加长管结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体而言设及加长管结构，更具体而言，设及通过烧结结合联接在一起的 陶瓷管结构。
【发明内容】
[0002] 本发明的实施方案总体上设及形成为陶瓷材料、特别是包括碳化娃基材料的加长 管结构。本发明的加长管结构的实施方案一般包括通过陶瓷接合部件联接在一起的第一管 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，且所述两段 布置为端对端构造，使得第一陶瓷管段的第二端与第二管段的第一端彼此面对。陶瓷接合 部件用于将第一管段和第二管段结合在一起，经设置W便与第一管段的第二端和第二管段 的第一端烧结结合。具体而言，陶瓷接合部件设置为外接环绕管段的端对端构造，并与管段 烧结结合W形成连续加长管结构，该结构具有诸如烧结结合或过盈结合的不含粘结材料的 密封。
【附图说明】
[0003] 参考附图，可更好地理解本发明，使本领域技术人员清楚其诸多特征和优势。
[0004] 图1显示根据本发明一个实施方案的加长管结构的横截面，在该实施方案中管结 构端对端邻接并通过陶瓷接合部件及其之间的烧结结合彼此联接。
[0005] 图2显示图1所示加长管结构实施方案的平面图。
[0006] 图3显示根据本发明一个实施方案将要邻接在一起的相邻管段的端面分解平面 图。
[0007] 图4显示另一个实施方案的相邻管段的端面分解横截面图，在该实施方案中相邻 管段具有互补的L形端面。
[000引图5显示预烧结碳化娃段和陶瓷接合部件之间的烧结结合界面。
[0009] 图6显示陶瓷制品的一个实施方案在2(K)psi下的压力测试图。
[0010] 图7显示陶瓷制品的S个实施方案在20°C下的压力测试图。
[0011] 图8显示图7的；个实施方案在1000°C下的压力测试图。
[0012] 图9显示陶瓷制品实施方案通过5次热循环的压力测试的压力相对于温度的图。
[0013] 图10显示陶瓷制品的S个实施方案在20°C下的压力测试图。
[0014] 图11显示图10的S个实施方案在1000°C下的压力测试图。
[0015] 图12显示陶瓷制品的S个实施方案的长持续时间测试的压力相对于温度的图。
[0016] 在不同的附图中使用相同的标记表示相似或相同的要素。
【具体实施方式】
[0017] 本发明的实施方案总体上设及形成为陶瓷材料、特别是包括碳化娃基材料的加长 管结构。大尺寸如高热质（thermalmass)和/或加长尺度件难W制成整体陶瓷部件。通 常，加长尺度在寻获合适烙炉方面存在明显的挑战，具有高的热预算，并具有延长且缓慢攀 升的烧结及退火时间。因而，某些结构W分段形式制造并联接在一起。
[001引根据本发明的一个实施方案，提供加长管结构，其包括通过陶瓷接合部件联接在 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，所述两段W端对端构造布置，使得第一陶瓷管段的第二端与第二管段的第一端彼此面 对。陶瓷接合部件用于将第一管段和第二管段结合在一起，经设置W便与第一管段的第二 端和第二管段的第一端烧结结合。陶瓷接合部件可在管段上彼此相接的部位处外接环绕 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，该密封的剪切强度不低 于约25MPa、不低于约40MPa、不低于约50MPa、不低于约75MPa、不低于约lOOMPa、不低于约 lOOMPa、不低于约120MPa、不低于约140MPa、不低于约170MPa或不低于约200MPa。在一个 实施方案中，管与基底部件之间的界面表现出不大于约lOOOMPa、例如不大于约TOOMPa、不 大于约SOOMPa或不大于约300MPa的剪切强度。
