專利名稱：通過(guò)深海中等靜壓制來(lái)制造致密體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成大塊材料的方法。具體地，本發(fā)明涉及包含等靜壓制步驟的形成大塊壓縮的顆粒生坯體和燒結(jié)的大塊的方法。例如，本發(fā)明適用于制備熔合下拉法的等壓槽的大鋯石陶瓷塊料，所述熔合下拉法用于制備玻璃板。
背景技術(shù)：
由于大陶瓷塊料的具有吸引力的機(jī)械性質(zhì)和耐火性，其適用于構(gòu)建許多工程結(jié)構(gòu)。例如，包含Al2O3、ZrO2、鋯石(ZrO2 · Si02)、Ti02、BeO、MgO、SiO2及其混合物與組合物的大塊陶瓷可以用于制備用于熔化、傳遞以及形成金屬和/或玻璃制品的組件。具體地，由于鋯石在高溫下的高機(jī)械強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，其被用于制備熔合下拉法的大成形陶瓷塊(稱·作等壓槽)，所述熔合下拉法用于制備玻璃板。非常希望結(jié)構(gòu)陶瓷塊呈現(xiàn)為一體型致密體的形式。通過(guò)包括以下步驟的方法來(lái)制備陶瓷塊(a)將陶瓷材料顆粒填塞到袋中；(b)在高壓下等靜壓制所述袋子以在等靜壓槽中形成生胚體；(C)以及燒結(jié)所述生胚體以得到致密的陶瓷塊。然后，可以將燒結(jié)的陶瓷塊機(jī)械加工成所需的尺寸和形狀。制造、安裝和維護(hù)等壓槽的成本非常高，且如果陶瓷塊的尺寸超過(guò)約3米時(shí)，成本上升到非常昂貴的水平。因此，仍然需要實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的制備大尺寸陶瓷塊的方法。本發(fā)明滿足了這些需求和其他需求。

發(fā)明內(nèi)容
這里揭示本發(fā)明的若干方面。應(yīng)當(dāng)理解，這些方面可以彼此重疊，也可以不重疊。因此，一個(gè)方面的某個(gè)部分可以落入另一個(gè)方面的范圍，反之亦然。每個(gè)方面用諸多實(shí)施方式來(lái)說(shuō)明，而實(shí)施方式進(jìn)而可以包括一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施方式
。應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施方式可以彼此重疊，也可以不重疊。因此，一個(gè)實(shí)施方式或其具體實(shí)施方式
的某個(gè)部分可以落入或不落入另一個(gè)實(shí)施方式或其具體實(shí)施方式
的范圍，反之亦然。本發(fā)明的第一個(gè)方面涉及用于制造尺寸至少為I米的致密體的方法，該方法包括以下步驟(I)將多種顆粒裝入可密封的袋中；(II)從所述袋內(nèi)去除氣體；(III)對(duì)所述袋進(jìn)行密封；以及(IV)將所述袋下降到至少為1000米深的水柱中的比水柱表面至少低1000米的壓
實(shí)位置，在該位置形成等靜壓制的生胚體。
在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，在步驟(IV)中，生胚體水柱是地球上的大海的部分，且所述壓實(shí)位置比大海的表面低至少5000米。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，在步驟(IV)中，生胚體水柱是地球上的大海的部分，且所述壓實(shí)位置比大海的表面低至少10000米。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，在步驟(IV)中，所述水柱是地球上的大海的部分，且所述壓實(shí)位置比大海的表面低至少10500米。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，在步驟(I)中，所述多種顆粒包含陶瓷，且該方法還包括如下步驟(V)(V)燒結(jié)步驟(IV)中得到的生胚體，理想的是在正常大氣壓和高于1000° C的溫度下，以得到致密陶瓷塊。
