 23은 분말로 밀링되는 Jargal-H™-상표 내화물의 용융 캐스팅된 조각들로부터 형성된다. Jargal-M™-상표 내화물 시료의 경우, 시료들 중 몇몇은 오직 Al2O3 건식 밀링만 되고(시료 1 및 2), 다른 시료들은 Al2O3 건식 밀링 및 ZrO2 건식 밀링이 되고(시료 3 내지 8), 추가의 시료들은 Al2O3 건식 밀링, ZrO2 건식 밀링 및 Al2O3 습식 밀링이 된다(시료 9 내지 20). 시료들 중 몇몇은 약 1 중량% ZnO(시료 7, 8 및 17 내지 20) 또는 약 1 중량% MgO(시료 5, 6 및 13 내지 16)를 포함한다. 시료 13 및 14는 공극률 및 밀도에 대하여 다시 시험된다. 시료 21 내지 23(Jargal-H™-상표 내화물)은 습식 밀링된다. 시료 21은 ZnO 또는 MgO가 전혀 첨가되지 않고, 시료 22는 약 1 중량% MgO를 포함하고, 시료 23은 약 1 중량% ZnO를 포함한다.
도 12의 표 내의 데이터를 고려하여 몇몇의 관찰 결과를 얻는다. Jargal-M™-상표 내화물에 대한 관찰 결과를 Jargal-H™-상표 내화물("JH")에 대한 관찰 결과 이전에 나타낸다.
Jargal-M™-상표 내화물의 경우, 예상치 않게, 습식 밀링된 시료는 건식 밀링된 시료와 비교하여 상당히 더 많은 베타 알루미나를 보유한다. 밀링되지 않은 분말은 약 59% 베타 알루미나를 갖는다. MgO를 함유하는 습식 밀링된 시료는 베타 알루미나가 약 57%인 가장 낮은 베타 알루미나 손실을 갖는다. ZnO를 함유하는 습식 밀링된 시료는 Mg 또는 Zn이 전혀 없는 습식 밀링된 시료와 비교하여 더 낮은 알루미나 손실을 갖는다. 건식 밀링된 시료는 습식 밀링된 시료와 비교하여 두 배 이상 많이 Al2O3를 상실한다.
Jargal-M™-상표 내화물의 경우, 건식 밀링만 되는 시료는 습식 밀링되는 시료와 비교하여 공극률이 더 높고 밀도가 더 낮다. 습식 밀링되는 시료는, 상이한 밀링 조건들로 인해, 건식 밀링되는 시료와 비교하여 더 작은 입자 크기를 갖는다. 건식 밀링된 시료들을 서로 비교하면, Al2O3 건식 밀링만 되는 시료들은 Al2O3 건식 밀링 및 ZrO2 건식 밀링되는 시료들과 비교하여 거의 동일한 공극률 및 밀도를 갖는다.
Jargal-M™-상표 내화물의 경우, MgO의 첨가는 습식 밀링되는 시료의 공극률을 감소시키는데 도움이 된다. MgO를 함유하는 습식 밀링된 시료에 대한 공극률은 약 1600℃에서 소결 시 약 0.04 부피% 이하이고, 약 1700℃에서 소결 시 약 1.75 부피% 이하이다. 공극률은 약 1600℃에서 소결 시 적어도 약 0.36 부피%이고, 약 1700℃에서 소결 시 적어도 약 4.95 부피%인 다른 습식 밀링된 시료들과 MgO를 함유하는 습식 밀링된 시료를 비교해 보라. 데이터는 상이한 습식 밀링된 시료들 사이의 밀도의 어떠한 관찰 결과를 만들기에 불충분하다. MgO 또는 ZnO의 첨가는 건식 밀링된 시료들에 대한 공극률 및 밀도에 유의한 영향을 미치는 것으로 보이지 않는다.
Jargal-M™-상표 내화물을 사용한 습식 밀링된 시료들의 경우, 더 낮은 소결 온도(약 1600℃)에서 소결된 시료들은 더 높은 소결 온도(약 1700℃)에서 소결된 시료들과 비교하여 더 낮은 공극률 및 더 높은 밀도를 갖는다. 약 1700℃에서 소결된 습식 시료들에 대한 공극률은 약 1600℃에서 소결된 습식 시료들보다 적어도 약 5배 더 높다. 특히, 시료 12는 시료 10의 공극률보다 약 7.8배 더 높은 공극률을 갖는데, 이 두 시료들은 ZnO 또는 MgO가 전혀 첨가되지 않고 Jargal-M™-상표 내화물과 함께 폐쇄 용기에서 소결된다. MgO를 함유하는 습식 밀링된 시료들의 경우, 시료 15는 시료 13(밀도 및 공극률의 재시험)의 공극률보다 약 39배 더 높은 공극률을 갖는다. ZnO를 함유하는 습식 밀링된 시료들의 경우, 시료 19는 시료 17의 공극률보다 약 12배 더 높은 공극률을 갖는다. 세 개의 상이한 그룹들의 각각 내의 다른 시료들은 모든 다른 파라미터들이 일정하게 유지되는 경우 상이한 소결 온도들에서 공극률의 훨씬 더 큰 차이를 갖는 점에 유념한다. 1600℃에서의 소결과 1700℃에서의 소결 사이의 밀도의 차이가 데이터에서 보이지만, 그 차이는 공극률의 차이만큼 크지는 않다.
