用凝胶溶液工艺修补搪玻璃蒸馏釜的方法
本发明是有关对搪玻璃蒸馏釜玻璃层的损坏面进行修补的方法。说详细一点，就是用凝胶熔液工艺在破损部位通过固化一种或多种化学化合物，使之形成玻璃层，达到修补玻璃层的一种方法和装置。
本发明的历史情况
搪玻璃蒸馏釜的制造，是将玻璃质物质涂施于钢铁设备的基体上，整体置于高温炉中，使涂层熔融形成连续的玻璃层，冷却后再重复上述操作，直至涂层厚度达到约l-2mm为止。
搪玻璃蒸馏釜具有钢铁基体的机械强度和玻璃层的耐腐蚀、光滑等特性，故这类设备例如各种容器、反应器及其附件，广泛应用于化工、医药及食品工业领域内。但是，在使用过程中，由于操作不当，往往使玻璃层局部形成裂纹或剥落。
如果对玻璃层的损坏部位不进行修补而继续使用，那么处于玻璃层底部的钢铁基体则将迅速被腐蚀，设备内的物料与腐蚀物质接触，不但污染物料而且有可能产生严重问题。因此，要求在设备安装的地方，对玻璃层的局部损坏进行尽可能快的修补。
搪玻璃蒸馏釜的局部修补方法，具有代表性的包括下面几种：
(a)用耐腐蚀材料钽的螺帽或螺栓来修补，在玻璃层与螺帽或螺栓之间，用聚四氟乙烯作填料密封（见美国专利2，631，360）；
(b)采用耐腐蚀有粘附力的有机树脂，如环氧树脂等。
但它们相应的缺点是：
(a)钽修补法的缺点是难以提供与大面积破损的构形相一致的螺栓或螺帽，而且聚四氟乙烯可能老化，致使杂质侵入。
(b)环氧树脂修补法，由于该材料的耐热性及耐某些溶剂溶解的性能差，使得修补后设备的进一步使用，受到很大的限制。
已知的一种凝胶溶液工艺方法是将酒精和一种有机的金属化合物如金属醇盐的水溶液作为原始材料，在相当低的温度下加热使其固化（通过水解和凝结反应形成玻璃），可以在比一般熔融工艺方法低得多的温度下获得玻璃。但是，采用这种已知凝胶方法来修补玻璃层，需要相当长的时间来加热，使其产生所要求的水解和凝结反应以得到玻璃。另外，该方法在固化过程中产生相当大的收缩，常常会在形成的玻璃层内产生裂纹或剥落。为避免产生裂纹，则要使形成的玻璃层厚度至少要大约1um，其固化周期约需一个月。完好的修补应当在固化过程中没有裂纹。
我们也理解，在已知凝胶工艺中，加热的温度愈高，修补剂的水解和凝结反应愈快，较后得到的固体结合得愈紧密。
修补剂加热的温度在低于或接近350℃时应当有效，对玻璃来讲，这是由压应力转变为张应力，与允许保留的应力相适应的上限温度，应力来源于钢铁基体和玻璃层之间，由膨胀系数不同而产生的。
另外，为在搪玻璃蒸馏釜如反应器的小空间内加热树脂修补剂，通常采用热风加热器或红外线灯泡进行加热，实际上，热量的消耗很出了修补范围的热量需求，致使热效率降低。而且在树脂修补的地方，温度往往不能达到接近350℃的要求，由于热量的损失，将使设备内的作业条件降低。
因此，要想成功地修补设备内损坏的搪玻璃层而不危及与其毗邻的其他玻璃层，下列因素是非常重要的：
(1)修补处的温度应能迅速升至约350℃，并保持足够的时间使修补剂得以固化。
(2)搪玻璃蒸馏釜内的修补，应使修补处的耗热量降至较低。
(3)提供一套修补用装置和方法，该装置应具有一定的可变形性，以使修补剂完全符合玻璃层修补部位的复杂表面构形的要求。
本发明在提供搪玻璃蒸馏釜的修补方法和装置方面，直接解决了上述问题，说得详细一点，本发明的某些方面，包括：