在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，所述陶瓷包含以下材料Be0、Mg0、ZrO2, ZrO2 · Si02、A1203、TiO2及其混合物與組合物。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，步驟(IV)包括(IV. I)將密封袋放入籠中；以及(IV. 2)將所述籠子從水柱的表面下降到壓實(shí)位置。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，在步驟(IV. 2)中，將所述籠子與索纜相連，所述索纜與水柱表面上的船可延長(zhǎng)地相連。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，籠子以最大IOnMiT1的垂直速度行進(jìn)。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，籠子以最大Im · s—1的垂直速度行進(jìn)。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，在籠子上或者附近安裝了壓力傳感器，該壓力傳感器提供了袋子經(jīng)受的壓力信息。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，在步驟(IV)時(shí)，在袋子的周圍提供了加熱元件以維持袋子所需的溫度。在本發(fā)明的第一個(gè)方面的某些實(shí)施方式中，通過(guò)生胚體的袋子上或者袋子附近的溫度傳感器來(lái)控制加熱元件的功率。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，所述方法還包括如下步驟(IV-A):(IV-A)在步驟(IV)之后將袋子升高到水柱表面的上方。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，在步驟(IV-A)中，袋子以最大10m· s—1的垂直速度行進(jìn)，在某些實(shí)施方式中袋子以最大5m · S-1的垂直速度行進(jìn)，在某些其他實(shí)施方式中，袋子以最大Im *s_1的垂直速度行進(jìn),在某些其他實(shí)施方式中,袋子以最大O. 5m *s_1的垂直速度行進(jìn)，在某些其他實(shí)施方式中，袋子以最大O. Im · S-1的垂直速度行進(jìn)。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，將可用于提供重量與浮力之間可調(diào)節(jié)差異的氣囊盒與籠子相連。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，在步驟(IV)的最后，降低所述氣囊的重量來(lái)為包含籠子和氣囊的組件提供整體向上的作用力。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，致密體的尺寸至少為2米。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，致密體的尺寸至少為3米。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，致密體的尺寸至少為4米。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，致密體的尺寸至少為5米。
在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，致密體的尺寸至少為10米。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，致密體具有相互垂直的每一面尺寸至少為2米的兩面。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，致密體具有相互垂直的每一面尺寸至少為2米的三面。在本發(fā)明的第一方面的某些實(shí)施方式中，致密體具有至多10體積％的孔隙率，在某些實(shí)施方式中具有至多8體積％的孔隙率，在某些其他實(shí)施方式中具有至多5體積％的孔隙率，在某些其他實(shí)施方式中具有至多3體積％的孔隙率。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式具有以下優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。首先，給定了海洋 的尺寸，可以在深海中等壓制的生胚體的尺寸幾乎不受限制。第二，由于在壓制之前和之后用于運(yùn)輸生胚體的船可以是通用的而不是具體用于等靜壓制步驟的船，從而用于運(yùn)輸生胚體的成本可以與運(yùn)輸其他貨物的成本分擔(dān)，因此降低了用于運(yùn)輸生胚體的成本。第三，可以在較短時(shí)間內(nèi)壓制多個(gè)生胚體或者甚至可以同時(shí)壓制多個(gè)生胚體而無(wú)需超大尺寸的等壓機(jī)。因此最終的結(jié)果是可以以低成本制備大尺寸的陶瓷體。在以下的詳細(xì)描述中列出了本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點(diǎn)，其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言由所述內(nèi)容而容易理解，或按文字描述和其權(quán)利要求書(shū)以及附圖