Jargal-M™-상표 내화물을 사용한 건식 밀링된 시료들의 경우, 소결 온도는 공극률 또는 밀도에 유의한 영향을 미치는 것으로 보이지 않는다.
폐쇄 소결 환경에서 Jargal-M™-상표 내화물을 첨가하는 것은 공극률에 작은 영향을 미치는 것으로 보인다. 습식 밀링된 시료들의 경우, Jargal-M™-상표 내화물을 첨가하는 것은 동일한 조성 및 소결 조건을 갖는 시료와 비교하여 더 낮은 공극률을 갖는 것으로 보인다. 예를 들어, 시료 9는 약 0.36 부피%의 공극률을 갖고, 시료 10은 약 0.72 부피%의 공극률을 갖고, 시료 15는 약 1.54 부피%의 공극률을 갖고, 시료 16은 약 1.75 부피%의 공극률을 갖는다. 건식 밀링된 시료들에 대한 데이터는 Jargal-M™-상표 내화물의 첨가와 공극률 사이에 어떠한 상관관계를 갖는 것으로 보이지 않는다.
Jargal-M™-상표 내화물을 첨가하는 것은 건식 밀링된 시료 및 습식 밀링된 시료 모두의 밀도에 대한 상관관계를 갖는 것으로 보이지 않는다.
Jargal-M™-상표 내화물을 이용한 습식 밀링된 시료들의 경우, 더 낮은 온도(약 1600℃)에서 소결된 시료는 더 높은 온도(약 1700℃)에서 소결된 시료와 비교하여 더 낮은 공극률 및 더 높은 밀도를 갖는다. 약 1700℃에서 소결된 습식 시료의 공극률은 약 1600℃에서 소결된 습식 시료의 공극률보다 적어도 5배 더 높다. 특히, 시료 11은 시료 10의 공극률보다 약 6.9배 더 높은 공극률을 갖는데, 이 두 시료들은 ZnO 또는 MgO가 전혀 첨가되지 않는다. MgO를 함유하는 습식 밀링된 시료들의 경우, 시료 15는 시료 13(재시험)의 공극률보다 약 39배 더 높은 공극률을 갖는다. ZnO를 함유하는 습식 밀링된 시료들의 경우, 시료 19는 시료 18의 공극률보다 약 39배 더 높은 공극률을 갖는다. 세 개의 상이한 그룹들의 각각 내의 다른 시료들은 상이한 소결 온도들에서 공극률의 훨씬 더 큰 차이를 갖는 점에 유념하여야 한다. 건식 밀링된 시료들은 상이한 온도들에서 소결되지 않으므로, 공극률 및 밀도에 대한 소결 온도의 영향은 알 수 없다.
Jargal-H™-상표 내화물에 대한 관찰 결과는 Jargal-M™-상표 내화물과 비교하여 아주 다르다. 소결 중의 수축은 약 16%이다. Jargal-M™-상표 내화물에 MgO를 첨가하는 것은 더 낮은 공극률 및 더 높은 공극률을 갖지만, Jargal-H™-상표 내화물의 경우, 반대의 효과를 보인다. 특히, 시료 22(약 1 중량% MgO)는 약 4.00 부피%의 공극률 및 3.05g/cc의 밀도를 갖는다. (도핑되지 않은) 시료 21은 약 0.39 부피%의 공극률 및 3.23g/cc의 밀도를 갖는다. 시료 23(약 2 중량% ZnO)의 공극률 및 밀도는 시료 21과 시료 22의 사이에 있지만 시료 22와 비교하여 시료 21에 아주 더 근접한다. 시료 23은 약 0.67 부피%의 공극률 및 3.19g/cc의 밀도를 갖는다. Jargal-H™-상표 내화물을 갖는 더 많은 시료들을 시험하여 공극률 및 밀도에 대한 소결 온도(예를 들어, 1700℃) 및 소결 환경(예를 들어, Jargal-M™-상표명 또는 Jargal-M™-상표 내화물의 조각들로 폐쇄된)의 효과를 결정할 수 있다.
