专利名称：用于热燃烧锅炉的陶瓷涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及在反应器，处理系统和燃烧系统中的金属和/或陶瓷表面和制品上制造陶瓷涂层的方法，其中在该金属和/或陶瓷表面或该制品上施用细颗粒氮化硼和纳米范围内的中等颗粒尺寸无机粘结剂和至少一种溶剂的混合物，然后通过加热将施用的混合物烧制成涂层。
本发明还涉及反应器，处理系统和燃烧系统中的金属和/或陶瓷表面上的陶瓷涂层，该涂层包含细颗粒氮化硼和至少一种纳米范围内的中等颗粒尺寸无机粘结剂的熔融体或烧结产物。
反应器和燃烧系统，优选废物焚化炉和在处理及工业焚化炉中的锅炉和焚化炉具有耐火壁结构以便将实际的锅炉室和管道单元隔开。这对保护钢制管壁免受高温和来自于腐蚀性气体和主要来自于腐蚀性固体的侵蚀是必需的。
通常将待保护的钢制管件排列在具有例如管壁板或耐火材料，混凝土或石块的大表面上并用与材料粘结或富含空气的混凝土填充间隙，如德国专利申请102 06 607.8中所述。
在反应器，燃烧和废物加热锅炉的某些区域中，不可能通过管壁板或材料，或混凝土的应用来保护钢制管件。为消除同样存在于这种情形中的有害气体的腐蚀作用，通过合金堆焊(所谓的包覆)来保护该钢制品。包覆非常费力且花费巨大，特别是现有锅炉的后期包覆。
在反应器和锅炉的运行期间，特别是在废物焚化炉中，腐蚀性固体和灰分会沉积在该陶瓷管壁板，材料或石块以及该堆焊合金或钢管上，这会抑制由燃烧室至管壁的热传导。必须定期去除这些沉积物，或者在运行期间通过喷水枪或者更通常在运行停止期通过喷砂，刷拭等。这两种方法都非常复杂而且非常昂贵。运行停止期间的清理需要长的设备非运行期和清理人员的最高安全措施。
具有抗污(dirt-rejecting)性质或可抑制固体黏附的表面被称为易清洁表面(通过利用特氟隆效应的低能量表面)或莲花表面(植物微结构)。这些涂层在本技术中是已知的然而由于所有这些涂层具有有机的基本框架，这些层不耐高温从而不能用于本情形。
因此本发明的根本目的是开发可直接用于钢制管件，和同时可用于耐火管壁衬套的涂层，该涂层可显著减少上述的黏附从而确保例如持久均匀的热传导。如果将该涂层直接施用到该钢制管件，其必须同时具有拒腐蚀(corrosion-blocking)性。该陶瓷层的施用应当是可能的，除涂覆钢管和耐火钢管衬套的直接安置区域以外，还可直接用于锅炉或反应器中并应在运行锅炉的主要温度下硬化从而避免昂贵的修理工作。这些要求超出了现有技术。
依照本发明通过所要求的陶瓷涂层和所要求的制造陶瓷涂层的方法实现了这个目的。
包含细颗粒氮化硼粉末，无机粘合剂体系和至少一种溶剂的陶瓷混合物允许制造可以按本领域中的已知方法施用的涂层材料，特别是通过喷涂，刮涂(doctoring)，辊涂(rolling)，浸渍或溢流(flood)到金属或陶瓷表面上，其中该氮化硼粉末优选为介于50nm至50μm之间，特别是介于500nm和5μm之间的一次颗粒尺寸。以这种方法施用的涂层在大于400℃的温度下硬化。如德国专利申请101 27 494.7中已描述的，这些涂层可用作高温易清洁涂层。
本发明层的易清洁性质是基于富集在该涂层最上层的氮化硼颗粒的存在。无机纳米颗粒充当无机粘结剂体系，特别是化合物Al2O3，AlO(OH)，ZrO2，Y-ZrO2，TiO2，SiO2，Fe2O3和SnO2，或可在生产过程中转变为所述化合物中一种的纳米颗粒的相关前体化合物的纳米颗粒。或者，还可以使用基于金属有机化合物的玻璃状粘结剂体系。
可以使用所有的常规醇类和水作为溶剂，优选使用丁氧基乙醇，乙醇和水，且特别优选使用这些溶剂的组合。
可以通过使用例如喷砂的钢制锅炉初期清理将该高温易清洁层施用到金属管壁。可以通过例如喷涂或辊涂来施用本发明的涂层。随后在正常运行期间对该锅炉进行加热使得该层在金属基底上硬化。由于本发明的层也适于钢制锅炉中涂层破损处的后期修补，因此修补工作非常简单。可以在每次翻新(revision)时或仅按照需要进行上述工作。
可以通过对钢制锅炉进行初期清理，例如通过喷砂，随后通过喷涂或辊涂的涂覆，将该高温易清洁层施用到涂覆陶瓷的管壁。同样在这种情形中，运行锅炉的正常温度足以使该涂层致密化。生产中也会影响陶瓷板的涂层，即当烧制陶瓷板，石块或材料，特别是SiC板时。为了这个目的，在烧制用于填充空隙的石块之前，通过喷涂，刮涂，浸渍或辊涂将本发明的涂层施用到该石块上。
实施例1将7.5g氮化硼在14.55g 2-丁氧基乙醇中吸附。向该混合物中加入16.62g由2.88g四乙氧基硅烷，9.86g甲基三乙氧基硅烷，2.26g纳米尺度的SiO2(5至15nm的颗粒直径)和1.62g水组成的第二种混合物。加入之后，搅拌该混合物30分钟。清理锅炉室之后，通过喷涂，刮涂或辊涂施用该涂层材料。在锅炉运行期间，“原位”压制以这种方式施用的涂层。或者，也可以在锅炉运行之前通过火焰压制该层。