中所述實(shí)施本發(fā)明而被認(rèn)識(shí)。應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都只是對(duì)本發(fā)明的示例，用來(lái)提供理解要求保護(hù)的發(fā)明的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或結(jié)構(gòu)。所含附圖用于進(jìn)一步理解本發(fā)明，附圖被結(jié)合在本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖中圖I是通過(guò)熔合下拉法制造玻璃板的等壓槽操作的示意圖。圖2顯示了海水溫度與根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式適合進(jìn)行等靜壓制步驟的熱帶地區(qū)的海水深度的函數(shù)。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式制備ZrO2 · SiO2陶瓷塊的流程圖。發(fā)明詳述如上文所述，本發(fā)明可用于制造任意材料的任意大型主體，其涉及在密封袋中等靜壓制生胚體的步驟，特別是等靜壓制用于基于氧化物、磷酸鹽或者其他無(wú)機(jī)材料的生胚體的步驟。本發(fā)明特別適用于制造大陶瓷塊，所述大陶瓷塊具有尺寸至少為2米(在某些實(shí)施方式中至少為2. 5米，在某些其他實(shí)施方式中至少為3米)的至少一面、優(yōu)選為相互垂直的至少兩面。本發(fā)明的一個(gè)特別有利的用途是制造基于大型鋯石(ZrO2 · SiO2)的陶瓷塊，所述基于大型鋯石(ZrO2 · SiO2)的陶瓷塊用于制造用于熔合、傳遞以及調(diào)節(jié)玻璃熔體和形成玻璃制品的大尺寸一體型陶瓷組件。如上文所述，通常由一塊一體型的陶瓷材料，例如，鋯石、磷釔礦(YPO4)或者其他在目標(biāo)形成溫度下具有高尺寸穩(wěn)定性的難熔材料來(lái)制備熔合下拉法的等壓槽，所述熔合下拉法用于制備玻璃板，特別是適合作為L(zhǎng)CD基材的高精度、高表面質(zhì)量的玻璃板。通過(guò)以下制造基于鋯石的等壓槽的實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。然而，應(yīng)理解的是，通過(guò)閱讀本說(shuō)明書(shū)并從本說(shuō)明書(shū)獲益后，加以必要的修改，本發(fā)明可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員用于從大塊材料制造其他制品。圖I示意性說(shuō)明了操作等壓槽100通過(guò)熔合下拉法來(lái)制造玻璃帶111。所述等壓槽100包含一塊一體型鋯石，所述一體型鋯石在楔形下部件105上包含槽形上部件103。熔融玻璃通過(guò)進(jìn)口管101進(jìn)入到槽103中，從槽103的兩個(gè)頂表面溢流，在所述槽103的外部表面和楔形下部件105的兩個(gè)會(huì)聚側(cè)表面上形成兩個(gè)玻璃帶，并在根部109熔合，以形成以113方向下拉的單獨(dú)的玻璃帶111，所述根部109是所述楔形部件的下端。在下游(未示出)中進(jìn)一步冷卻所述玻璃帶111以形成剛性玻璃板，剛性玻璃板比玻璃帶耐用得多，將所述剛性玻璃板切成所需尺寸并用于制造LCD。因?yàn)椴Ａ?11的兩個(gè)外表面都僅與環(huán)境空氣接觸且沒(méi)有與等壓槽的表面接觸，它們具有基本不含刮擦的完好的表面質(zhì)量，無(wú)需進(jìn)一步的表面精整例如研磨和拋光。由于沒(méi)有表面瑕疵，通過(guò)該方法制得的玻璃板傾向于具有非常高的機(jī)械強(qiáng)度。為了制造具有所需性質(zhì)，例如高厚度均勻性、低壓力、以及高壓力均勻性等的精密玻璃板，在生產(chǎn)循環(huán)時(shí)等壓槽100的形狀穩(wěn)定性是十分重要的。不幸的是，由于等壓槽自身以及負(fù)載的熔融玻璃的重力，等壓槽會(huì)隨著時(shí)間下垂，導(dǎo)致形狀和尺寸的變化。假定基本恒定的材料的蠕變比率以及給定的操作溫度，則等壓槽的跨度越大，下垂就越明顯。 鋯石陶瓷的孔隙率影響了等壓槽的下垂以及其他性質(zhì)。因此，通常希望致密化用于等壓槽的鋯石陶瓷，使得孔隙率低于約10體積％。