專利名稱：：低熱膨脹鑄造介質(zhì)的制作方法低熱膨脹鑄造介質(zhì)
背景技術(shù)：
：本發(fā)明涉及低熱膨脹系數(shù)鑄造介質(zhì)，以及生產(chǎn)該介質(zhì)的方法和材料。鑄造介質(zhì)在金屬鑄造工業(yè)中被用于各種各樣鑄造過程。在鑄造過程中，熔融金屬在鑄造介質(zhì)的存在下被倒入到模制區(qū)域中以制造設(shè)計(jì)形狀、大小和尺寸的鑄件。隨著熔融金屬^皮倒入到模具中，鑄造介質(zhì)受熱并膨脹。當(dāng)金屬和模具冷卻至室溫時(shí)，金屬和模具將收縮。此種冷縮熱脹可導(dǎo)致所得金屬鑄件內(nèi)產(chǎn)生缺陷。可能發(fā)生的膨脹程度隨鑄造介質(zhì)的類型不同而異。熱膨脹系數(shù)代表材料熱脹或冷縮的程度。高熱膨脹系數(shù)介質(zhì)的使用要求較高程度地付出零件尺寸設(shè)計(jì)和添加劑方面的前期工程成本，以盡可能周到地考慮膨脹的影響。熱膨脹系數(shù)值較小的鑄造介質(zhì)，在作為熔融金屬模具材料使用時(shí)將具有較小膨脹和收縮，因此在最終金屬零件中將造成較少缺陷。石英砂，這種在金屬鑄造應(yīng)用中使用得最普遍的介質(zhì)具有大于10(io-6英寸每英寸每。c)的熱膨脹系數(shù)。鋯砂，這種在金屬鑄造應(yīng)用中使用得最普遍的特種砂具有約4.2((10"英寸每英寸每。C)的熱膨脹系數(shù)。另一種公知的鑄造介質(zhì)包括合成陶瓷介質(zhì)，由CARBO陶資公司以商品名ACCUCAST⑧市售供應(yīng)。高熱膨脹性能可限制生產(chǎn)要求高尺寸精度水平的薄壁或非常復(fù)雜零件的能力。高膨脹介質(zhì)可能要求緩沖介質(zhì)膨脹的添加劑或高機(jī)加工和清理花費(fèi)，以校正造成的不良鑄造性能。低熱膨脹鑄造介質(zhì)可對(duì)鑄造工業(yè)的好處在于(l)減少鑄造缺陷；(2)減少前期工程花費(fèi)；(3)增強(qiáng)薄壁能力；(4)增強(qiáng)生產(chǎn)高復(fù)雜性鑄件的能力；(5)減少高成本膨脹緩沖添加劑的使用；或(6)減少費(fèi)錢、費(fèi)時(shí)的沖洗以及與之相關(guān)的設(shè)備和人工的使用。附圖簡述圖1是氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖的示意圖。圖2圖示了傳統(tǒng)鑄造介質(zhì)和本發(fā)明實(shí)施方案的鑄造介質(zhì)CTE(熱膨脹系數(shù))以及線型變化百分率隨溫度而變化的比較。圖3圖示了一個(gè)鋁寶塔輪的斷面，它是用本發(fā)明燒結(jié)丸粒(實(shí)施例4)制造的型芯鑄成的，顯示出沒有焊透(penetration)或毛刺缺陷(veiningdefect)。圖4圖示了一個(gè)鋁寶塔輪的斷面，它是用鋯砂制造的型芯鑄成的，顯示出幾圈輕微焊透缺陷但沒有毛刺缺陷。圖5圖示了一個(gè)鐵寶塔輪的斷面，它是用具有石墨涂層的、由本發(fā)明實(shí)施方案(實(shí)施例4)的燒結(jié)丸粒制造的型芯鑄成的，顯示出很少或沒有焊透且沒有毛刺缺陷。圖6圖示了一個(gè)鐵寶塔輪的斷面，它是用帶有鋯砂涂層的石英砂制造的型芯鑄成的，顯示出幾圈輕微焊透缺陷，以及中等到嚴(yán)重毛刺缺陷。圖7圖示了一種實(shí)施采用流化床的連續(xù)方法制備本發(fā)明實(shí)施方案的鑄造介質(zhì)用的示例性系統(tǒng)的示意圖。圖8圖示了一種干燥室的示意圖，它提供采用噴霧干燥方法形成本發(fā)明描述的鑄造介質(zhì)所用的并流與逆流的組合。圖9圖示了一種干燥室的示意圖，它提供采用噴霧干燥方法形成本發(fā)明描述的鑄造介質(zhì)所用的并流。發(fā)明詳述描述制造低熱膨脹系數(shù)鑄造介質(zhì)的方法及如此制造的鑄造介質(zhì)。某些實(shí)施方案描述的制造鑄造介質(zhì)的方法包括由包含氧化^f源、二氧化硅源和氧化鋁源的原料形成基本上圓形和球狀生丸粒，以及隨后將該生丸粒燒結(jié)形成鑄造介質(zhì)。某些實(shí)施方案描述制造鑄造介質(zhì)的方法以及如此制成的鑄造介質(zhì)，其熱膨脹系數(shù)，從約IO(TC到約1100。C,小于石英砂、鋯砂和橄欖石砂至少之一的熱膨脹系數(shù)。某些其它實(shí)施方案描述一種制造鑄造介質(zhì)的方法及如此制成的鑄造介質(zhì)，其熱膨脹系數(shù)從約100。c到約iiocrc,小于約4.o(10-6英寸每英寸每。c)。某些其它實(shí)施方案描述制造鑄造介質(zhì)的方法及如此制成的鑄造介質(zhì)，其中該鑄造介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)，從約IO(TC到約IIO(TC,選自小于約15(10^英寸每英寸每。C)、小于約12(10-6英寸每英寸每1:)、小于約7(10《英寸每英寸每。C)、小于約6(10—6英寸每英寸每匸)、小于約5(10《英寸每英寸每。C),以及小于約4.0(10—6英寸每英寸每<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>這里描述的鑄造介質(zhì)包含基本上圓形和球狀燒結(jié)丸粒，該丸粒由包含氧化鎂(MgO)源、二氧化硅(Si02)源，和氧化鋁(A1203)源的原料形成，每種成分以足以提供這樣的凈化學(xué)組成(netchemistry)的數(shù)量存在，即，當(dāng)該丸粒燒結(jié)時(shí)，能形成至少25wt%(數(shù)量)的堇青石。該鑄造介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)，從約IO(TC到約IIO(TC,小于石英砂、鋯砂和橄欖石砂至少之一的熱膨脹系數(shù)。在某些實(shí)施方案中，所形成的堇青石的數(shù)量至少為約40、45、50、55、60、65、70、75、80或85wt%。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，所形成的堇青石的數(shù)量至少為約7、20或30wt%。按照又一種其它實(shí)施方案，提供包含數(shù)量為約52~約66wt。/。堇青石、約7~約24wtQ/。富鋁紅柱石，和約1~約8wtM假藍(lán)寶石的鑄造介質(zhì)。按照一種此類實(shí)施方案，方英石，若存在的話，以小于約lwtQ/o的數(shù)量存在。按照又一種其它實(shí)施方案，提供包含數(shù)量為約25~約42wt。/o堇青石、約19~約21wt。/。富鋁紅柱石，和約7~約11wt。/。，i藍(lán)寶石的鑄造介質(zhì)。按照一種此類實(shí)施方案，方英石，若存在的話，以小于約lwt0/。的數(shù)量存在。按照又一種其它實(shí)施方案，提供包含數(shù)量為約80~約90wtQ/。堇青石、約3~約10wt。/。富鋁紅柱石，和約0~約16wt。/。假藍(lán)寶石的鑄造介質(zhì)。按照一種此類實(shí)施方案，方英石，若存在的話，以小于約lwt。/o的數(shù)量存在。按照又一種其它實(shí)施方案，提供包含數(shù)量為約64wt。/。堇青石、約20wt。/。富鋁紅柱石，和約7wt。/。方英石的鑄造介質(zhì)。按照一種此類實(shí)施方案，假藍(lán)寶石，若存在的話，以小于約1wt。/。的數(shù)量存在。按照又一種其它實(shí)施方案，提供包含數(shù)量為約82wt。/i)堇青石、約13wt。/。富鋁紅柱石，和約5wt。/。方英石的鑄造介質(zhì)。按照一種此類實(shí)施方案，，￡藍(lán)寶石，若存在的話，以小于約1wtQ/o的數(shù)量存在。按照本文描述的又一種實(shí)施方案，氧化鎂源、二氧化硅源和氧化鋁源的凈化學(xué)組成落在氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖的一定區(qū)域內(nèi)。氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖乃是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的，它圖示了相圖所示組成和溫度下平衡化學(xué)反應(yīng)將產(chǎn)生的各個(gè)相。氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖可詳見諸如AcerS-NISTPhaseEquilibriaDiagramsCD-ROMDatabaseVersion3以及PhaseEquilibriaDiagrams:第I巻，OxideandSalts,theAmericanCeramicSociety,ErnestM丄evin,CarlR.Robbins，andHowardF.McMurdie(Eds.)，(1964)之類的商業(yè)來源?，F(xiàn)在來看圖1,圖示了一幅氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖1000,它，為清楚起見，已在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的詳細(xì)氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖的基礎(chǔ)上做了簡化。具體地說，圖1所示氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖1000已被簡化，從詳細(xì)相圖中拿掉了溫度軸的圖解，而僅圖示了這里主要感興趣的相，即，方英石(100%SiO2)、富鋁紅柱石(71.8%A1203,28.2%Si02，0%MgO)，假藍(lán)寶石(64.4%A1203,15.2%Si02,20.4%MgO)和堇青石(34.8%A1203,51.4%Si02,13.8%MgO)。至于溫度，圖1之所以不需要圖示溫度軸，是因?yàn)榧僭O(shè)，圖1中圖示的相是那些預(yù)計(jì)將材料在足夠高的溫度和以足夠慢的速率加熱，并以足夠慢的速率冷卻以致能發(fā)生產(chǎn)生所圖示各相的平衡化學(xué)反應(yīng)之后所出現(xiàn)的相。應(yīng)當(dāng)理解，位于圖1的氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖1000上的相或點(diǎn)在詳細(xì)氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖上將處于對(duì)應(yīng)位置。圖l圖示相圖的端點(diǎn)，即，二氧化硅1002、氧化鋁1004和氧化4美1006。點(diǎn)1100圖示方英石的位置。點(diǎn)1102圖示富鋁紅柱石的位置。點(diǎn)1104圖示假藍(lán)寶石的位置。點(diǎn)1106圖示堇青石的位置。合起來，點(diǎn)1104、1102和1106定義了氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖的假藍(lán)寶石-富鋁紅柱石-堇青石區(qū)域1200，而點(diǎn)IIOO、1102和1106則定義了氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖的方英石-富鋁紅柱石-堇青石區(qū)域1400。按照本文描述的某些實(shí)施方案，氧化鎂源、二氧化硅源和氧化鋁源的凈化學(xué)組成落在氧化鎂_氧化鋁_二氧化硅相圖1000的方英石-富鋁紅柱石-堇青石區(qū)域1400。例如，在某些此類實(shí)施方案中，氧化鎂源、二氧化硅源和氧化鋁源的凈化學(xué)組成是，氧化鎂(MgO)將以約7~約14wto/。的數(shù)量存在，氧化鋁(A1203)將以約17~約54wt。/。的數(shù)量存在，而二氧化硅(Si02)將以約39~約76wto/。的數(shù)量存在。