实施例2将100g纳米尺度的ZrO2(颗粒直径为10nm)以几部分加入700g硝酸水溶液，然后在搅拌下以几部分加入200g氮化硼。将该浆料充分搅拌一小时然后加入88g 30wt％的PVA溶液。可以通过喷涂工艺浆该陶瓷悬浮体施用至基底。在室温下干燥后进行热硬化。
可以将本发明的具有创造性的步骤视为例如所提出的陶瓷涂层的优异性质。本方法的实施惊人的简单而且需要的工作较少，这里通过纳米尺度的氧化锆对其进行说明，但是对于所提到可作为粘结剂的其他无机化合物同样如此。
氧化锆的纳米颗粒具有最高达250m2/g的大的表面，在产品中，它们50％的原子处于表面上。这意味着该扩散(陶瓷烧结或烧制的起因)的开始比较大颗粒的扩散早很多。可以在1000℃下将纳米尺度的氧化锆烧结至其理论密度，而μm范围尺寸的氧化锆需要在1600℃下。对粘结剂这意味着该层在低几百度的温度下已经开始硬化。
权利要求
1.用于制造在反应器，处理设备和燃烧设备中的金属和/或陶瓷表面和制品上的陶瓷涂层的方法，其特征在于向该金属和/或陶瓷表面或该制品上施用细颗粒氮化硼，至少一种纳米范围的中等颗粒尺寸无机粘结剂，和至少一种溶剂和/或水的混合物，通过加热将施用的混合物烧制成涂层。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于对金属管壁，陶瓷管壁板，石块和反应器，处理设备和燃烧设备中的衬套材料的表面提供该涂层。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于对废物焚化炉的零件表面提供该涂层。
4.根据权利要求1至3任何一个的方法，其特征在于该无机粘结剂主要包括Al2O3，AlO(OH)，ZrO2，Y-ZrO2，TiO2，SiO2，Fe2O3和/或SnO2或相关的前体化合物。
5.根据权利要求1至4任何一个的方法，其特征在于使用有机金属化合物作为无机粘结剂。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于该有机金属化合物包括硅烷或硅氧烷化合物。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于该硅烷化合物包括四乙氧基硅烷，三甲氧基甲基硅烷和二氧化硅溶胶的混合物。
8.根据权利要求1至7任何一个的方法，其特征在于该无机粘结剂具有＜100nm，优选＜50nm，特别是＜20nm的平均颗粒尺寸。
9.根据权利要求1至8任何一个的方法，其特征在于该溶剂主要包括乙醇，1-丙醇，2-丙醇，2-丁氧基乙醇和/或水。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于该溶剂包括乙醇，2-丁氧基乙醇和水的混合物。
11.根据权利要求1至10任何一个的方法，其特征在于所施用的混合物的烧制是通过该反应器，处理设备或燃烧设备运行期间的加热进行的。
12.根据权利要求1至10任何一个的方法，其特征在于在反应器，处理设备或燃烧设备的运行开始之前，通过加热到至少400℃对施用的混合物进行烧制。
13.用于对反应器，处理设备和燃烧设备中的金属和/或陶瓷表面和制品的陶瓷涂层进行修补的方法，其特征在于在破损涂层上通过依照权利要求1至12的至少一个部分或全部施用涂层来修补破损涂层。
14.根据权利要求1至13任何一个的方法，其特征在于通过漂洗，辊涂，浸渍和/或溢流来施用该混合物。
15.反应器，处理设备和燃烧设备中金属和/或陶瓷表面的陶瓷涂层，该涂层包含细氮化硼和至少一种纳米范围内的中等颗粒尺寸无机粘结剂的熔融体或烧结产物。
16.根据权利要求15的陶瓷涂层，可以通过如下方法得到该涂层a)将细氮化硼，至少一种纳米范围内的中等颗粒尺寸无机粘结剂和至少一种溶剂的混合物施用到金属和/或陶瓷的表面；和b)烧制该混合物。
17.根据权利要求15和/或16的陶瓷涂层，其特征在于该无机粘结剂具有＜100nm，优选＜50nm，特别是＜20nm的平均颗粒尺寸。
18.反应器，处理设备和燃烧设备中金属和/或陶瓷表面的抗污涂层，可以通过如下方法得到该涂层a)将细氮化硼，至少一种纳米范围内的中等颗粒尺寸无机粘结剂和至少一种溶剂的混合物施用到金属和/或陶瓷的表面；和b)烧制该混合物。
全文摘要
本发明涉及制造在金属和/或陶瓷表面，特别是锅炉内的管壁和管壁衬套上的陶瓷涂层，以便保护涂覆表面不发生腐蚀和黏附问题的方法，另外还涉及可依照所述方法制造的涂层。该陶瓷涂层的特征在于该涂层包含氮化硼以便形成低能量的表面，和包含陶瓷纳米颗粒作为温度稳定粘结剂，由于其高的粉末比表面，该温度稳定粘结剂可充当粘结剂或可选基于金属有机化合物的玻璃型粘结剂体系。
文档编号B05D7/24GK1671888SQ03818397
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月30日 优先权日2002年7月31日
发明者O·宾克莱, S·法贝尔, R·依宁格尔, R·福尔茨 申请人:Itn 纳诺瓦圣有限公司