추가의 시료 24 내지 27을 여기에서 설명된 기법에 따라 형성한다. 특히, 시료들은 표 3에서 나타낸 조성을 갖는 분말들을 조합하여서 제조된다. 시료들은 베타-알루미나 분말 및 Ta2O5, Y2O3 또는 ZnO와 같은 임의의 도펀트의 분말을 물과 혼합하여 슬러리를 형성함으로써 형성된다. 베타-알루미나 분말을 미리 제트 밀링하여, 그 입자들이 약 2.9 미크론 내지 약 3.8 미크론 범위 내의 D50을 가지도록 한다. 시료 31의 경우, 베타-알루미나 분말은 또한 습식 밀링된다. 그 다음에, 슬러리를 바인더 및 다른 첨가제들과 함께 분무 건조하고 등압 가압하여 2x2x5 인치의 치수를 갖는 미소결체를 형성하는데 사용한다. 그 다음에, 미소결체를 적당한 주기로 약 15일간 공기 중에서 소성한 다음, 1560℃ 내지 1640℃의 범위 내의 온도에서 29 시간 내지 31 시간 동안 소결한다. 시료 24 내지 27을 포함하는 베타-알루미나 분말은 약 93.2 중량% 내지 약 94.4 중량%의 범위의 Al2O3, 약 5.3 중량% 내지 약 6.5 중량%의 범위의 Na2O, 및 약 0.07 중량% 내지 약 0.13 중량%의 범위의 SiO2를 포함한다. 게다가, 시료 24 내지 27의 베타-알루미나는 약 1.6 중량% 내지 2.4 중량%의 범위의 CaO, MgO 및 Fe2O3의 조합된 함량을 포함한다.
Figure 112013099991601-pct00003
표 4는 시료 24 내지 27의 밀도 및 공극률 데이터를 나타내고, 표 5는 시료 24 및 27의 일부분들의 결정질 상의 조성을 나타낸다. 결정질 상 데이터를 X-선 회절 기법을 이용하여 얻는다. 표 4는 Ta2O5를 사용하여 제조되는 시료 24가 시료 25, 26 및 27보다 더 조밀하고 덜 다공성이라는 것을 나타낸다. 게다가, 표 5의 데이터는 베타-알루미나의 일부분이 각각의 시료의 제조 중에 강옥(corundum)으로 변환되는 각각의 시료의 일부분 상에 반응 층이 형성된다는 것을 나타낸다. 반응 층은 측정되는 시료 24 및 27의 부분에서 깊이가 약 4 mm 미만이다. 반응 층의 아래에서, 시료들의 Al2O3가 베타-알루미나 상에 잔류한다.
도 13은 시료 24의 조성을 갖는 시료의 일부분과 알칼리 Al-Mg-Si 유리(131)의 일부분 사이의 계면의 단면도를 예시하는 X-선 회절 이미지이다. Ta2O5가 예시적인 백색 부분(133)과 같은 백색 부분으로서 도 13에 예시되어 있다. 도 13에 도시한 시료에 대해, 베타 알루미나 상(135)은 용융 알칼리 Al-Mg-Si 유리에 노출 시 강옥으로 변환되지 않는다. 또한, 도 13에서 예시한 시료의 부분에는 Mg-Al 산화물 층이 없다. 게다가, 도 13은 예시적인 공극(137)과 같은 다수의 공극들을 예시한다.
도 14는 도 13의 시료의 몸체의 일부분의 단면도를 예시하는 X-선 회절 이미지이다. 도 14는 Al-Mg-Si 유리와의 계면으로부터 이격되는 시료의 일부분을 예시한다. 도 14에서 예시한 시료의 부분은 예시적인 부분(141)과 같은 Ta2O5의 부분 및 베타-알루미나 상(143)을 포함한다. 게다가, 도 14에서 예시한 시료의 부분은 예시적인 공극(145)과 같은 다수의 공극들을 포함한다.
Figure 112013099991601-pct00004
Figure 112013099991601-pct00005
일반적 설명 또는 예들에서 위에서 설명된 행위들이 모두 요구되는 것은 아니며, 특정 행위의 일부분이 필요하지 않을 수 있으며, 설명된 행위에 추가하여 하나 이상의 추가의 행위가 실행될 수 있다는 것에 유념하여야 한다. 또한, 행위들이 열거되는 순서가 반드시 이들이 실행되는 순서인 것은 아니다.