按照某些此類實(shí)施方案，上面的凈化學(xué)組成將產(chǎn)生具有至少50wt。/。堇青石的燒結(jié)產(chǎn)物，并還將具有富鋁紅柱石和方英石的存在。本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員懂得，來自氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅源中存在的雜質(zhì)的少量其它氧化物可以使存在的相的數(shù)量發(fā)生改變。按照其它實(shí)施方案，氧化鎂源、二氧化硅源和氧化鋁源的凈化學(xué)組成落在氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖1000的假藍(lán)寶石-富鋁紅柱石-堇青石區(qū)域1200中。例如，在某些此類實(shí)施方案中，氧化鎂源、二氧化硅源和氧化鋁源的凈化學(xué)組成是，氧化鎂將以約7~約18wt。/。的數(shù)量存在，氧化鋁將以約34~約54wtQ/。的數(shù)量存在，而二氧化硅將以約33~約52wt。/。的數(shù)量存在。按照某些此類實(shí)施方案，上面的凈化學(xué)組成將產(chǎn)生具有至少50wty。堇青石的燒結(jié)產(chǎn)物，并還將具有富鋁紅柱石和假藍(lán)寶石的存在。本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員懂得，來自氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅源中存在的雜質(zhì)的少量其它氧化物可使存在的相的數(shù)量發(fā)生改變。按照某些實(shí)施方案，高嶺土和/或礬土被用作氧化鋁源。示例性氧化鎂源包括氧化鎂、滑石和橄欖石砂。在某些實(shí)施方案中，滑石、高呤土、礬土和/或橄欖石砂被用作二氧化硅源。在某些方法中，將原料放在一起研磨形成共-磨碎共混物，隨后，加工成鑄造介質(zhì)。在另一種方法中，將原料在形成為鑄造介質(zhì)期間共混在一起。在某些方法中，基本上圓形和球狀丸粒通過將水、氧化鎂源、氧化鋁源和二氧化硅源放在高強(qiáng)度混合機(jī)中進(jìn)行混合而形成。在某些方法中，基本上圓形和球狀丸粒通過形成包含水、氧化鎂源、氧化鋁源和二氧化硅源的漿料，并將漿料流過原子化器形成丸粒來形成。在某些實(shí)施方案中，基本上圓形和球狀丸粒通過形成包含水、氧化鎂源、氧化鋁源和二氧化硅源的漿料，并將漿料流過噴霧干燥器形成丸粒來形成。諸原料中任何一種可以是煅燒的，未煅燒的，部分煅燒的，或其混合物。例如，在那些采用高嶺土和/或礬土的實(shí)施方案中，其一或二者皆可以是煅燒的，未煅燒的，或部分煅燒的。在某些方法中，基本上圓形和球狀丸粒是通過混合方法，由包含煅燒高嶺土和煅燒礬土并提供如本文所述凈化學(xué)組成的原料來形成的。在其它方法中，基本上圓形和球狀丸粒是由提供如本文所述凈化學(xué)組成的原料經(jīng)噴霧干燥方法或流化床方法形成的，在其中采用未煅燒高呤土和/或未煅燒礬土。被燒結(jié)為最終形式。該燒結(jié)可在回轉(zhuǎn)爐、、箱式窯爐或其它^提供適宜^結(jié)條件的合適的裝置中完成。燒結(jié)和完成燒結(jié)的設(shè)備乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員已知的。例如，參見美國專利4,427,068,授予Fitzgibbon。在某些實(shí)施方案中，可在約1300。C約1420。C的溫度范圍實(shí)施，其中在峰值溫度持續(xù)約20~約45min的范圍。按照本文描述的方法形成的鑄造介質(zhì)可涂以樹脂，并成形為模具。涂布鑄造介質(zhì)并再由它成形模具的方法乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的。按照本文描述的方法形成的鑄造介質(zhì)也可用于消失模(lostfoam)鑄造法，其中將鑄造介質(zhì)圍繞澆鑄用的泡沫體模型進(jìn)行充填。消失模鑄造法乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的。下面的實(shí)施例用于說明上面討論的方法和組合物。示例性原料制備這里描述示例性方法的基本上圓形和球狀丸粒和棒所用示例性原料的化學(xué)分析和燒灼失重載于表1中，以重量百分?jǐn)?shù)表示。表1中作為高呤土C給出的高嶺土是由CEMinerals,Andersonville,GA.商業(yè)獲得的。高嶺土M是產(chǎn)自CentralGeorgia,亦稱作MiddleGeorgia,其化學(xué)分析結(jié)果載于表1?；?，一般被稱作水合硅酸鎂，由3個(gè)來源獲得?；疉是Pioneer2882滑石，由ZemexIndustrialMinerals商業(yè)獲得?；疊是Wold滑石，由WoldTalcCompany商業(yè)獲得。滑石C是由PolarMinerals作為滑石9202商業(yè)獲得的滑石。橄欖石砂，亦稱作硅酸鎂鐵，由Unimin獲得。該實(shí)施例中使用的氧化鎂由MartinMariettaMagnesiaSpecialties以商品名MagChem40商品獲得的。石凡土由Comalco獲得。表l:原料的化學(xué)分析(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>有關(guān)高嶺土和礬土給出的百分?jǐn)?shù)是采用感應(yīng)耦合等離子-發(fā)射光譜法(ICP或ICP-OES)測定的，這是一種本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的分析方法。其余給出的百分?jǐn)?shù)則由原料供應(yīng)源提供。實(shí)施例1:丸粒制備8種共混物，它們是通過表1所述原料按照表2A所載重量百分?jǐn)?shù)氣流磨(jet-milling)而制備的。其它原料如這里描述的高嶺土、滑石和礬土共研磨用的適合設(shè)備和方法乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的。礬土和高嶺土在與其它原料一起氣流磨之前先進(jìn)行煅燒，其經(jīng)歷的時(shí)間和溫度應(yīng)足以基本上除掉有機(jī)材料和水合的水。其它原料是未煅燒的。如表2A所示，高嶺土C被用于所有8種共混物?；疉用于共混物l、2和5,而滑石B則用于共混物3、7和8。對(duì)原料如這里所描述的那些，實(shí)施氣流磨用的設(shè)備和方法乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的。在本實(shí)施例中，原料是在SturtevantInc.4"OpenManifoldMicronizer中采用約1磅每小時(shí)的進(jìn)料速率進(jìn)行氣流磨的。表2A:原料的共混物<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表2A中描述的每一種共混物被用于按照一種采用高強(qiáng)度混合機(jī)的方法制備基本上圓形和球狀丸粒，所述方法類似于授予Fitzgibbon的美國專利4,879,181中描述的制造支撐劑(proppant)的方法。在該實(shí)施例1中，每種共混物按間歇才莫式喂入到Eirich混合機(jī)中，它具有可水平或可與水平成0~35。之間的傾角并以約10~約60轉(zhuǎn)/分(rpm)的速度旋轉(zhuǎn)的圓臺(tái)。該混合機(jī)還具有可旋轉(zhuǎn)沖擊槳葉，其可以約5約50m/s的尖端速度旋轉(zhuǎn)。所述臺(tái)的旋轉(zhuǎn)方向與槳葉相反，從而導(dǎo)致加入的材料以逆流方式從其自身上面掠過。沖擊槳葉的中心軸在混合才幾內(nèi)一^:與可旋轉(zhuǎn)臺(tái)的中心軸偏離一定距離。為形成該實(shí)施例1中的鑄造介質(zhì)，圓臺(tái)以約20約40rpm的速度，以與水平成約30。的傾角旋轉(zhuǎn)。沖擊槳葉先以約2535m/s(約1014~1420rpm),隨后在向混合機(jī)中加水期間以按如下所述調(diào)節(jié)的速度旋轉(zhuǎn)。在共混物在Eirich混合機(jī)中進(jìn)行攪拌的同時(shí)，向混合機(jī)中加入數(shù)量足以導(dǎo)致形成基本上圓形和球狀丸粒的水。在該具體實(shí)施例中，水是淡水，其向混合機(jī)中的加入量足以提供，以混合機(jī)中原料的重量為基準(zhǔn)計(jì)，約18~約22wt。/o的百分率，盡管該數(shù)量可以變化。一般而言，本發(fā)明方法中使用的水量是足以導(dǎo)致，在混合后，形成基本上圓形和球狀丸粒的數(shù)量。本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員懂得如何確定加入到混合機(jī)中以形成基本上圓形和球狀丸粒的合適水量。向混合機(jī)中加水的速率并不嚴(yán)格。強(qiáng)烈混合作用將水分散到整個(gè)混合物當(dāng)中。最初一半數(shù)量水加入期間，沖擊槳葉以約16m/s(約568rpm)的速度旋轉(zhuǎn)，隨后以約32m/s(約1136rpm)的較高尖端速度旋轉(zhuǎn)。槳葉的該初始轉(zhuǎn)速是任選的。若采用，該初始轉(zhuǎn)速可介于約5~約20m/s,隨后是將以約25~約35m/s范圍內(nèi)的較高尖端速度轉(zhuǎn)動(dòng)。本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員可判定是否需要將槳葉和/或盤的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至大于或小于該實(shí)施例1中描述的數(shù)值，以便形成基本上圓形和球狀丸粒。混合約2約6min后，就形成基本上圓形和球狀丸粒?；旌蠒r(shí)間長短可隨多種因素改變，包括但不限于，混合機(jī)中物料的數(shù)量、混合機(jī)的操作速度、在混合機(jī)中加入的水量，以及所要求的丸粒大小。本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員可確定混合時(shí)間應(yīng)大于抑或小于該實(shí)施例1中描述的數(shù)值，以便形成要求粒度的基本上圓形和球狀丸粒。一旦丸粒達(dá)到要求的粒度，就將轉(zhuǎn)子減慢回到約16m/s(約568rpm),再加入10%原料粉塵(以第一次加入到混合機(jī)中的原料干重為基準(zhǔn)計(jì))，混合再持續(xù)約lmin。該"修整"粉塵幫助修光丸粒的表面。在該實(shí)施例l中制造的、燒結(jié)后要求的鑄造介質(zhì)粒度載于表1D。為補(bǔ)償燒結(jié)期間發(fā)生的收縮，從混合機(jī)排出的丸粒要比燒結(jié)產(chǎn)品要求的粒度大近1~2美國目數(shù)(meshsize)。將形成的丸粒從混合機(jī)中排出并進(jìn)行干燥。在本實(shí)施例中，丸粒被倒入到不銹鋼托盤上并置于工作在ll(TC的干燥烘箱中過夜，從而制成含濕量小于約1wt。/。的丸粒。該丸粒在從干燥器中取出后被稱作"生，，的，因?yàn)樗鼈兩形礋Y(jié)達(dá)到其最終狀態(tài)。由每一共混物序號(hào)1~8形成的生丸粒被置于氧化鋁舟中，將該舟放入到工作在表2B中描述的條件下的LindburghBlueMn00。C箱式爐(ModelBF51664PC)中。"HR"指出以°C/h為單位的窯爐大致加熱速率。"浸漬溫度，，指出窯爐的近似峰值煅燒溫度，而"浸漬時(shí)間"指出丸粒在"浸漬溫度"下、在窯爐中的停留時(shí)間。表2B:燒結(jié)條件<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>生丸粒可在燒結(jié)前進(jìn)行篩選，以便僅將要求粒度的丸粒放入到窯爐中。