[發明專利]高強度陶瓷元件及其制造方法和使用方法

在審

• 申請號: 201410260985.1
• 申請日: 2008-03-12
• 公開（公告）號: CN104031632A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: K·R·迪克森;W·T·斯蒂芬斯;T·弗斯
• 申請（專利權）人: 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司
• 主分類號: C09K8/80
• 分類號: C09K8/80
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 章蕾

本申請是申請日為2008年3月12日，申請號為200880008243.2，發明名稱為“高強度陶瓷元件及其制造方法和使用方法”的申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及高強度陶瓷元件及其制造方法和使用方法。

背景技術本發明一般涉及用于各種工業應用的陶瓷元件。其中一些應用包括使用陶瓷元件用于以下用途：作為促進從地質層組中取出液體和/或氣體的支撐劑(proppant)；作為用于擦洗，研磨或拋光的介質；作為化學反應器中的床支撐介質；作為傳熱介質；和作為過濾介質。更具體地，本發明能用于需要高抗碾性的陶瓷球的應用。更具體地，本發明涉及可用于地質層組中的支撐劑，地質層組中，施加在支撐劑上的壓力超過常規支撐劑如砂和樹脂覆膜砂的抗碾性。

涉及支撐劑的專利和公開的專利申請的例子包括：US4,632,876；US7,067,445；以及US2006/0177661。

發明內容

在一個實施方式中，本發明可以是球形陶瓷元件，該陶瓷元件包含固定于燒結層的已燒結基體(base)。該基體具有一定的熱膨脹系數，燒結層具有一定的熱膨脹系數。基體的熱膨脹系數大于所述層的熱膨脹系數。基體在燒結層上施加壓縮力。

在另一個實施方式中，本發明可以是制造陶瓷元件的方法。該方法可包括以下步驟。由可燒結的陶瓷材料形成球形的未燒結基體。將可燒結材料的未燒結層沉積在基體的表面，因而形成具有涂覆了至少一層的基體的球形未燒結復合材料。通過使所述復合材料經歷完整的熱循環，在陶瓷元件上施加壓縮力，所述熱循環包括熱量斜線上升階段和熱量冷卻階段。在斜線上升階段中，基體的粘結和收縮大于所述層。在冷卻階段之后，基體在所述層上施加壓縮力。

在另一個實施方式中，本發明可以是制造陶瓷元件的方法。該方法包括以下步驟。由可燒結的陶瓷材料形成球形的未燒結基體。在基體表面上沉積可燒結材料的未燒結層，因而形成具有涂覆了至少一個層的基體的球形未燒結復合材料。使所述復合材料經歷完整的熱循環，所述熱循環至少包括第一熱量斜線上升階段和最后熱量冷卻階段。第一斜線上升階段開始后，基體收縮，所述層向基體施加壓縮力。最后冷卻階段開始后，至少一部分的層與基體分離。

在又一個實施方式中，本發明可以是另一種制造陶瓷元件的方法。該方法可以包括以下步驟。由可燒結的陶瓷材料形成球形的未燒結基體。對基體加熱以實現基體的至少部分燒結。在基體表面上沉積可燒結材料的未燒結層，因而形成具有涂覆了未燒結層的至少部分燒結的基體的球形復合材料。使復合材料經歷完整的熱循環，熱循環溫度超過基體和層的燒結溫度。在熱循環期間，基體和層相互粘結，并且基體的收縮在層上施加壓縮力。

本發明可以涉及支撐地質層組的方法。該方法可以包括以下步驟：使多個支撐劑與流體混合，形成可流動的混合物，并在壓力下迫使該混合物進入地質層組，直到將至少一部分的支撐劑設置在層組的裂紋中，其中，至少5重量％的支撐劑各自包含固定于燒結層的已燒結基體，所述基體在所述層上施加壓縮力。

本發明可以涉及另一種支撐地質層組的方法。該方法可以包括使多個支撐劑與液體混合形成可流動混合物的步驟。所述支撐劑包含粘結于燒結層的已燒結基體，所述基體在所述層上施加初始力。在壓力下將該混合物設置在地質層組中，直到多個支撐劑中的至少一部分插入層組的裂縫中。利用由地質層組提供的地下熱量來加熱支撐劑，所述熱量使得在所述層上施加凈壓縮力，而該凈壓縮力超過所述初始力。

如本文中所用，“燒結”表示通過施加熱量使顆粒結合。燒結通常導致致密化，但并不是所有情況都如此。

支撐劑的“抗碾性”是常用的術語，表示支撐劑的強度，可采用ISO13503-2：2006(E)確定。高強度的支撐劑產生的抗碾性(以重量％表示)小于低強度的支撐劑。例如，具有2重量％抗碾性的支撐劑被認為是高強度支撐劑，相對于10重量％抗碾性的低強度支撐劑而是優選的。

附圖說明

圖1顯示假設對均質材料隨溫度的線性百分率變化的曲線圖；

圖2顯示假設對兩種材料隨溫度的線性百分率變化的曲線圖；

圖3是與本發明的支撐劑進行比較的常規支撐劑放大約100倍的照片；

圖4是本發明第一實施方式的支撐劑放大約150倍的照片；

圖5是本發明第二實施方式的支撐劑放大約120倍的照片；

圖6顯示本發明第一支撐劑制造方法的步驟；