(1)采用修补剂与无机填料混合，使修补剂在固化过程中避免因加热后冷却收缩而产生裂纹或剥离；
(2)向产生于玻璃层外表面的气孔中，灌注修补液填充气孔，然后加热形成玻璃，生成很少有气孔的玻璃层。
(3)在钢铁基体与修补层的接触面间生成磷酸盐玻璃层，它对钢铁基体有很强的密着力。
(4)为减少形成所需厚度的玻璃层的重复操作次数，在玻璃层的破损处粘附一层无机材料，将修补剂施于其上，按凝胶溶液工艺方法固化成玻璃，生成玻璃修补层。
(5)在修补层上，施以含有细粉未填料的修补剂，粉末颗粒直径约小于1um，施后加热，在修补层的顶层上，形成光滑的表面。
(6)在规定的温度范围(约300℃～350℃)内加热修补剂并保温，该温度范围使原有玻璃层内基本上没有张应力，这样可避免与破损面毗邻处的玻璃层裂纹或剥落。
发明综述
本发明提出的对搪玻璃蒸馏釜的破损玻璃层部位的修补方法，是采用重复多次地向损坏处涂施修补剂，然后加热固化使之附着于其上的凝胶溶液工艺方法，重复次数以修补的玻璃层和原存与之毗邻玻璃层的厚度差不多相等时为止，玻璃中无裂纹或剥落。
本发明提供的加热修补的装置，包括：
(1)一块单面有凹槽的可变形的绝缘板作主体；
(2)在凹槽内放置电加热器辐射红外线；
(3)复盖在搪玻璃蒸馏釜的待修部位上的凹形绝缘板主体，用电磁铁联接固定；
(4)将配置好的绝缘板体用硅酸盐质玻璃布包起来加以保护；
(5)在凹槽内靠近破损处，定位安放一个热传感器；
(6)用温度控制器与热传感器和加热器相联接，以便自动控制加热器的温度。
采用这种加热器装置，可使破损处的温度迅速升至适当高度（约300℃-350℃）。在加热过程中，保证不会危及围绕破损部位的原有玻璃层，并能保持所需温度，热量消耗少。可以固定安装于搪玻璃容器内壁的任何部位。
具体实例择优详述
实例
用作修补剂的原始原料，由一种或多种有机金属化合物（如金属醇盐或无机盐）的水溶液组成。
根据溶液凝胶工艺方法，修补剂通过液态中的化学反应，达到所要求的化学键合形态。经过由溶液阶段达到凝胶阶段的化学反应后，修补剂被加热至足以完成水解和凝结的程度，较终形成金属氧化物或玻璃。
步骤1底修补层的形成
1、清理破损部位
用砂纸或其他磨具将玻璃破损面上的铁锈和杂质清除掉，较后残留的磨料粉和油脂类物质用酒精清洗掉。清理、干燥后的破损部位露出金属基体表面。与此同时，对原有玻璃层与破损部位相邻接的那个面，也要加以清理。
2、底修补剂的制备将一种有机金属化合物如金属醇盐和碱性磷酸盐，共同加至磷酸的水溶液中，在120℃下搅拌，进行蒸镏，当存在于水溶液中的酒精已经蒸发掉，留下来的粘稠透明的溶液是含磷的玻璃物质。
3、涂施
用刷子或类似刷子的工具，将修补剂施于裸露的金属基体上，成一涂层。
4、加热
当加热至约300-350℃时，修补剂中剩余的水份已经蒸发掉，从而形成底修补层。同时，在此修补层和钢铁基体之间生成磷酸铁的化学反应层。
当原有玻璃层是用一般熔融方法固定复盖于基体上时，在室温下，由于钢铁基体与玻璃层之间的膨胀系数不同而产生的压应力，使玻璃层的强度得以加强，当温度升高时，压应力减弱，当温度升高至很过玻璃和基体的膨胀曲线相交点时，则建立起导致玻璃层破裂的张应力。此交叉点的温度取决于玻璃层与钢铁基体的膨胀系数，此温度约350℃。