另外，燒結(jié)丸粒在從窯爐中取出后可進(jìn)行篩選。篩選以及按粒度分選的類似方法和設(shè)備乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的。對(duì)由每一種共混物制備的燒結(jié)丸粒的各項(xiàng)性能進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果載于表2C。給出"n/a"的結(jié)果指出，該項(xiàng)性能未測定。表2C:燒結(jié)丸粒的性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表2C:燒結(jié)丸粒的性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表2C中給出的目標(biāo)粒度近似等于該實(shí)施例1在由于燒結(jié)而收縮后所要求的丸粒粒度。燒結(jié)后，燒結(jié)丸粒的樣品可在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行篩選以便按粒度分選，例如，分成20、30、40、50、70、100、140、200和270美國目數(shù)之間的中間粒度。該測定的粒度分布可用于計(jì)算顆粒細(xì)度值(GFN)。篩尺寸與GFN之間的關(guān)聯(lián)可按照美國鑄造學(xué)會(huì)^t具及型芯試驗(yàn)手冊(cè)的程序106-87-S來確定，這是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員已知的。給出的燒結(jié)丸粒表觀比重(ASG)是無量綱數(shù)，在數(shù)值上等于單位立方厘米體積(在確定該體積時(shí)扣除空洞空間或開放孔隙率)的重量克數(shù)，除以水的密度(近似于1g/cc)。這里給出的ASG數(shù)值由按照API建議的proppants(支撐劑)試驗(yàn)用的做法RP60,液態(tài)(水)排代的阿基米德方法來確定，其內(nèi)容乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知和可用的。表2C中給出的整個(gè)丸粒的比重(SG)指出包括封閉孔隙率在內(nèi)的丸粒密度，用Micromeritics牌氦氣比重計(jì)，按照制造商的程序操作進(jìn)行測定。磨碎的丸粒的SG是通過將丸粒研磨成細(xì)粉末，隨后用上面提到的Micromeritics牌氦氣比重計(jì)測定粉末的SG(比重)。磨碎的丸粒的SG指出不帶孔隙的密度。內(nèi)部孔隙率指出丸粒中內(nèi)部(封閉)孔隙率的量。表2C給出的內(nèi)部孔隙率百分?jǐn)?shù)是根據(jù)整個(gè)丸粒的SG與磨碎的丸粒的SG之差除以磨碎的丸粒的SG算出的。表2C中給出的堆密度包括作為體積一部分的丸粒之間的空洞空間，由ANSI測試方法B74.4-1992(R2002)測定，其內(nèi)容乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知并可得到的。燒結(jié)丸粒的壓碎性被表示為，在每4000psi下，細(xì)屑(即，對(duì)于GFN等于或大于60的材料來說，小于140目的材料)所占重量百分率。表2C中給出的壓碎性數(shù)值是按照測試Proppants(支撐劑)的API建議的做法RP60測定的，其內(nèi)容乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的。MIP孔隙率指出丸粒的表面孔隙率，是采用Micromeritics牌壓汞孔隙率測定儀(MIP)測定的。該MIP利用高壓將汞"注入"到丸粒表面的孔隙內(nèi)，隨后測定在從大氣壓到30,000psia過程中有多少汞被注入。表面孔隙率百分率是根據(jù)樣品的重量和從30到30,000psia注入到丸粒中的汞量算出的。表2C中給出的氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅的重量百分率是通過感應(yīng)耦合等離子-發(fā)射光鐠分析術(shù)(ICP或ICP-OES),按照本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的方法確定的。堇青石、富鋁紅柱石、假藍(lán)寶石、方英石和玻璃在燒結(jié)丸粒中的重量百分率是通過X-射線衍射(XRD)測定的，這是一種本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的分析方法。從表2C可以看出，包含約12~約15wt。/o氧化鎂、約41~約45wt。/。氧化鋁和約35~約42wt。/。二氧化硅的組合物可用于生產(chǎn)具有約52-約66wt。/。堇青石、約7~約24wt。/。富鋁紅柱石和約1~約8wt。/。假藍(lán)寶石的適合作為鑄造介質(zhì)的材料。表2C所載熱膨脹系數(shù)(CTE)指出在丸粒中，每單位溫度變化，(對(duì)應(yīng)的)某一線段的長度變化，在IO(TC~110(TC的給出溫度范圍上。為試驗(yàn)測試丸粒的熱膨脹，將丸粒研磨到小于200nm的粒度。通過水與由Dow化學(xué)公司以商品名MethocelF市售供應(yīng)的甲基纖維素粘合劑進(jìn)行混合而制成粘合劑-水混合物。粘合劑的加入量是使其在粘合劑-水混合物的總重量中占到約2.5wt。/o的數(shù)量。隨后，該粘合劑-水混合物與粉末混合形成造粒的粉末。粘合劑-水混合物在與粉末混合時(shí)的用量占到造粒粉末總重量的約10~約15wt%。隨后，造粒的粉末被干燥至殘余含水量介于約5~約7wtM的程度。干燥的粉末被壓制成1英尺長的棒狀。該棒在約220。F干燥約24h。按照ASTME228-85中規(guī)定的程序，測定棒的熱膨脹隨溫度的變化，采用OrtonDilatometerModel1600D(TheEdwardOrtonJr.CeramicFoundation-ThermalInstrumentUnit),其為推桿膨脹計(jì)。該膨脹計(jì)，按照本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的方法，以NIST可示蹤鉑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行才交準(zhǔn)。在樣品從室溫加熱至1400°C,冷卻返回室溫并再加熱至1400。C的過程中，測定膨脹。加熱和冷卻速度為3。C/min。CTE是作為笫二加熱循環(huán)中，在IO(TC~1100°C范圍上單位溫度變化所對(duì)應(yīng)的長度變化算出的。圖2圖示下列情況的比較(a)由CARBO陶資公司以商品名ACCUCASTID40和ACCUCASTLD30市售供應(yīng)的鑄造介質(zhì)，制造商-公布的其線型變化百分率隨溫度變化的情況以及計(jì)算的CTE;(b)石英砂、鋯砂和橄欖石砂線型變化百分率隨溫度變化的情況以及計(jì)算的CTE;以及(c)由共混物序號(hào)3、4和5形成的丸粒的線型變化百分率隨溫度變化的情況以及計(jì)算的CTE,以上每一種都是從100到1100。C的范圍給出的。由共混物序號(hào)3、4和5,石英砂、鋯砂和橄欖石砂形成的丸粒的CTE，以及線型變化百分率是按照如上所述采用膨脹計(jì)確定的。如圖2所示，從100到1100。C,由共混物序號(hào)3、4和5形成的丸粒的CTE低于從石英砂、鋯砂和橄欖石砂測定的CTE,且低于制造商-公布的ACCUCASTID40和ACCUCASTLD30鑄造介質(zhì)的CTE。具體地說，共混物4，從100到IIO(TC的CTE分別比石英砂、鋯砂和橄攬石砂、ACCUCASTID40鑄造介質(zhì)和ACCUCASTLD30鑄造介質(zhì)的CTE低79。/q、33%、72%、55%和49%。如表2C所示，從100到1100。C,由共混物1、2和6~8形成的丸粒的CTE也低于石英砂、橄欖石砂、鋯砂和ACCUCAST⑤鑄造介質(zhì)的CTE。給出的由共混物1~8形成的丸粒的壓碎性和低密度每一個(gè)各自都展示出共混物用于成形鑄造介質(zhì)的適宜性。該低壓碎性值連同低熱膨脹一起將允許對(duì)該材料"循環(huán)"利用(即，多次用于鑄造，而不是只用1次鑄造就丟棄，填埋)。大約2.5(ASG)的低密度將可以使，與由密度約4.6(ASG)的鋯砂制造的模具相比，模具做得更輕并且使用更少的樹脂。實(shí)施例2:丸粒用如表1中所述的原料以表3A所示重量百分率制備3種共混物。18鞏土和高嶺土在與其它原料混合之前先在足以基本上清除有機(jī)材料和水合水的時(shí)間和溫度進(jìn)行煅燒。其它原料是未煅燒的。如表3A所示，高嶺土M被用于所有3種共混物，而滑石A被用于共混物9和10。類型和數(shù)量(wt%)如表3A所載的原料喂入到如實(shí)施例1所描述的Eirich混合機(jī)中。諸原料利用Eirich混合機(jī)的混合作用共混在一起。一旦諸原料共混成基本均質(zhì)的批料，就將批料從混合機(jī)中取出，并留出約10wt。/o以備作為在混合機(jī)中形成丸粒之用的修整粉塵。批料的其余部分返回到混合機(jī)中，隨后加水以按照實(shí)施例中描述的方式形成基本上圓形和球狀生丸粒。生丸粒達(dá)到接近大到，以肉眼觀察為準(zhǔn)，足以補(bǔ)償燒結(jié)時(shí)發(fā)生的收縮(約1~2美國目數(shù))的粒度后，加入修整粉塵。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>從Eirich混合機(jī)中排出的生丸粒如實(shí)施例1所述那樣進(jìn)行干燥，并然后在如表3B所描述的條件下工作的箱式窯爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)。表3B:燒結(jié)條件<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>生丸粒可在燒結(jié)前進(jìn)行篩選，以便僅將要求粒度的丸粒喂入到窯爐中。另外，燒結(jié)丸粒在從窯爐中取出后可進(jìn)行篩選。篩選和按粒度分選的類似方法和設(shè)備乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的。對(duì)每一種共混物制備的燒結(jié)丸粒的各項(xiàng)性能進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果載于表3C。從表3C可以看出，包含約13~約14wtM氧化鎂、約40~約45wt%氧化鋁和約36~約43wt。/。二氧化硅的組合物可用于生產(chǎn)具有約25~約42wt。/。堇青石、約19~約21wtQ/o富鋁紅柱石和約7~約11wt。/o假藍(lán)寶石的適合用作的鑄造介質(zhì)的材料。表3C:燒結(jié)丸粒的性質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>表3C中給出的目標(biāo)粒度近似等于該實(shí)施例2在由于燒結(jié)而收縮后所要求的丸粒粒度。以實(shí)施例1所述的方式測定表3C給出的性能。這3種共混物當(dāng)中，共混物11的堇青石含量最低，同時(shí)玻璃含量最高。堇青石含量低可能至少部分地由于少量來自共混物11的氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅源中雜質(zhì)的其它氧化物的存在，以及較高燒結(jié)溫度對(duì)共混物11使用的原料的影響所致。然而總之，共混物11使用的原料產(chǎn)生一種未能形成數(shù)量足以生成具有如本文所描迷低CTE的鑄造介質(zhì)的堇青石的凈化學(xué)組成。由每一種共混物形成的丸粒的CTE都低于圖2給出的石英砂、橄欖石砂和鋯砂的CTE。