理想地，等壓槽的鋯石陶瓷中的孔大多數(shù)是閉合的孔，即它們不與等壓槽表面周圍的環(huán)境空氣接觸。美國(guó)專利第6，974，786號(hào)和美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第US2008/0125307A1號(hào)、第US2009/0111679A1號(hào)以及第W009/054951號(hào)中揭示了適用于制造熔合下拉法中等壓槽的鋯石材料以及該材料的制備方法，其通過(guò)引用全文納入本文。圖3顯示了基于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的鋯石陶瓷制造等壓槽的方法的流程圖。在步驟301中，制備了具有所需化學(xué)組成、粒徑以及粒徑分布的鋯石粉末。為了實(shí)現(xiàn)鋯石陶瓷的高最終密度，希望粉末的粒徑分布能夠在壓力下進(jìn)行顆粒的致密填塞。示例性的粒徑范圍為約O. I μ m至100 μ m,中值粒徑范圍為3 μ m至20 μ m?？梢酝ㄟ^(guò)本文所示的合成方法球磨具有所需組成的大鋯石，例如上述專利參考文獻(xiàn)中所揭示的鋯石來(lái)制備顆粒，之后以合適的篩孔尺寸進(jìn)行挑選。在步驟303中，具有所需粒徑分布的鋯石粉末與可任選的粘合劑混合，被放入可密封的柔性袋中。通過(guò)例如振動(dòng)來(lái)壓實(shí)袋中的粉末，以改善顆粒填充?？梢杂衫缒猃埢蛘咂渌浪嵝钥椢飦?lái)制造所述袋子。所述袋子應(yīng)該具有安放具有所需形狀和尺寸的生胚體的形狀和體積。例如，由于如下詳述的在燒制和燒結(jié)步驟中生胚體的收縮，為了制造尺寸為3mX2mXlm的最終陶瓷塊，所述袋子應(yīng)該可以包含具有該顯著較大尺寸的生胚體。為了幫助支撐所述生胚體的重量以及限定填充袋的形狀，金屬容器例如鋼籠或者鋼盒可用于裝載所述袋子。在步驟305中，對(duì)袋子進(jìn)行真空化然后密封。從袋中去除氣體使得顆粒被緊密地壓實(shí)，在之后的壓實(shí)步驟中沒(méi)有在內(nèi)部捕集大氣穴。優(yōu)選在地基工廠中進(jìn)行步驟301、303和305，盡管它們也可以在大海上的浮船或者鉆探平臺(tái)上進(jìn)行。如果生胚體在大海上用船運(yùn)輸了長(zhǎng)距離，可以優(yōu)選在步驟307之前立即在海上進(jìn)行步驟305。接著，在步驟307中，將袋(優(yōu)選裝入金屬籠內(nèi))以可控制的方式下降到海中至少為1000米(例如，5000米、6000米、7000米、8000米、9000米、以及10000米等)深度的位置。
可以通過(guò)使用潛水艇或者系在浮船或者鉆探平臺(tái)等上的可延長(zhǎng)的索纜來(lái)進(jìn)行袋子的下降。在一個(gè)實(shí)施方式中，將袋子放置在所有六個(gè)面上具有許多孔的不銹鋼籠內(nèi)，所述不銹鋼籠又系在鋼索纜卷的一端上。通過(guò)船將籠子帶到太平洋中的馬里亞納海溝上，然后將所述籠從船上以可控制的方式下降到海水中。已知馬里亞納海溝處的大海的最大深度超過(guò)10500米。較佳地，在籠上或者附近安裝壓力傳感器，從而壓力信息可以沿著索纜或者通過(guò)例如無(wú)線傳輸?shù)钠渌绞絺鬏數(shù)酱稀；蛘?，可以使用聲納或者其他裝置來(lái)監(jiān)測(cè)并定位下降過(guò)程中的籠子。已知水柱施加的壓力P可以通過(guò)如下等式計(jì)算P= P · g · h 其中，P是水柱的密度，g是重力加速度，而h是水柱的高度。因此，壓實(shí)位置處的海越深，則施加到生胚體的壓力越大。當(dāng)生胚體從海洋的表面下降到壓實(shí)位置時(shí)，其經(jīng)受的壓力增加。生胚體遭受的壓力越高，其變得越緊密，顆粒的填充越好。為了制造高度致密燒結(jié)的陶瓷體，希望壓實(shí)位置至少低于海平面8000米，在某些實(shí)施方式中至少低于海平面9000米，在某些其他實(shí)施方式中至少低于海平面10000米。在海平面下10000米處，壓力約為 16kPsi。圖3顯示了熱帶地區(qū)的海水的溫度。從該圖可以看出，海水溫度的變化不明顯，從表面約20° C到海底約0° C。這是大多數(shù)適用于等壓壓制的袋材料可以耐受的溫度范圍。因?yàn)榛\子在所有的面上有孔，一旦其被海水浸沒(méi)，則整個(gè)袋子經(jīng)受其上方水柱施加的基本均勻的壓力。因此所述袋中的生胚體被等靜壓制。如果籠子沒(méi)有被系著的索纜所限制，則籠、袋以及生胚體的重力的結(jié)合使得籠下降到海底。