根据本发明，产生于底修补层与钢铁基体之间的键合强度，随磷酸铁化学反应层的出现而增高。为防止原有玻璃层破裂，允许加热的较高温度约300-350℃。
为充分获得本发明的效益，底玻璃修补玻璃层中的碱金属氧化物含量约高于30摩尔%。
步骤2：上修补层的形成
1、上修补剂的制备
将硅的醇盐、乙醇、水和酸溶液混合，在约40℃温度下搅拌，使硅的醇盐部分水解，然后将此溶液在未成为凝胶之前与玻璃或陶瓷填料混合，形成修补剂。这种含填料的修补剂在加热时可避免较大的收缩，从而防止开裂。
填料能改善上修补层的耐腐蚀性，提高其膨胀系数，使之与原有玻璃层的膨胀系数接近，在搪玻璃蒸馏釜的腐蚀介质中经久耐用。
例如，填料可选自普通的陶瓷粉料（如氧化铝、氧化钛），单晶体或多晶体无机纤维材料，特定的粉粒形状如球形或薄片形。有机金属化合物（如金属醇盐），由液相或气相无机盐类产生的特定的无机粉料与上述材料的混合物。
也可用修补剂增加各种性质如传导性、磁化性、无粘附性、色品度等。
一般选用价廉而易得的粉料。
2、涂施
用刷子将修补剂涂施于已复盖底修补层的破损面上，吹风干燥约10分钟。
3、加热
修补剂经加热后，形成上修补层。
步骤3：灌注修补剂的形成
1、灌注剂的制备
在上修补剂的固化过程中，填料之间形成气孔，为填充这些气孔，使用灌注剂。根据乙醇可扩散蒸发的能力，采用与制备上修补剂同样的工艺过程，制取硅醇盐、乙醇、水和酸的溶液作为灌注剂。
2、浇施和加热灌注剂
将灌注剂浇施至上修补层上，充填入该层的气孔内，然后用加热底修补剂的方法进行加热。
3、重复操作
浇灌灌注剂和加热操作要重复多次，以封闭上修补层中的气孔。经过几个循环的操作，形成的上修补层中所含气孔已很少，此时损坏面修补层与原有玻璃层的厚度差不多相等。
测试方法
剥落测试
对实例的试板进行一系列热过程测试，在沸水中加热5小时，在室温下冷却5小时。
6个月后，检测玻璃层无剥落也无裂纹。
针孔测试
用与实例相同的方法加工试板。
在修补部位上进行针孔测试的条件与剥落测试相同，只是用0.1N盐酸代替水。
6个月后，修补部位和酸液都未变为褐色，故用盐酸溶液检测出钢铁基体未被腐蚀。
耐水性测试
用SUS304不锈钢板，按实例方法加工成厚2mm，直径lOOmm的试板。
试板暴露在沸水中6个月后，修补玻璃层的玻璃腐蚀率，经测量小于Imm/a。
密着测试
用SS41钢板，按JISR4201要求，用实例方法加工成6×80×80mm的试板。
用直径为36.51mm（重200克）的钢球，由40cm高处垂直下落于试板的修补面上，检验玻璃层的密着性。
检验结果表明，按照本发明处理的修补部位，在钢铁基体处无裂纹产生。
为了作对比，加工了另一块试板，这块试板由实例的步骤2开始，省却了步骤l。用同样方法测试，测出通向钢铁基体的裂纹概率为30%。
小型搪玻璃罐修补试验
制作一个敞口搪玻璃罐(JISR4201:容量100升)，在其内壁用磨削法去掉约lOOcmZ的玻璃层，仿造一个大范围的破损面，然后将其修补，并用与测试实例修补剂相同的方法，对此修补的破损面进行测试。检测结果表明，围绕修补面的原有玻璃层无裂纹痕迹。
用与密着试验同样的修补和测试方法，观察对制作的搪玻璃罐的法兰(曲率半径为6mm)曲面部位的效果。检验围绕修补部位的原有玻璃层，仍然无裂纹产生。
用密着测试的方法测试修补部位的修补剂对钢铁基体的密着性，检验结果无裂纹产生。