因此，實(shí)施例2的共混物能4艮好地適應(yīng)作為鑄造介質(zhì)的用途。另外，該類鑄造介質(zhì)大約2.5(ASG)的低密度將可以使，與由密度約4.6(ASG)的鋯砂制備的模具相比，模具做得更輕并且需要更少的樹脂的模具。實(shí)施例3:棒料制備5種共混物，其原料如表1所迷，按照表4A給出的重量比配料。礬土和高呤土在與其它原料混合之前先進(jìn)行煅燒，其經(jīng)歷的時(shí)間和溫度應(yīng)足以除掉有機(jī)材料和基本上除掉水合水。其它原料是未煅燒的。如表4A所示，高嶺土M被用于所有5種共混物?；疌用于共混物12和13。類型和數(shù)量(wt%)如表4A所載的原料通過采用本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員熟知的傳統(tǒng)單軸壓制裝置以l2.5Kpsi的壓力壓制原料的共混物而加工成3"X3/8"X~3/8"棒狀。表4A:原料的共混物<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>評(píng)估由每一種共混物制備的燒結(jié)棒料的CTE,結(jié)果載于表4C。表4C中給出的性質(zhì)(除ASG以外)是按照實(shí)施例1中描述的方式確定的。ASG是按照制造商的用于帶有密度套件的FisherACCU-2240.1mg天平的程序，采用阿基米德方法測定的。從表4C可以看出，包含約10-約14wt。/。氧化鎂、約39~約44wt。/。氧化鋁和約38~約47wt。/。二氧化硅的組合物可用于生產(chǎn)具有約80~約90wt。/。堇青石、約3~約10wtQ/。富鋁紅柱石和約0~約16wto/o假藍(lán)寶石的適合用作鑄造介質(zhì)的材料。表4C:燒結(jié)條的CTE<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>該實(shí)施例3的棒料中形成的較高堇青石含量可部分地歸因于棒料燒結(jié)條件中，與實(shí)施例1和2的丸粒相比，較慢的升溫速率(對(duì)于棒料為480°C/h;對(duì)于丸粒為960°C/h)。然而，較慢的升溫速率卻延長了生產(chǎn)最終燒結(jié)丸粒所需要的時(shí)間。因此，可調(diào)節(jié)升溫速率以便在要求量的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出具有要求性質(zhì)的燒結(jié)丸粒。由每一種共混物形成的棒料的CTE都低于圖2給出的石英砂、橄欖石砂、和鋯砂的CTE。因此，實(shí)施例3的共混物適合進(jìn)一步加工成具有低膨脹性能的鑄造介質(zhì)。例如，本實(shí)施例3的共混物可按照上面實(shí)施例1和2中任何一個(gè)所描述的任何方法，或下面的替代實(shí)施方案進(jìn)行造粒。實(shí)施例4:由丸粒制成金屬鑄件制備一種被稱作共混物17的共混物，其原料如表5A所述，采用表5B中給出的重量百分?jǐn)?shù)。高嶺土在與其它原料混合之前先按照足以除掉有機(jī)材料和水合水的時(shí)間和溫度進(jìn)行煅燒。其它原料是未煅燒的。表5A:原料的化學(xué)分析(wt%)—共混物l7<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>高嶺土C2取自與表1所示"高嶺土C，，同樣來源但取自不同的材料批次。類似地，滑石B2取自與表1所示"滑石B"同樣來源但取自不同的材料批次。表5A所示氧化鎂來自與表1所示同樣來源和材料批次。如表5B所示，高嶺土C2和滑石B2被用于共混物17。類型和數(shù)量如表5B所示的原料喂入到IO立方英尺雙帶狀摻合機(jī)中。諸原料借助帶狀摻合機(jī)的混合作用共混在一起后，被喂入到JetMill(NetzschCONDUXFluidizedBedJetMillmodelCGS16)(氣流磨機(jī))。磨細(xì)的批料的平均粒度小于4ium并且99.9%的粒度小于14|am。該批料的大部分被投入到Eirich混合機(jī)中，隨后按照實(shí)施例1中描述的方式加水以形成基本上圓形和球狀生丸粒。類似于實(shí)施例l的過程，在生丸粒達(dá)到近似地大到，憑肉眼觀察，足以補(bǔ)償燒結(jié)時(shí)發(fā)生的收縮(約1-2美國目數(shù))后，加入修整粉塵。表5B:原料的共混物一共混物17<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>從Eirich混合機(jī)中排出的生丸粒按照實(shí)施例1中描述的那樣進(jìn)行干燥，被置于鋁舟中并在表5C所描述的條件下工作的LindburghBlueboxkilnM170(TC箱式爐(ModelBF51664PC)中進(jìn)行燒結(jié)。表5C:燒結(jié)條件<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>生丸?？稍跓Y(jié)前進(jìn)行篩選，以便僅將要求粒度的丸粒喂入到窯爐中。另外，燒結(jié)丸粒在從窯爐中取出后可進(jìn)行篩選。篩選和按粒度分選的類似方法和設(shè)備乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的。對(duì)由表5B所示共混物制備的燒結(jié)丸粒的各項(xiàng)性能進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果載于表5D。<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>表5D中給出的目標(biāo)粒度近似等于該實(shí)施例4在由于燒結(jié)而收縮后所要求的丸粒粒度。表5D中給出的性質(zhì)是按照如實(shí)施例1中描述的方式確定的。由表5B所示共混物形成的丸粒的CTE都低于圖2給出的石英砂、橄欖石砂和鋯砂的CTE。因此，實(shí)施例4的共混物17能^艮好地適合作為鑄造介質(zhì)使用，正如下面所描述的實(shí)際寶塔輪鑄件所展示的。寶塔輪是采用燒結(jié)丸粒作為鑄件用型芯鑄造的。寶塔輪乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知為評(píng)估鑄件缺陷的測試使用的。所用寶塔輪鑄件具有約7英寸(17.8cm)高和5英寸(12.7cm)直徑的圓柱體形狀。型芯形成6個(gè)內(nèi)"環(huán)"，它們高約1英寸并具有從4英寸(10.2cm)降至1.5英寸(3.8cm)按每檔0.5英寸(1.3cm)遞減的內(nèi)徑。寶塔輪由燒結(jié)丸粒利用用量為燒結(jié)丸粒的2.5wty。的酚醛-氨酯冷箱粘合劑(H.A.International'sSigmaCure305/705)制成。一定數(shù)量燒結(jié)丸粒經(jīng)稱重并放入到KitchenAidTiltHeadStandMixer的5夸特(4.7L)的不銹鋼混合杯中。要求數(shù)量的粘合劑稱重并加入到混合杯中的丸粒中。將粘合劑加入到在眾丸粒中生產(chǎn)的袋中，并蓋上蓋然后再進(jìn)行混合，以保證粘合劑不會(huì)粘附在共混槳葉上。物料總共混合2min，并利用杯的翻動(dòng)運(yùn)動(dòng)翻動(dòng)2次以保證所有物料恰當(dāng)?shù)墓不觳⒈苊庠诨旌媳牡撞苛粝氯魏挝垂不斓母商砑觿?。隨后，物料被轉(zhuǎn)移到寶塔輪型芯箱內(nèi)，在其中借助本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的搗固程序?qū)⑽锪蠅簩?shí)。隨后，將寶塔輪型芯箱放入到GaylordGasGenerator(氣體發(fā)生器)的氣體室(gassingchamber)中，采用三乙基胺(TEA)在20psi(139kPa)壓力下充氣4s，然后用40psi(276kPa)的干空氣吹洗45s。某些寶塔輪型芯以石墨或刷鋯漿(zirconwash)浸涂。寶塔輪用鋁和灰鑄鐵澆鑄。鋁鑄件用A356鋁在649°C(1200°F)的溫度澆鑄。鐵鑄件用等級(jí)30的灰鑄鐵，其名義組成為3.20%碳和2.20%硅，在1427°C(2600°F)的溫度澆鑄。將鑄件剖開并用鋼絲刷除掉粘附的砂子。圖3和4顯示鋁寶塔輪的斷面，它們分別由以表5B所示并具有表5D所示性質(zhì)的共混物制成的燒結(jié)丸粒和鋯砂制造的型芯生產(chǎn)的，其展示出由此種丸粒生產(chǎn)的鑄件與鋯砂相比的改進(jìn)。圖5和6顯示分別由表5B所示并具有表5B所示性面，表現(xiàn)出由此種丸粒生產(chǎn)鑄件與硅砂相比的顯著改進(jìn)。替代實(shí)施方案采用下面例舉的方法，可以預(yù)期將提供這樣的凈化學(xué)組成的原料共混物當(dāng)由此種原料形成的丸粒燒結(jié)時(shí)，該燒結(jié)丸粒的CTE,從約100到約1100°C,小于鋯砂的CTE(這里給出的數(shù)值為4.8(l(T6in/in°C)),其堇青石含量竟低至約7wt%。按照此種實(shí)施方案，獲得，從約100到約1100°C，約4.7(lO'Sn/iiTC)的CTE被設(shè)定為一個(gè)常數(shù)。堇青石-富鋁紅柱石4￡藍(lán)寶石實(shí)施方案在某些此類實(shí)施方案中，原料的凈化學(xué)組成的目標(biāo)落在氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖的堇青石-富鋁紅柱石-假藍(lán)寶石區(qū)域內(nèi)。可以預(yù)期，將形成一定數(shù)量玻璃、富鋁紅柱石、假藍(lán)寶石和堇青石。預(yù)期將導(dǎo)致，從約100到約IIO(TC,為約4.7(It)-6in/in°C)的CTE的玻璃、富鋁紅柱石、假藍(lán)寶石和堇青石的數(shù)量，是采用表6A中給出的數(shù)據(jù)和以下計(jì)算方法確定的。富鋁紅柱石和假藍(lán)寶石的膨脹處于同一基本范圍(富鋁紅柱石略低)，因此在燒結(jié)丸粒中形成的富鋁紅柱石和假藍(lán)寶石的相對(duì)數(shù)量雖可以變化但不顯著改變CTE的計(jì)算。于是，為簡化計(jì)算起見，假定在燒結(jié)丸粒中形成相等數(shù)量富鋁紅柱石和假藍(lán)寶石(例如，41.5wt%,正如表6A中的組合物A所給出的)。還假定，燒結(jié)后將形成至少一定數(shù)量的玻璃，正像本文實(shí)施例2~4中大多數(shù)的共混物的情況那樣。采用這里給出的結(jié)果作為指導(dǎo)，假定玻璃的形成量將為約10、20、25或30wt0/。(表6A)。最后，預(yù)期形成的堇青石數(shù)量是采用玻璃、富鋁紅柱石和25假藍(lán)寶石重量百分率的多重性因子分別乘以各自的CTE算出的，而解出堇青石的重量百分?jǐn)?shù)數(shù)值，乘以其CTE，將得到約等于4.7(10—6in/in。C),從約100到約IIO(TC,這一所要求的常數(shù)。在這些計(jì)算中，玻璃、富鋁紅柱石、假藍(lán)寶石、方英石和堇青石，從約100到約1100°C,的CTE數(shù)值是通過收集取自(插入22頁上圏內(nèi))中發(fā)表的數(shù)值并取平均來估計(jì)的。得出以下CTE數(shù)值(100~1100°C,l(T6in/in°C)的估計(jì)值玻璃-7.5;富鋁紅柱石-4.5;假藍(lán)寶石-4.8;方英石-15.2;堇青石-2.0。如表6A所示，可產(chǎn)生約等于4.7(100~IIO(TC,l(T6in/in。C)的CTE的堇青石含量將低至7wt。/。。因此，如表6A所載，要求的CTE可由包含約5~約30wt。/。堇青石的組合物達(dá)到。表6A<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>也采用這里描述的方法作為指導(dǎo)，可估計(jì)出將產(chǎn)生表6A中給出的各相的原料共混物。