通過(guò)例如滑輪和/或馬達(dá)的索纜的受控制的延伸可以限制以基本恒定的垂直速度下降，例如最多10米每秒(m^1)，在某些實(shí)施方式中最多5m s—1,在某些其他實(shí)施方式中最多Im · S^10較慢和恒定的下降速度使得生胚體中的顆粒逐漸攪亂、遷移、重排以及填充，導(dǎo)致基本均勻的整體密度和孔隙率而沒(méi)有大裂縫和空腔捕集其中。對(duì)于袋子和生胚體的快速和突然的壓力變化會(huì)導(dǎo)致不需要的壓力梯度被封閉在生胚體中，優(yōu)先對(duì)表面區(qū)域而不是中心壓實(shí)，導(dǎo)致生胚體中不同的填塞水平和壓實(shí)水平，這對(duì)于燒結(jié)的陶瓷塊中的最終密度、孔隙率和空隙分布可能是有害的。此外，對(duì)于生胚體緩慢和穩(wěn)定的下降速度使得所述生胚體的溫度與其周圍的環(huán)境以充分緩慢的速度平衡，以避免任意對(duì)于顆粒的均勻填塞可能有害的熱沖擊。理想地，籠子不應(yīng)該被允許到達(dá)海底以避免與例如巖石的尖銳物體接觸，這會(huì)刺破袋子，導(dǎo)致生胚體被海水污染。理想地，一旦籠子到達(dá)目標(biāo)深度，其在給定的時(shí)間內(nèi)在該深度保持靜止，從而在索纜被取回以回收籠子之前使得生胚體被壓實(shí)到穩(wěn)定的階段。保持階段可以是數(shù)分鐘到數(shù)月，優(yōu)先為數(shù)小時(shí)至數(shù)周。目標(biāo)深度優(yōu)先為海平面下至少5000米，在某些實(shí)施方式中為海平面下至少8000米，在某些其他實(shí)施方式中為海平面下至少9000米，在某些其他實(shí)施方式中為海平面下至少10000米?？梢愿鶕?jù)可得的公共數(shù)據(jù)或者通過(guò)使用諸如聲納的深度儀來(lái)測(cè)定給定位置的大海的最大深度。通常，目標(biāo)深度應(yīng)該相對(duì)不含高速流且相對(duì)遠(yuǎn)離海底的地?zé)峄鹕絿姲l(fā)和火山，以提供穩(wěn)定和均勻的壓實(shí)環(huán)境。在步驟309中，通過(guò)例如取回系在籠子上的索纜來(lái)將籠子上升到海平面上。同樣，應(yīng)該小心控制索纜的取回速度。不同于索纜延伸步驟，取回索纜需要抗衡籠子和生胚體的重量、索纜的重量，并提供整個(gè)組件減去海水提供的浮力所需的上升加速度。當(dāng)籠子上升運(yùn)動(dòng)時(shí)，施加到生胚體和籠子上的壓力逐漸下降。為了維持壓實(shí)的生胚體的結(jié)構(gòu)完整性，應(yīng)該避免突然的壓力變化。因此，希望是逐步的、緩慢的索纜取回速度。在某些實(shí)施方式中，以最大IOm · s—1的速度取回索纜，在某些實(shí)施方式中以最大Im · s—1的速度取回索纜，在某些實(shí)施方式中以最大O. 5m · s—1的速度取回索纜,在某些其他實(shí)施方式中以最大O. Im · s—1的速度取回索纜。類似于下降步驟，由于壓力和溫度的突然變化會(huì)影響生胚體，上升步驟中的速度控制會(huì)對(duì)顆粒的填塞具有顯著的影響。緩慢和恒定的上升垂直速度使得生胚體在壓力和溫度方面都與周圍環(huán)境平衡，使得生胚體中的內(nèi)部壓力逐漸釋放，并避免有害的熱沖擊。在其他實(shí)施方式中，可以使用可密封的金屬盒代替籠子來(lái)容納袋子和生胚體，所述可密封的金屬盒設(shè)置有閥以允許水可控制地進(jìn)出盒子。在下降過(guò)程中，所述閥可以保持打開(kāi)以允許海水流入到盒中并維持盒內(nèi)與盒外基本相同的壓力。所述盒子可以是立方體、長(zhǎng)方體或者球體的。在上升過(guò)程中，所述閥可以保持打開(kāi)以維持盒內(nèi)外的壓力平衡。另一方面，希望在下降過(guò)程中的某一點(diǎn)，在壓實(shí)位置，或者在上升過(guò)程中關(guān)閉所述閥，從而將袋子維持在具有恒定壓力的安全和穩(wěn)定的環(huán)境中。使用盒子是有益的，因?yàn)槠浔苊饬擞捎诖?海中的水流、無(wú)辜或惡意的野生生物等導(dǎo)致的不合乎需要的擾動(dòng)?；蛘?，可能的是，當(dāng)盒子在大海中的某一點(diǎn)，例如壓實(shí)位置，閥可以是關(guān)閉的，然后將盒子上升到不同的位置或者甚至高于海平面上，在所述不同的位置或者甚至高于海平面上生胚體被施加了與壓實(shí)位置處相同的壓力。還預(yù)期裝有生胚體和高壓水的盒子被運(yùn)載到陸地上的位置，在該位置可以在通過(guò)打開(kāi)閥減輕壓力前保持充分長(zhǎng)的一段時(shí)間，然后打開(kāi)以取回等壓制的生胚體。在此實(shí)施方式中，高度希望盒子被設(shè)計(jì)成具有例如球形的形狀以最大化其抵擋如此高壓的能力。在某些實(shí)施方式中，可以將氣囊與袋子的容器(籠子或者盒子)相連。