이익, 다른 이점 및 문제점에 대한 해결방안이 특정 실시예들에 관하여 위에서 설명되었다. 그러나, 이익, 이점, 문제점에 대한 해결방안, 및 임의의 이익, 이점 또는 해결방안을 발생시킬 수 있거나 더 현저하게 할 수 있는 임의의 특징(들)은 임의의 청구항 또는 모든 청구항들의 중요하거나, 필요하거나, 또는 필수적인 특징으로서 해석되지 않아야 한다.
여기에서 설명된 실시예들의 명세서 및 예시는 다양한 실시예들의 구조의 일반적인 이해를 제공하기 위한 것이다. 명세서 및 예시는 여기에서 설명된 구조 또는 방법을 사용하는 장치 및 시스템의 모든 요소 및 특징들의 철저하고 포괄적인 설명으로서 작용하게 하려는 것은 아니다. 또한, 별개의 실시예들이 조합되어 단일 실시예로 제공될 수 있고, 반대로, 간결성을 위해, 단일 실시예의 맥락으로 설명되는 다양한 특징들이 개별적으로 또는 임의의 부조합으로 제공될 수 있다. 또한, 범위에서 기술된 값들에 대한 언급은 그 범위 내의 각각 값 또는 모든 값을 포함한다. 오직 본 명세서를 읽은 후에, 많은 다른 실시예들이 당업자에게 명백하게 될 수 있다. 다른 실시예들이 사용되고 본 발명으로부터 유도되어, 구조적 치환, 논리적 치환 또는 다른 변경이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (54)

  1. 적어도 93중량%의 전체 Al2O3 함량을 포함하는 내화성 물체로서,
    상기 Al2O3의 적어도 50%는 베타 알루미나를 포함하고, 상기 내화성 물체의 공극률은 적어도 0.1 부피%이고 20 부피% 이하이며, 상기 내화성 물체는 유리 용융 공정에서 사용될 수 있는, 내화성 물체.
  2. 내화성 물체를 형성하는 방법으로서,
    적어도 93중량%의 전체 Al2O3 함량을 포함하는 몸체를 제조하는 단계로서, 상기 Al2O3의 적어도 50%가 베타 알루미나를 포함하는 상기 단계, 및
    상기 몸체를 소결하여 상기 내화성 물체를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 내화성 물체의 공극률은 적어도 0.1 부피%이고 20 부피% 이하이며,
    상기 내화성 물체는 유리 용융 공정에서 사용될 수 있는, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소결은 1700℃ 이하의 온도에서 실행되는, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소결은 상기 내화성 물체로부터 분리된 공급원에 의해 제공되는 1족 원소, 2족 원소, 희토류 원소, Pb, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 증기를 포함하는 환경에서 실행되는, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    다수의 분말들을 밀링하여 밀링된 분말을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 밀링은 건식 밀링, 습식 밀링, 또는 이들의 임의의 조합으로서 실행되는, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 밀링된 분말의 입자 크기의 D10 값이 9 미크론 이하이거나;
    상기 밀링된 분말의 입자 크기의 D50 값이 20 미크론 이하이거나;
    상기 밀링된 분말의 입자 크기의 D90 값이 90 미크론 이하이거나; 또는
    이들의 임의의 조합인, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 밀링된 분말은 알파-Al2O3, 베타 알루미나, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 밀링된 분말은 적어도 0.5 m2/g의 비표면적을 갖는, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  9. 내화성 물체를 형성하는 방법으로서,
    알파-Al2O3 및 베타 변환 물질; 베타 알루미나; 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 분말을 용융시켜서 용융 조성물을 형성하는 단계,
    상기 내화성 물체에 상응하는 패턴을 갖는 몰드에 상기 용융 조성물을 채우는 단계, 및
    상기 내화성 물체를 냉각하는 단계를 포함하고, 상기 내화성 물체는 적어도 93 중량%의 전체 Al2O3 함량을 포함하고 유리 용융 공정에서 사용될 수 있고, 상기 내화성 물체의 공극률은 적어도 0.1 부피%이고 20 부피% 이하이며, 상기 내화성 물체의 전체 Al2O3 함량의 적어도 50%가 베타 알루미나인, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  10. 제2항 내지 제5항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내화성 물체를 유리 오버플로우 형성 블록으로 성형하는 단계를 추가로 포함하는, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  11. 삭제
  12. 제2항 내지 제5항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베타 알루미나는 적어도 70%를 차지하는, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  13. 제2항 또는 제9항에 있어서,
    상기 내화성 물체는 몸체 및 상기 몸체의 적어도 일부를 따라 코팅을 포함하고, 상기 코팅은 베타 알루미나를 포함하는, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 코팅은 5000μm 이하의 두께를 갖는, 내화성 물체를 형성하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 코팅은 적어도 100μm의 두께를 갖는, 내화성 물체를 형성하는 방법.
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