化學(xué)分析數(shù)據(jù)如表1所載的高嶺土類型C、氧化鎂和礬土被選作本實(shí)施方案的原料，盡管本文所描述的任何原料都將適合。要估計(jì)能生產(chǎn)具有表6A給出的各相的共混物，在共混物中所需存在的每種原料數(shù)量，可通過將存在的玻璃、富鋁紅柱石、假藍(lán)寶石和堇青石每一種的數(shù)量乘以各自的化學(xué)式來計(jì)算表6A中描述的每種組合物的凈氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅含量。就玻璃來說，其化學(xué)式據(jù)估計(jì)為約21.8%氧化鎂、約33.1%氧化鋁和約45.1%二氧化硅，該估計(jì)值是根據(jù)實(shí)施例1和2丸粒中形成的玻璃中的氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅平均值得出的。采用上面描述的計(jì)算確定出，表6A中所載4種組合物的凈氧化鎂、氧化鋁和二氧化石圭含量將分別為約11%~約15wt。/。氧化4美、約47%~約63wtr。氧化鋁，和約26%~約38wtQ/o二氧化硅。憑借如此算出表6A所迷的4種組合物的凈氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅含量，以及表l所載高嶺土類型C、MgO和礬土每一種的氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅含量，可以算出將產(chǎn)生計(jì)算的凈氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅含量的高嶺土類型C、MgO和礬土每一種的重量百分率。這些最終計(jì)算結(jié)果載于表6B。表6B<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>堇青石-富鋁紅柱石-方英石實(shí)施方案在其它此類實(shí)施方案中，原料的凈化學(xué)組成的目標(biāo)值落在氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖的堇青石-富鋁紅柱石-方英石區(qū)域。正如上面關(guān)于堇青石-富鋁紅柱石-方英石實(shí)施方案所討論的，可以預(yù)期，將形成一定數(shù)量玻璃、富鋁紅柱石、方英石和堇青石。預(yù)期得到約4.7(10—6in/in。C),從約100到約110CTC,的CTE的玻璃、富鋁紅柱石、方英石和堇青石的數(shù)量，利用表6C所載數(shù)據(jù)和以下計(jì)算來確定。如上面所討論的，從約100到約IIO(TC，獲得約4.7(l(r6in/in°C)的CTE被設(shè)定為一個(gè)常數(shù)，并假定，玻璃將以約10-約30wty。的數(shù)量形成。如表6C所載，在組合物E-H中，假定富鋁紅柱石和方英石將等量形成。采用玻璃、富鋁紅柱石和方英石的重量百分率和CTE，以及如上面描述計(jì)算中的堇青石的CTE,可對(duì)方程中將產(chǎn)生要求CTE常數(shù)的堇青石重量百分?jǐn)?shù)求解。該堇青石的計(jì)算含量載于表6C。然而，不像富鋁紅柱石和,i藍(lán)寶石，富鋁紅柱石和方英石具有不一樣的CTE(方英石的膨脹高得多)。于是，按照表6C中給出的組合物I-K,方英石的含量假定為10wt%，富鋁紅柱石的含量估計(jì)分別為35、13和2wt。/Q。利用玻璃、富鋁紅柱石和方英石的重量百分率及CTE,以及在如上所述的計(jì)算中的堇青石CTE,對(duì)方程求解將產(chǎn)生要求CTE常數(shù)的堇青石的重量百分率。堇青石的計(jì)算含量載于表6C。正如在表6C中給出的，要求的CTE可由包含約45~約65wto/o堇青石的組合物達(dá)到。<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>也采用這里描述的方法作為指導(dǎo)，可估計(jì)出將產(chǎn)生表6C中給出的各相的原料共混物。化學(xué)分析如表1所載的高嶺土類型C、滑石類型B、氧化鎂和礬土被選作共混物22-28的原料，盡管本文所描述的任何原料都將適合。要估計(jì)能生產(chǎn)具有表6C給出的各相的組合物，共混物中需要存在的每種原料數(shù)量，通過將存在的玻璃、富鋁紅柱石、假藍(lán)寶石和堇青石每一種的數(shù)量乘以各自的化學(xué)式來計(jì)算表6C中描述的7種組合物當(dāng)中每種的凈氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅含量。就玻璃來說，其化學(xué)式據(jù)估計(jì)為約21.8%氧化鎂、約33.1%氧化鋁和約45.1%二氧化硅，該估計(jì)值是根據(jù)實(shí)施例1和2丸粒中形成的玻璃中的氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅平均值得出的。采用上面描述的計(jì)算確定出，表6C中所載7種組合物的凈氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅含量將分別為約10%~約17wt。/。氧化鎂、約38%~約51wt。/。氧化鋁，和約39%~約46wt。/。二氧化硅。憑借如此算出的表6C中描述的7種組合物的凈氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅含量，以及表l所載已知高嶺土類型C、滑石類型B、MgO和礬土每一種的氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅含量，算出將產(chǎn)生計(jì)算的凈氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅含量的高嶺土類型C、滑石類型B、MgO和礬土每一種的重量百分率。這些最終計(jì)算結(jié)果載于表6D。表6D<table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table>以上數(shù)據(jù)表明，雖然從100到IIO(TC,小于鋯砂CTE的CTE可由在堇青石-富鋁紅柱石-假藍(lán)寶石體系中的低堇青石含量水平(小于約10wt%)達(dá)到，但是要在堇青石-富鋁紅柱石-方英石體系中達(dá)到類似的CTE,則優(yōu)選較高堇青石含量水平(大于約40wt。/())。上面實(shí)施例14所示以及表2C、3C、4C、5D和6C中所載數(shù)據(jù)證明，要求的CTE可由包含約5~約90wtM堇青石的組合物達(dá)到。替代實(shí)施方案按照其它實(shí)施方案，可采用除實(shí)施例1、2和4中描述的混合方法之外的方法，由實(shí)施例1~4中描述的任何原料共混物或其它能提供這里描述的凈化學(xué)組成的原料共混物，形成基本上圓形和球狀丸粒。例如，基本上圓形和球狀丸粒可由原料的漿料通過涉及流化床的方法來形成?，F(xiàn)在來看圖7，圖示一種用于實(shí)施采用流化床的連續(xù)方法由漿料制備基本上圓形和球狀丸粒的示例性體系。圖7所示示例性體系在構(gòu)造和操作上類似于美國專利4，440,866中描述的體系，在此將其公開內(nèi)容全文收作參考。在圖7圖示的體系中，類型和數(shù)量如實(shí)施例1-4中描述的共混物中任何一種或能提供這里描述的凈化學(xué)組成的其它共混物的煅燒、未煅燒，或部分煅燒原料，可加入到圓筒摻合機(jī)110中。材料在加入到圓筒摻合機(jī)中以前可共研磨，或者可在圓筒摻合機(jī)中混合在一起?？稍趫A筒摻合機(jī)中加入水以形成原料的漿料。制造此類材料的漿料的圓筒摻合機(jī)和類似裝置乃至其商業(yè)來源乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的。另外，粉碎機(jī)、研磨裝置或其它適合打散并共混如本文所述原料的裝置可設(shè)置在圓筒摻合機(jī)110之前或以后。在圓筒摻合機(jī)110中的加水量應(yīng)為使所產(chǎn)生的漿料具有約40%~約60wt。/。之間的固體含量的數(shù)量。加入到圓筒摻合機(jī)中的水可以是淡水或者是去離子水。在制備漿料用的連續(xù)方法中，漿料的固體含量可定期進(jìn)行分析并調(diào)節(jié)喂入到漿料中的水量以保持所要求的固體含量。分析漿料固體含量以及調(diào)節(jié)加水量的方法乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員所掌握的。在某些實(shí)施方案中，可在圓筒摻合機(jī)中的漿料中加入分散劑和/或pH-調(diào)節(jié)試劑，以獲得目標(biāo)漿料粘度。用于這里描述的原料漿料的分散劑和pH調(diào)節(jié)試劑有市售供應(yīng)，適宜分散劑或pH-調(diào)節(jié)試劑的選擇可由本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)來確定。目標(biāo)粘度是可通過后續(xù)流化床裝置的給定類型和/或尺寸的壓力噴嘴而不致堵塞的粘度。一般而言，漿料粘度越低，它通過給定流化床裝置越好。然而，在某些分散劑的濃度，分散劑可導(dǎo)致漿料粘度增加到它可能無法滿意地通過給定流化床裝置的程度。本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員可通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)確定分散劑的恰當(dāng)用量和對(duì)于給定流化床裝置類型的目標(biāo)粘度。如果采用pH-調(diào)節(jié)試劑，則pH-調(diào)節(jié)試劑在漿料中的加入量應(yīng)是賦予漿料最低粘度的數(shù)量，此時(shí)的漿料pH值通常介于約8~約11的范圍內(nèi)。漿料的pH值可定期用pH計(jì)分析，并將該數(shù)量pH-調(diào)節(jié)試劑加入到被調(diào)節(jié)漿料中以維持要求的pH值。分析漿料的pH以及調(diào)節(jié)pH-調(diào)節(jié)試劑加入量的方法乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員所掌握的。任選地，可在圓筒摻合機(jī)中的漿料中加入消泡劑。如果釆用消泡劑，則它可以減少或防止?jié){料起泡《1起設(shè)備問題的任何數(shù)量加入。本領(lǐng)域那的合適的消泡劑以及消泡劑的用量。圓筒摻合機(jī)110將諸原料與水，以及任何pH-調(diào)節(jié)試劑、分散劑或消泡劑進(jìn)行混合，直至形成漿料?？梢岳斫?，漿料形成的時(shí)間長短取決于幾種因素，例如，圓筒摻合機(jī)的大小、圓筒摻合機(jī)操作的速度以及圓筒摻合機(jī)中物料的數(shù)量。從圓筒摻合機(jī)110,漿料被喂入到罐115中，在其中漿料持續(xù)進(jìn)行攪拌并加入以原料的總干重為基準(zhǔn)計(jì)的數(shù)量介于約0.25~約5.0wt。/o的粘合劑。合適的粘合劑包括但不限于，聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇(PVA)、甲基纖維素、糊精和糖漿。在某些實(shí)施方案中，粘合劑是具有分子量約20,000~100,000Mn的PVA粘合劑。"Mn"是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的一種單位，用以指出確定鏈狀分子分子量的數(shù)均長度。罐115保存由圓筒摻合機(jī)110生產(chǎn)的漿料，并以弱于圓筒摻合機(jī)的攪拌作用攪拌漿料。這使粘合劑與漿料混合但不引起漿料過度起泡或SI起漿料粘度增加到隨后漿料可能無法流過流化床裝置的壓力噴嘴的程度。