所述氣囊是功能類似于魚(yú)或者潛水艇的金屬盒，其可以容納可調(diào)節(jié)量的水。從而在下降步驟中，所述氣囊可以被水填充，從而整個(gè)組件可以由于重力下降到目標(biāo)位置。在上升步驟中，可以去除所述氣囊內(nèi)的至少部分水并用氣體替代，從而為袋子和生胚體的容器提供了上升作用力。在其他實(shí)施方式中，可以為袋子和生胚體提供加熱元件，從而可以控制并調(diào)節(jié)生胚體的溫度或者將生胚體的溫度維持在比海水高的水平。所述加熱元件可以通過(guò)船或者儲(chǔ)存在袋子附近的化學(xué)品的反應(yīng)提供電力來(lái)提供熱能。可以為生胚體的袋子提供溫度傳感器并在溫度控制環(huán)中使用。盡管希望將生胚體的籠子/盒子或者其他容器系在船、鉆探平臺(tái)或其他表面物體上，還可以允許將袋子和生胚體的容器漂流到深海，然后通過(guò)漁網(wǎng)、潛水艇或者其他方式之后取回。接著，在步驟311中，然后將生胚體運(yùn)載到燒結(jié)設(shè)備，在所述燒結(jié)設(shè)備中將所述生胚體從袋中取出，放入爐子中，首先燃燒以燒掉粘合劑(如果存在的話)，然后燒結(jié)到至少1000° C的溫度，在某些實(shí)施方式中燒結(jié)到至少1300° C的溫度，在某些其他實(shí)施方式中燒結(jié)到至少1500° C的溫度，從而形成了致密鋯石塊。在燃燒和燒結(jié)時(shí)，鄰近的顆粒相互連接以形成堅(jiān)固的一體型主體。通常觀察到塊的收縮并減少了生胚體中的孔。希望最終致密鋯石的密度為常規(guī)條件下鋯石理論極限密度的至少90%。燒結(jié)步驟的范圍可以是數(shù)小時(shí)到數(shù)月，優(yōu)先為數(shù)小時(shí)至數(shù)周。燒結(jié)完成之后，使得塊緩慢冷卻到室溫以進(jìn)行退火并避免由于熱沖擊導(dǎo)致的裂縫。例如，所述燒結(jié)步驟可以為I小時(shí)至150天，在某些實(shí)施方式中為2小時(shí)到100天，在某些實(shí)施方式中為10小時(shí)到90天，在某些實(shí)施方式中為20小時(shí)到80天，在某些實(shí)施方式中為20小時(shí)到60天。
最終，在步驟313中，將冷卻的大塊鋯石陶瓷機(jī)械加工成所需的形狀，例如具有上槽和下楔，具有所需的尺寸。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，明顯可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變動(dòng)而不會(huì)偏離本發(fā)明的范圍和構(gòu)思。因此，本發(fā)明應(yīng)涵蓋對(duì)本發(fā)明的修改和變化，只要這些修改和變化在所附權(quán)利要求及其等同方案的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造尺寸至少為I米的致密體的方法，該方法包括以下步驟 (I)將多種顆粒裝入可密封的袋中； (II)從所述袋內(nèi)去除氣體； (III)對(duì)所述袋進(jìn)行密封；以及 (IV)將所述袋下降到至少為1000米深的水柱中的比水柱表面至少低1000米的壓實(shí)位置，在該位置形成等靜壓制的生胚體。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟(IV)中，所述水柱是地球上的大海的部分，且所述壓實(shí)位置比大海的表面低至少5000米。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，在所述步驟(IV)中，所述水柱是地球上的大海的部分，且所述壓實(shí)位置比大海的表面低至少10000米。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述步驟(IV)中，所述水柱是地球上的大海的部分，且所述壓實(shí)位置比大海的表面低至少10500米。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述多種顆粒包含陶瓷，且該方法還包括如下步驟(V) (V)在高于1000°C的溫度下燒結(jié)步驟(IV)中得到的生胚體，以得到致密陶瓷塊。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述陶瓷包含選自BeO、MgO、ZrO2,ZrO2 · Si02、A1203、TiO2及其混合物與組合物的材料。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟(IV)包括 (IV. I)將密封的袋放入籠中；以及 (IV. 2)將所述籠子從水柱的表面下降到壓實(shí)位置。