[0019] 如本文所用，所提及的为特定剪切强度值的剪切强度通过在负载下测试标准尺寸 样品测得。具体而言，所述剪切强度通过如下制备及测试标准样品测得。样品由长度各自 为76. 2mm的陶瓷管和陶瓷环制得。陶瓷管具有14mm的外径伽t)和Ilmm的内径（IDt)。 陶瓷环具有20mm的外径（ODf)和14mm的内径（IDf)。陶瓷环环绕陶瓷管放置，W使各自的 端部齐平，然后使管-环组件共烧结。冷却之后，从烧结组件上切下横截面中段并将厚度磨 至3mm的最终厚度（t)。所述中段包括从陶瓷管上切下的内环和从陶瓷环上切下的外环。 内环与外环之间的接触面积代表总结合面积（Ab),并根据下式计算：
[0020] Ab=JT?ODt?t(式I)
[0021] 在室温下使用Instron8562 采用IOOkN的载荷传感器（loadcell)W0. 05mm/min 的速度，由此对内环和外环分别施加大小相等但方向相反的力，对中段样品的剪切强度进 行测试。将所施加的力逐渐增大直至环断开。使环断开所需的力（F)W牛顿为单位测量。 根据下式得到剪切强度值：
[0022] T=F?Ab?1〇6 (式II)
[0023] 应当理解的是，如本文所述的陶瓷制品可具有各种尺度和整体尺寸，但剪切强度 值基于如上所述标准化几何和测试方法。因而，验证具有大于或小于上述标准化样品的不 同尺度样品的剪切强度需要在与所述具有不同尺度的样品在组成和加工条件一致的情况 下制造标准化样品。
[0024] 陶瓷管段可通过各种技术成型，例如模塑成型、注浆成型、机加工成型、等静压成 型、挤出成型和其它成型技术。然而，本发明的实施方案具体而言设及大型管，通常外径大 于7-9英寸且长度为约0. 5-3米及W上。因而，挤出管往往不切实际，各种成型技术具有其 应用限制。因此，各实施方案通过等静压成型。实际上，加长管结构可具有不低于10 : 1， 例如不低于约20 : 1、例如不低于约30 : 1或不低于约40 : 1的定义为长度（L)与外径 (OD)之比的长宽比。由于相对于直径该些管的长度存在极限，因而大多数实施方案不会超 过300 : 1的长宽比。
[0025]根据具体实施方案，第一管段的第二端与第二陶瓷管段的第一端邻接接触。端面 可具有各种构造，包括简单平面结构，还包括邻接接触时"锁定"在一起的互补结构。该种 锁定关系或互连关系的一种实例是采用搭接，其中如横截面图所示相对面具有互补的L形 外部轮廓，使得所述相对面彼此互锁。在平面端面情况下，所述平面端面可在垂直于管段纵 向通道的平面上取向，或可选择地相对所述通道W小于90°的某个锐角斜角取向，类似诸 如羽毛笔或皮下注射器针头的斜切管结构。在该种情况下，设置管段方向使得斜角面彼此 互补。
[0026] 如W上简述，陶瓷管段可由陶瓷材料形成，特别是氮化娃。另外，接合部件可由陶 瓷材料形成，特别是碳化娃。陶瓷管段和接合部件可包含碳化娃，在某些实施方案中主要 包含碳化娃，使得碳化娃为管的主要组成物质，通常高于至少约70wt%，例如高于至少约 80wt%或高于至少约90wt%。在另一个实施方案中，管可包含量为高于至少约91wt%、例 如高于至少约99. 85wt%的碳化娃。
[0027] 根据某些实施方案，使用一种特定形式的碳化娃，即引入本文作为参考的美国专 利第4, 179, 299号中所述的WHEXOLOY⑩商标为人所知的碳化娃（由Saint-Gobain AdvancedCeramicsCo;rporation，Worcester,Massachusetts,USA制造）。适宜的碳化娃 通常包含：量为高于至少约91wt%、例如高于至少约99. 85wt%的碳化娃；至多约5.Owt% 的碳化有机物；至少约0. 15wt%至不高于约3.Owt%的棚；和至多约1.Owt%另外的碳。"碳 化有机物"为单体碳或在形成陶瓷管的过程中用作原料的有机物碳化原位产生的未结合 碳。可用于形成陶瓷管的碳化有机物包括但不限于酪醒树脂、煤焦油渐青、聚亚苯基或聚甲 基亚苯基。
[002引根据一个实施方案，碳化娃烧结陶瓷体的特征可在于主要为等轴的微结构，该意 味着存在长宽比小于3:1的晶粒（即晶体微结构的晶粒最大尺度与晶体微结构的晶粒最 小尺度之比小于3 : 1)。另外，碳化娃包含至少约95wt%、例如至少约99wt%的a-相非 立方晶态碳化娃。
[0029] 根据一个实施方案，碳化娃的密度为至少约2. 40g/cm3,例如至少约2. 90g/cm3或 至少约