罐115還可以是由l或多個(gè)罐組成的罐系統(tǒng)，例如，該罐可由2、3或更多個(gè)罐組成。任何罐構(gòu)造或罐數(shù)目，只要允許粘合劑達(dá)到與漿料徹底混合，都是足夠的。在另一種實(shí)施方案中，漿料不喂入到罐中，而是可以將粘合劑加入到圓筒摻合機(jī)中的漿料中。如果采用此種替代方案，則圓筒摻合機(jī)應(yīng)具有可變速度，包括實(shí)現(xiàn)將原料打散成為漿料形式的高強(qiáng)度混合的高速度，或者使粘合劑與漿料混合但不引起上面提到的過度起泡或粘度增加的低速混合。再次看圖7中圖示的罐115，在加入粘合劑之后，漿料在罐中攪拌一段足以讓粘合劑徹底混合到整個(gè)漿料中去的時(shí)間。在某些實(shí)施方案中，漿料在罐中攪拌時(shí)間的長短為，在加入粘合劑以后最高約30min或更長。從罐115,漿料被喂入到熱交換器120中，其把漿料加熱至約25~約90。C范圍的溫度。從熱交換器120,漿料進(jìn)入泵系統(tǒng)125,后者將漿料在壓力下喂入流化床裝置130中?？稍趯{料喂入到流化床裝置130中以前，在圖7中圖示的系統(tǒng)中的1或多個(gè)地點(diǎn)插入研磨機(jī)和/或篩選系統(tǒng)，以幫助消除任何大粒度原料，使粒度降低到適合喂入到流化床裝置中去的目標(biāo)尺寸。在某些實(shí)施方案中，目標(biāo)粒度小于230目。在其它實(shí)施方案中，目標(biāo)粒度小于325目，小于270目，小于200目，或小于170目。目標(biāo)粒度受后續(xù)流化床裝置中的那種類型和/或尺寸的壓力噴嘴霧化漿料而不致堵塞的能力的影響。如果使用研磨系統(tǒng)，則它裝有適合幫助將原料磨碎至適合隨后流過1或多個(gè)流化床裝置壓力噴嘴的目標(biāo)粒度的研磨介質(zhì)。如果采用篩選系統(tǒng)，則篩選系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成能從漿料中除掉大于目標(biāo)粒度的顆粒。研磨和篩選系統(tǒng)有市售供應(yīng)并且是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的。再次參見圖7,流化床裝置130為傳統(tǒng)式樣的，正如在，例如，美國專利3，533,829和英國專利1,401,303中描述的。流化床裝置130包括至少一個(gè)霧化噴嘴132(在圖7在圖示3個(gè)噴嘴132),它是一種傳統(tǒng)式樣壓力噴嘴。在其它實(shí)施方案中，1或多個(gè)雙-流體噴嘴是適宜的。這樣的噴嘴式樣是熟知的，例如，可參見K.Masters:"SprayDryingHandbook",JohnWileyandSons,NewYork(1979)。流化床裝置130還包括顆粒床(層)134,由板136支撐著，后者可以是穿孔、通孔(straight)或定向的板。熱空氣流過板136。顆粒床134包含(顆粒)種子，由它可生長出目標(biāo)粒度的基本上圓形和球狀丸粒。如果采用穿孔或通孔板，則種子也起到在流化床裝置中獲得活塞式流動(dòng)的作用?；钊搅鲃?dòng)是一種本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的術(shù)語，可大致地描述為極少發(fā)生返混現(xiàn)象的流型。種子是小于按照本發(fā)明方法制造的丸粒的目標(biāo)粒度的顆粒。在某些實(shí)施方案中，種子占由它形成的丸?？傮w積的小于約20%,小于約15%,小于約10%,或小于約5%。漿料在壓力下通過霧化噴嘴或噴嘴132進(jìn)行噴霧，該漿料噴霧包覆種子而形成基本上圓形和球狀丸粒。外部種子可在流化床裝置霧化漿料開始之前裝入到穿孔板136上。如果使用外部種子，則種子可以按照類似于圖7所示的漿料方法制備，其中種子根據(jù)目標(biāo)種子粒度直接取自流化床裝置。外部種子也可按照高強(qiáng)度混煉方法制備，例如，像在美國專利4,879,181和本文的實(shí)施例1、2和4中描述的那樣。替代地，顆粒床用的種子可通過漿料的霧化來形成，從而提供一種使?jié){料憑借其自身種子"自發(fā)育，，的方法。按照一種此類實(shí)施方案，漿料在沒有播種過的顆粒床134的存在下被流過流化床裝置130。離開1或多個(gè)噴嘴132的漿料液滴發(fā)生固化，但一開始卻小到足以被空氣流夾帶出流化床裝置130并被粉塵收集器145以"粉塵，，(細(xì)顆粒)形式捕獲的程度，該收集器可以是，例如，靜電聚塵器、旋風(fēng)分離器、袋式過濾器或濕洗滌器或其組合。來自粉塵收集器的粉塵隨后通過粉塵進(jìn)口162被喂入到顆粒床134中，在那里它與出1或多個(gè)噴嘴132的漿料一起噴霧。粉塵可循環(huán)足夠多的次數(shù)，直至它長大到它已變得如此之大以致無法被空氣流夾帶并可起到種子的作用。該粉塵也可循環(huán)到該方法的另一個(gè)操作中，例如，罐115中。再次參見圖7，熱空氣借助風(fēng)扇和空氣加熱器被引入到流化床裝置130中，示意地表示在138。穿過顆粒床134的熱空氣速度可介于約0.9~約1.5m/s,而顆粒床134的深度可介于約2~約60cm。當(dāng)引入到流化床裝置130中時(shí)熱空氣的溫度可介于約250~約650°C。熱空氣在從流化床裝置130出來時(shí)的溫度小于約250°C,優(yōu)選小于約IO(TC。從霧化噴嘴或噴嘴132到板136的距離可調(diào)，同時(shí)1或多個(gè)噴嘴優(yōu)選地位于顆粒床134表面上方較短的距離。噴嘴的優(yōu)選位置將隨每一種各自情況而異，因?yàn)榭紤]到當(dāng)噴嘴到顆粒床表面的距離過大時(shí)，將由于霧化進(jìn)料液滴在它們到達(dá)顆粒床之前一皮過高程度地干燥從而形成不需要的粉塵。另一方面，如果噴嘴到顆粒床表面之間的距離過小，將不需要地形成不規(guī)則和粗糙的丸粒。因此，噴嘴的位置應(yīng)根據(jù)從流化床裝置采集粉末的分析進(jìn)行調(diào)節(jié)，以避免形成粉塵和不規(guī)則粗糙丸粒。這樣的調(diào)節(jié)乃是本領(lǐng)域一個(gè)普通技術(shù)人員公知的。由流化床裝置形成的丸粒在顆粒床134中積累，并根據(jù)顆粒床中產(chǎn)物的量從出口140抽出，以便維持顆粒床保持給定的深度。旋轉(zhuǎn)閥150引導(dǎo)丸粒從流化床裝置130抽出到提升機(jī)155,后者將丸粒喂入到篩選系統(tǒng)160中，在此，丸粒^皮分成1或多個(gè)級(jí)分，例如，粒度過大級(jí)分、產(chǎn)品級(jí)分和粒度過小級(jí)分。粒度過大級(jí)分包括大于要求的產(chǎn)品粒度的那些丸粒。粒度過大級(jí)分可循環(huán)返回到罐115中，在此，至少一部分丸?？杀淮蛩椴⑴c罐中的漿料共混，或者可打碎并循環(huán)返回到流化床裝置130中的顆粒床134中。粒度過小級(jí)分包括小于要求的產(chǎn)品粒度的那些丸粒。粒度過小丸?？裳h(huán)到流化床裝置130中，在此，它們可^t流過進(jìn)口162作為流化床裝置的種子或作為二次進(jìn)料。出篩選系統(tǒng)160的產(chǎn)品級(jí)分包括具有要求的產(chǎn)品粒度的那些丸粒。這些顆粒被送到預(yù)-燒結(jié)裝置165,例如，鍛燒爐，在此顆粒;故千燥或煅燒，然后再去燒結(jié)。在某些實(shí)施方案中，顆粒被干燥至小于約18wt%，或小于約15%,小于約12%,小于約10%,小于約5%,或小于約1wt%的含濕量。干燥和/或煅燒后，丸?？杀晃谷氲綗Y(jié)裝置170,在此，丸?？稍趯?shí)施例1、2和4中描述的條件下進(jìn)行燒結(jié)，或者在適合燒結(jié)丸粒但不致熔融的其它條件下進(jìn)行燒結(jié)。作為替代方案，預(yù)-燒結(jié)裝置165可省略，如果燒結(jié)裝置170可提供充分煅燒和/或干燥條件(即，在燒結(jié)前將丸粒干燥至目標(biāo)含濕量的干燥時(shí)間和溫度)，隨后提供充分燒結(jié)條件。33由以上方法生產(chǎn)的丸粒將具有基本上類似于由實(shí)施例1、2和4中描述的混煉方法生產(chǎn)的那些的性質(zhì)。具體地說，由該替代方案中描述的方法生產(chǎn)的丸粒將具有低熱膨脹系數(shù)。替代實(shí)施方案按照另一種實(shí)施方案，可采用噴霧干燥方法由實(shí)施例1-4中描述的任何共混物，或其它能提供這里描述的凈化學(xué)組成的共混物形成基本上圓形和球狀丸粒。噴霧干燥方法乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的，一般涉及流體進(jìn)料霧化成為液滴的噴霧，后者一旦接觸熱空氣便干燥成為單個(gè)丸粒。才姿照該實(shí)施方案所說明的方法，包含水和實(shí)施例1-4中描述的4壬何共混物，或其它能提供這里描述的凈化學(xué)組成的共混物的漿料，可通過這些原料和水的共混、混煉、攪拌或本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的類似措施來制備。共混物中的原料可以是煅燒、未煅燒、部分煅燒的，或其混合物。在某些實(shí)施方案中，漿料另外還可包含粘合劑，例如，聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、甲基纖維素、糊精和糖漿。粘合劑一般是用于提高生顆粒強(qiáng)度的有機(jī)材料。在某些實(shí)施方案中，水可起到粘合劑的作用。在另一種實(shí)施方案中，漿料另外還包含分散劑，例如，膠體、聚電解質(zhì)、焦磷酸四鈉、焦磷酸四鉀、多磷酸鹽、檸檬酸銨、檸檬酸鐵銨和六偏磷酸鈉。加入分散劑的作用在于通過降低漿料粘度以提高漿料的總固體含量。分散劑，若用的話，在漿料中的用量應(yīng)在其霧化漿料的能力與制造實(shí)心的基本上圓形和球狀丸粒的能力之間求得平衡。諸原料(單獨(dú)地或作為共混物)、水、粘合劑(若用的話)以及分散劑(若用的話)在漿料中的相對(duì)數(shù)量取決于對(duì)固體陶瓷支撐劑(proppant)所要求的性能，但其數(shù)量受到以下限制，即，將使?jié){料適合通過霧化過程202或302中的噴嘴或旋轉(zhuǎn)輪泵送，正如圖8和9中分別示意地表示的，并且允許生產(chǎn)出的生顆?？山?jīng)燒結(jié)形成基本上圓形和球狀的實(shí)心陶瓷顆粒。在某些實(shí)施方案中，漿料的固體含量介于約50~約75wt。/。的范圍，而在其它實(shí)施方案中，固體含量介于約50~約60wt%,或約60~約70wt%。在漿料包含粘合劑的實(shí)施方案中，粘合劑的量可小于干陶資原料的約0.5wt0/。，或小于干陶資原料的約1.0wt%。在漿料包含分散劑的實(shí)施方案中，分散劑的量可小于干陶瓷原料的約0.3wt。/。，小于干陶瓷原料的約0.5wt%,或小于干陶瓷原料的約1.0wt%。漿料被喂入到具有霧化設(shè)備的噴霧干燥設(shè)備中。合適的霧化設(shè)備包括但不限于，旋轉(zhuǎn)輪原子化器、壓力噴嘴原子化器和雙流體噴嘴原子化器。旋轉(zhuǎn)輪、壓力噴嘴和雙流體噴嘴原子化器乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的，且包括由各種各樣來源例如，Niro公司商業(yè)可得的噴霧千燥器中的那些。噴嘴式樣乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知和理解的，例如,K.Masters:"SprayDryingHandbook"，JohnWileyandSons，NewYork(1979)。究竟使用旋轉(zhuǎn)輪、壓力噴嘴或是雙流體噴嘴原子化器，則取決于性能，例如，最終干燥固體陶瓷顆粒要求的粒度、分布和形狀，以及要求的生產(chǎn)能力。一般而言，旋轉(zhuǎn)輪原子化器產(chǎn)生細(xì)顆粒，而操作在壓力下的壓力噴嘴和雙流體噴嘴則可產(chǎn)生較大顆粒。