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步驟(IV.2)中，將所述籠子與索纜相連，且所述索纜與水柱表面上的船可延長(zhǎng)地相連。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，在所述步驟(IV.2)中，籠子以最大IOm · S-1的垂直速度運(yùn)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步驟(IV.2)中，籠子以最大ImM-1的垂直速度運(yùn)動(dòng)。
11.如權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在籠子上或者附近安裝了壓力傳感器，該壓力傳感器提供了袋子經(jīng)受的壓力信息。
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(IV)時(shí)，在袋子的周圍提供了加熱元件以維持袋子所需的溫度。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，通過(guò)生胚體的袋子上或者附近的溫度傳感器來(lái)控制所述加熱元件的功率。
14.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟(IV-A) (IV-A)在步驟(IV)之后將袋子升高到水柱表面的上方。
15.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟(IV-A)中，袋子以最大IOm · s—1的垂直速度行進(jìn),在某些實(shí)施方式中袋子以最大5m · s—1的垂直速度行進(jìn),在某些其他實(shí)施方式中，袋子以最大Im μ—1的垂直速度行進(jìn)，在某些其他實(shí)施方式中，袋子以最大O.5m ·S-1的垂直速度行進(jìn),在某些其他實(shí)施方式中，袋子以最大O. Im *s_1的垂直速度行進(jìn)。
16.如前述權(quán)利要求7至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將能夠用于提供重量與浮力之間可調(diào)節(jié)差異的氣囊盒與籠子相連。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，在步驟(IV)的最后，降低所述氣囊的重量來(lái)為包含籠子和氣囊的組件提供整體向上的作用力。
18.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述致密體的尺寸至少為2米。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述致密體的尺寸至少為3米。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述致密體的尺寸至少為4米。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述致密體的尺寸至少為5米。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述致密體的尺寸至少為10米。
23.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述致密體具有相互垂直的每一面尺寸至少為2米的兩面。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述致密體具有相互垂直的每一面尺寸至少為2米的三面。
25.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述致密體的孔隙率最多為10%，在某些實(shí)施方式中孔隙率最多為8%，在某些其他實(shí)施方式中孔隙率最多為5%，在某些其他實(shí)施方式中孔隙率最多為3%。
全文摘要
一種制造大塊料的方法，該方法包括在深海中等靜壓制生胚體的步驟?？梢酝ㄟ^(guò)該方法以較低成本制造非常大的塊料。深海為等壓制提供了必需的高壓力。
文檔編號(hào)C03B17/06GK102762362SQ201180010532
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者P·M·希爾梅宏, R·L·羅茲 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司