當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)輪原子化器時(shí)，漿料被喂入到原子化器旋轉(zhuǎn)輪的中心，并靠離心力移動(dòng)到輪的周邊。霧化發(fā)生在輪邊緣。形成的噴霧的液滴大小和液滴粒度分布取決于賦予漿料的能量大小以及新形成的液滴與靠近輪子的湍流空氣流之間的摩擦效應(yīng)。液滴的噴霧從輪子沿水平方向射出但很快便服從空氣分散混合器所創(chuàng)造的空氣流流型，其中分散混合器以可控的方式引導(dǎo)熱空氣下流進(jìn)入干燥室中。具有旋轉(zhuǎn)輪原子化器的噴霧干燥器中產(chǎn)生的丸粒粒度隨著原子化器輪速度的降低而增加。進(jìn)料速率的影響在給定原子化器輪的最佳操作范圍內(nèi)并不大，因此操作期間進(jìn)料速率的波動(dòng)不改變所生產(chǎn)的陶瓷粉末的粒度分布。與旋轉(zhuǎn)輪原子化器使用的室的直徑通常應(yīng)大到足以防止在原子化器標(biāo)準(zhǔn)室壁上半濕沉積物的形成。相比之下，壓力噴嘴和雙流體噴嘴原子化器則可采用直徑較小但圓柱體高度較大的室。當(dāng)采用壓力噴嘴原子化器時(shí)，漿料在壓力下喂入到噴嘴中。在雙流體噴嘴的情況下，漿料和壓縮空氣通過各自的噴嘴喂入?？諝膺M(jìn)料是帶壓力的，而漿料的進(jìn)料則可以是帶壓或靠虹吸/重力喂入的。壓力能被轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，于是漿料作為易于解體為液滴的高速膜狀從噴嘴小孔中流出。由壓力噴嘴原子化器或加壓雙流體噴嘴產(chǎn)生的液滴大小與壓力成反比，而與進(jìn)料速率和進(jìn)料粘度成正比。壓力噴嘴或加壓雙流體噴嘴的產(chǎn)能隨壓力的平方根變化。在某些要求高進(jìn)料速率和/或高產(chǎn)能噴霧干燥的實(shí)施方案中，采用多噴嘴系統(tǒng)。出霧化設(shè)備的漿料液滴與進(jìn)入干燥室的熱干燥空氣匯合。然而，液滴與干燥空氣最初是如何接觸的，以及液滴/顆粒沿整個(gè)干燥室如何運(yùn)動(dòng)，通?？擅枋鰹椴⒘?、逆流或其組合。在某些實(shí)施方案中，例如，圖8中圖示的那種，圖示一種提供并流與逆流流動(dòng)的組合的干燥室，與壓力噴嘴原子化器一起使用。圖8是一種噴霧干燥設(shè)備的簡化示意圖，其包括干燥室204和壓力噴嘴202。噴霧干燥器通常包括無需在此贅述的附加組成部分，因?yàn)閲姲绫疚拿枋龅脑系墓不煳飶倪M(jìn)料源200流過壓力噴嘴202。雖然在圖8中僅圖示一個(gè)壓力噴嘴，但可以使用多個(gè)噴嘴。各種類型適合喂入漿料用的設(shè)備乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的，可包括，例如，帶或不帶過濾器的進(jìn)料泵。壓力噴嘴202使?jié){料霧化成為液滴并將液滴朝上噴霧進(jìn)入千燥室204,正如箭頭A所示。熱空氣從空氣源206喂入到干燥室204中，經(jīng)過進(jìn)口208并進(jìn)入干燥室204,在那里它與漿料液滴相接觸。于是，熱空氣從漿料噴霧到干燥室中的那點(diǎn)上方進(jìn)入，并在室內(nèi)沿大致向下的方向流動(dòng)。起初，漿料液滴沿大致向上的方向在千燥室中流動(dòng)，從而建立起一種逆流流動(dòng)。然而，在某一點(diǎn)，液滴垂直拋射趨勢將耗盡，并開始沿大致向下的方向在室內(nèi)流動(dòng)，從而建立起并流流動(dòng)。例如像圖8所示，干燥室中的液滴具有延長的垂直拋射軌跡，其提供較長空氣浮游時(shí)間以便干燥。雖然圖8圖示一種與組合式并流與逆流干燥室使用的壓力噴嘴原子化器，但是這樣的千燥室也可與旋轉(zhuǎn)輪原子化器和雙流體噴嘴原子化器一起使用。在某些實(shí)施方案中，例如，在圖9中圖示的，一種并流干燥室與壓力噴嘴原子化器一起使用。圖9是一種包括干燥室304和壓力噴嘴302的噴霧干燥設(shè)備的簡化示意圖。漿料從進(jìn)料源300通過壓力噴嘴302喂入。壓力噴嘴302使?jié){料霧化成液滴并沿著大致向下的方向(如"A，，所示)將液滴噴霧進(jìn)入到干燥室304中。熱空氣從空氣源306喂入到干燥室304中，并沿大致向下的方向(如"B"所示)流入干燥室304。于是，熱空氣與漿料液滴沿大致向下的方向在室內(nèi)流動(dòng)，從而建立起一種并流流動(dòng)。雖然圖9圖示一種與并流干燥室一起使用的壓力噴嘴原子化器，但是并流干燥室也可與旋轉(zhuǎn)輪原子化器和雙流體噴嘴原子化器一起使用。各種類型適合將熱空氣喂入到干燥液滴的干燥室中的設(shè)備乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員公知的，可包括，例如，帶或不帶空氣過濾器的加熱器。在干燥室中，隨著水分從液滴中蒸發(fā)，形成大量生陶瓷顆粒。隨著漿料噴霧到干燥室304中并與熱干燥空氣接觸，液滴表面出現(xiàn)蒸發(fā)并且在液滴表面形成飽和蒸氣膜。分散劑和粘合劑，若存在的話，為可溶的。因此，當(dāng)分散劑和/或粘合劑存在時(shí)，每個(gè)霧化的噴霧液滴既包含不溶性陶資材料也包含可溶性添加劑。在噴霧干燥的蒸發(fā)階段期間，可溶性粘合劑材料本身以薄膜形式包覆在液滴表面。隨著干燥的繼續(xù)，靠近液滴內(nèi)部的水分不斷蒸發(fā)。按照本文描述的方法，來自液滴內(nèi)部的水分的蒸發(fā)至少部分地是靠穿過液滴內(nèi)堆積的固體顆粒朝液滴表面，隨后穿過液滴表面的這層膜的擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)的。隨著水分從液滴內(nèi)部蒸發(fā)，液滴表面的薄膜不斷向液滴內(nèi)部生長。液滴表面溫度低，盡管干燥空氣進(jìn)口空氣溫度相對(duì)較高。蒸發(fā)最初在恒速條件下進(jìn)行，但隨后，該速率隨著液滴接近最終殘余含濕量條件而下降。鑒于液滴包含未溶解的固體，此種干燥曲線的特點(diǎn)是對(duì)顆粒的球狀做出貢獻(xiàn)的明顯恒速時(shí)期。在干燥期間，噴霧液滴粒度分布隨著水分蒸發(fā)期間液滴粒度的變化而改變。液滴和顆粒的聚結(jié)也可發(fā)生，并且可能是由于干燥室內(nèi)湍流空氣流型和溫度和濕度的復(fù)雜分布所致。由于液滴在它們拋射穿過干燥室期間一般地不旋轉(zhuǎn)，液滴的一側(cè)可暴露于來自進(jìn)口的空氣，就是說比液滴另一側(cè)所暴露的空氣要熱(在這里分別稱之為"熱側(cè)"和"冷側(cè)，，)。在此種情況下，熱側(cè)的蒸發(fā)較快，因此，在熱側(cè)，液滴表面形成的薄膜增厚得比冷側(cè)快。液滴中的液體和固體將朝熱側(cè)遷移。此刻，將可以預(yù)期，冷側(cè)被向內(nèi)拉，從而造成帶有淺凹的空心生丸粒，而不是形成本文描述的實(shí)心生丸粒?？墒?，按照本發(fā)明所述方法，顆粒是實(shí)心的，而不是空心的，原因在于以下因素之一或多項(xiàng)這里所描述的固體含量重量百分?jǐn)?shù)、這里描述的可溶性含量(分散劑和/或粘合劑)重量百分?jǐn)?shù)，以及如這里描述范圍內(nèi)的空氣進(jìn)口溫度。關(guān)于固體含量，可使用固體含量大于約50wto/o的漿料，以便生產(chǎn)出如這里描述的實(shí)心的基本上圓形和球狀顆粒。在某些實(shí)施方案中，漿料的固體含量介于約50~約75wt%,而在其它實(shí)施方案中，固體含量介于約50~約60wt%，或約60%~約70wt%。關(guān)于可溶性含量，粘合劑能提高漿料粘度，從而可導(dǎo)致需要降低固體含量才能維持可霧化的漿料。然而，較低的固體含量可導(dǎo)致顆粒不是實(shí)心的。至于分散劑，分散劑允許固體更快地向顆粒表面移動(dòng)，這也可能導(dǎo)致顆粒不是實(shí)心的。因此，漿料中的可溶性含量(添加劑如粘合劑和分散劑的數(shù)量)應(yīng)與漿料的固體含量均衡。優(yōu)選地是，使用為調(diào)節(jié)漿料粘度的需要所決定的最低數(shù)量粘合劑和/或分散劑。關(guān)于空氣進(jìn)口溫度，進(jìn)入干燥室的空氣溫度按照下面描述的方法控制。因此，在某些實(shí)施方案中，空氣進(jìn)口溫度介于約IO(TC約20(TC,或約20(TC約30(TC,或約300°C~約40(TC，或約400°C~約50(TC。在其它實(shí)施方案中，空氣進(jìn)口溫度介于約150。C約20(TC或約20(rC約25(TC。優(yōu)選地是，采取這些范圍的下限，以便減慢顆粒的干燥速率，其反過來對(duì)生產(chǎn)可燒結(jié)生產(chǎn)出基本上圓形和球狀的實(shí)心陶資顆粒的生陶資顆粒作出貢獻(xiàn)。在圖8和9中表示的示意圖中，生陶資顆粒至少部分地在重力影響下從干燥室排出到出料倉210和310中。除了圖8和9圖示的組成部分之外，合適的干燥裝備還可包括風(fēng)扇和管道、尾氣清潔設(shè)備(旋風(fēng)分離器、濾袋間、洗滌器)，以及控制儀表。這些進(jìn)一步的組成部分和設(shè)備，及其在這里描述的噴霧干燥方法中的用途，乃是本領(lǐng)域那些普通技術(shù)人員/〉知的。出料以后，生陶瓷顆?？刹捎脗鹘y(tǒng)燒結(jié)設(shè)備進(jìn)行燒結(jié)以形成基本上圓形和球狀的實(shí)心陶資顆粒。按以上方法生產(chǎn)的丸粒將具有基本上類似于采用實(shí)施例1、2和4中描述的混合方法生產(chǎn)的性能。特別是，在該替代實(shí)施方案中描述的方法生產(chǎn)的丸粒將具有低熱膨脹系數(shù)。對(duì)于本領(lǐng)域那些技術(shù)人員來說很清楚，這里描述的本發(fā)明可基本上僅通過對(duì)材料含量或制造方法稍作修改進(jìn)行復(fù)制。只要這些材料或方法基本上相當(dāng)，它們就應(yīng)^皮涵蓋在下面的權(quán)利要求范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種用于形成鑄造介質(zhì)的方法，該方法包括由包含水、氧化鎂源、二氧化硅源和氧化鋁源的原料形成基本上圓形和球狀生丸粒；以及燒結(jié)該丸粒以形成鑄造介質(zhì)，其中如此形成的鑄造介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)，從約100℃到約1100℃，小于石英砂、橄欖石砂和鋯砂至少之一。2.權(quán)利要求l的方法，其中所述鑄造介質(zhì)的熱膨脹系數(shù)，從約100。C到約IIO(TC，選自小于約15(10—6英寸每英寸每匸)、小于約12(10-6英寸每英寸每°0、小于約7(10-6英寸每英寸每1:)、小于約6(10—6英寸每英寸每匸)、小于約5(10"英寸每英寸每。C),以及小于約4.0(1(^英寸每英寸每。C)。3.權(quán)利要求l的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含堇青石，其數(shù)量選自至少25wt。/。、至少40wt。/。、至少45wt。/。、至少50wt%、至少55wt%、至少60wt。/。、至少65wt。/。、至少70wt。/Q、至少75wt%、至少80wt%和至少85wt%。4.權(quán)利要求1的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含堇青石，其數(shù)量選lh至少25wt%、至少40wt%、至少50wt%、至少60wt。/。和至少80wt%。5.權(quán)利要求l的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含堇青石，其數(shù)量介于約5wt%~約90wt%。6.權(quán)利要求l的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含堇青石，其數(shù)量介于約5wt%~約30wt%。7.權(quán)利要求l的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含堇青石，其數(shù)量介于約45wt%~約65wt%。8.權(quán)利要求1的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含數(shù)量介于約52~約66wt。/o的堇青石，數(shù)量介于約7~約24wtQ/。的富鋁紅柱石以及數(shù)量介于約1~約8wtQ/o的，i藍(lán)寶石。9.權(quán)利要求l的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含數(shù)量介于約25wt%~約42wto/。的堇青石，數(shù)量介于約19-約21wtQ/o的富鋁紅柱石，以及數(shù)量介于約7~約11wtQ/。的J艮藍(lán)寶石。10.權(quán)利要求1的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含數(shù)量為約71wt。/。的堇青石，數(shù)量為約20wt。/。的富鋁紅柱石，以及數(shù)量為約小于1wt。/。的假藍(lán)寶石。11.權(quán)利要求i的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含數(shù)量介于約80~約90wtQ/。的堇青石，數(shù)量介于約3~約10wt。/o的富鋁紅柱石，以及數(shù)量介于約0~約16wt。/o的，i藍(lán)寶石。12.權(quán)利要求1的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含數(shù)量為約64wt。/o的堇青石，數(shù)量為約20wt。/。的富鋁紅柱石，以及數(shù)量為約7wtQ/o的方英石。13.權(quán)利要求1的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含數(shù)量為約82wt。/。的堇青石，數(shù)量為約13wt。/o的富鋁紅柱石，以及數(shù)量為約5wtQ/o的方英石。14.權(quán)利要求l的方法，其中所述氧化鎂源、二氧化硅源和氧化鋁源提供位于氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖的方英石-富鋁紅柱石-堇青石區(qū)域中的凈化學(xué)組成。15.權(quán)利要求14的方法，其中所述凈化學(xué)組成是這樣的氧化鎂以約7~約14wt。/。的數(shù)量存在；氧化鋁以約17~約54wt。/o的數(shù)量存在；并且二氧化硅以約39~約76wt。/。的數(shù)量存在。16.權(quán)利要求15的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含至少50wt。/。的堇青石。17.權(quán)利要求14的方法，其中所述凈化學(xué)組成是這樣的氧化鎂以約9~約16wt。/o的數(shù)量存在；氧化鋁以約36~約49wt。/o的數(shù)量存在；并且二氧化硅以約37~約51wto/o的數(shù)量存在。18.權(quán)利要求l的方法，其中所述氧化鎂源、二氧化硅源和氧化鋁源提供位于氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖的假藍(lán)寶石-富鋁紅柱石-堇青石區(qū)域中的凈化學(xué)組成。19.權(quán)利要求18的方法，其中所述凈化學(xué)組成是這樣的氧化鎂以約7~約18wt。/。的數(shù)量存在；氧化鋁以約34~約54wt。/。的數(shù)量存在；并且二氧化硅以約33~約52wto/o的數(shù)量存在。20.權(quán)利要求19的方法，其中所述鑄造介質(zhì)包含至少50wt。/。的堇青石。21.權(quán)利要求18的方法，其中所述凈化學(xué)組成是這樣的氧化鎂以約10~約15wt。/。的數(shù)量存在；氧化鋁以約39~約49wt。/。的數(shù)量存在；并且二氧化硅以約24~約47wto/o的數(shù)量存在。22.權(quán)利要求l的方法，其中所述氧化鋁源包含高嶺土和礬土至少之一。23.權(quán)利要求1的方法，其中所述二氧化硅源包含高嶺土、礬土、滑石和橄欖石砂至少之一。24.權(quán)利要求l的方法，其中所述氧化鎂源包含氧化鎂、滑石和橄欖石砂至少之一。25.權(quán)利要求1的方法，還包括在形成為基本上圓形和球狀丸粒之前，將氧化鎂源、氧化鋁源和二氧化硅源共研磨。26.權(quán)利要求1的方法，其中所述基本上圓形和球狀丸粒的形成包括在高強(qiáng)度混合機(jī)中混合水、氧化鎂源、氧化鋁源和二氧化硅源。27.權(quán)利要求1的方法，其中所述基本上圓形和球狀丸粒的形成包括形成包含水、氧化鎂源、氧化鋁源和二氧化硅源的漿料，以及使該漿料流過原子化器以形成丸粒。28.權(quán)利要求1的方法，其中所述基本上圓形和球狀丸粒的形成包括形成包含水、氧化鎂源、氧化鋁源和二氧化硅源的漿料，以及使該漿料流過噴霧干燥器以形成丸粒。29.鑄造介質(zhì)，所述介質(zhì)包含由氧化鎂源、二氧化硅源和氧化鋁源形成的燒結(jié)的基本上圓形和球狀丸粒，其熱膨脹系數(shù)，從約IO(TC到約IIO(TC,小于石英砂、橄欖石妙、和鋯砂至少之一。30.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，其熱膨脹系數(shù)，從約IO(TC到約1100°C,選自小于約15(10《英寸每英寸每。C)、小于約12(10—6英寸每莢寸每。C)、小于約7(10-6英寸每英寸每匸)、小于約6(10—6英寸每英寸每。C)、小于約5UO-s英寸每英寸每。C),以及小于約4.0(10—6英寸每英寸每'C)。31.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，它包含堇青石的數(shù)量選自至少25wt%、至少40wt%、至少45wt%、至少50wt%、至少55wt%、至少60wt%、至少65wt%、至少70wt%、至少75wt%、至少80wt。/o和至少85wt%。32.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，它包含堇青石的數(shù)量選自至少25wt%、至少40wt%、至少50wt%、至少60wt。/。和至少SOwt%。33.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，它包含堇青石的數(shù)量介于約5wt%~約90wt%。34.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，它包含堇青石的數(shù)量介于約5wt。/。-約30wt%。35.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，它包含堇青石的數(shù)量介于約45wt%~約65wt%。36.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，它包含數(shù)量介于約52~約66\^%的堇青石，數(shù)量介于約7~約24wt。/。的富鋁紅柱石以及數(shù)量介于約1~約8wt。/。的々i藍(lán)寶石。37.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，它包含數(shù)量介于約25wt。/。-約42wto/。的堇青石，數(shù)量介于約19~約21wtQ/o的富鋁紅柱石，以及數(shù)量介于約7~約11wtQ/o的，i藍(lán)寶石。38.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，它包含數(shù)量為約71wty。的堇青石，數(shù)量為約20wt。/o的富鋁紅柱石，以及數(shù)量為約小于1wt。/o的假藍(lán)寶石。39.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，它包含數(shù)量介于約80約90wto/o的堇青石，數(shù)量介于約3~約10wt。/。的富鋁紅柱石，以及數(shù)量介于約0約16wtQ/o的咨i藍(lán)寶石。40.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，它包含數(shù)量為約64wt。/。的堇青石，數(shù)量為約20wt。/。的富鋁紅柱石，以及數(shù)量為約7wtM的方英石。41.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，它包含數(shù)量為約82wt。/。的堇青石，數(shù)量為約13wt。/o的富鋁紅柱石；以及數(shù)量為約5wtM的方英石。42.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，其中所述氧化鎂源、二氧化硅源和氧化鋁源提供位于氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖的方英石-富鋁紅柱石-堇青石區(qū)域中的凈化學(xué)組成。43.權(quán)利要求42的鑄造介質(zhì)，其中所述凈化學(xué)組成是這樣的氧化鎂以約7~約14wtQ/。的數(shù)量存在；氧化鋁以約17~約54wt。/。的數(shù)量存在；并且二氧化硅以約39~約76wtQ/o的數(shù)量存在。44.權(quán)利要求43的鑄造介質(zhì)，其中所述鑄造介質(zhì)包含至少50wt%的堇青石。45.權(quán)利要求42的鑄造介質(zhì)，其中所述凈化學(xué)組成是這樣的氧化鎂以約9~約16wtQ/o的數(shù)量存在；氧化鋁以約36~約49wtQ/。的數(shù)量存在；并且二氧化硅以約37~約51wtQ/o的數(shù)量存在。46.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，其中所述氧化^l:源、二氧化硅源和氧化鋁源提供位于氧化鎂-氧化鋁-二氧化硅相圖的假藍(lán)寶石-富鋁紅柱石-堇青石區(qū)域中的凈化學(xué)組成。47.權(quán)利要求46的鑄造介質(zhì)，其中所述凈化學(xué)組成是這樣的氧化鎂以約7~約18wtQ/。的數(shù)量存在；氧化鋁以約34~約54wtQ/o的數(shù)量存在；并且二氧化硅以約33約52wt。/o的數(shù)量存在。48.權(quán)利要求47的鑄造介質(zhì)，其中所述鑄造介質(zhì)包含至少50wt%的堇青石。49.權(quán)利要求46的鑄造介質(zhì)，其中所述凈化學(xué)組成是這樣的氧化鎂以約10~約15wto/o的數(shù)量存在；氧化鋁以約39~約49wto/o的數(shù)量存在；并且二氧化硅以約24~約47wt。/o的數(shù)量存在。50.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，其中所述氧化鋁源包含高嶺土和礬土至少之一。51.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，其中所述二氧化硅源包含高嶺土、礬土、滑石和橄欖石砂至少之一。52.權(quán)利要求29的鑄造介質(zhì)，其中所述氧化鎂源包含氧化鎂、滑石和橄欖石砂至少之一。全文摘要低熱膨脹系數(shù)的鑄造介質(zhì)，以及生產(chǎn)該介質(zhì)的方法和材料。文檔編號(hào)C03C10/04GK101291885SQ200680038963公開日2008年10月22日申請(qǐng)日期2006年10月19日優(yōu)先權(quán)日2005年10月19日發(fā)明者B·A·威爾遜申請(qǐng)人:卡博陶粒有限公司