CN101643355A - 半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺，其中整体式陶瓷灯泡注射成型工艺包括：配料、拌料、造粒、压制熔芯、嵌入熔芯、注射成型、脱酯、素烧、高温烧结九个步骤；分体式陶瓷灯泡注射成型工艺包括：配料、拌料、造粒、注射成型、脱酯、素烧、共烧、高温烧结八个步骤。本发明首次将注射成型技术用于半透明氧化铝陶瓷灯泡的制备，并摸索出了合适的晶界掺杂组份，将其均匀分散于氧化铝陶瓷中，制备出性能优异的金属卤化物灯用半透明氧化铝陶瓷。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷注射成型技术领域，具体涉及一种氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺。
背景技术
目前，市场上小功率金属卤化物灯多为传统的石英金卤灯，通常采用钠、钪碘化物作为填充物，但石英金卤灯会与这些填充物之间发生各种化学反应，极大影响灯寿命、光通量维持率及光色稳定。其次，现有的直管石英金属卤化物灯显色性仅为65，显色性能有待提高；此外，对传统石英金属卤化物灯而言，灯与灯之间的光色一致性问题十分严重，灯与灯之间的颜色均匀性很差。
而采用陶瓷电弧灯管具有诸多优点：(1)显色性能显著改进：目前陶瓷金属卤化物电弧管一般比石英金属卤化物电弧管的冷端温度高80-100℃，从而使其显色性达到90以上；(2)发光效率和光通量维持率明显提高：由于陶瓷电弧管的耐高温特性，小功率陶瓷金属卤化物灯在设计时可以加大灯管管壁负荷，从而使它管内放电气体工作温度较石英电弧管高，其发光效率比石英金卤灯高15％，一般达到90lm/w。此外陶瓷电弧管内填充物化学成份稳定，光源的光通量维持率较好；(3)使用寿命延长：由于陶瓷金属卤化物灯中的电弧管的钠损耗速率非常慢，因此陶瓷金属卤化物灯的寿命比石英金属卤化物灯长一倍左右；(4)光色一致性的实现：陶瓷金属卤化物灯由于电弧管尺寸精确，体积更加紧凑，使灯之间的光色一致性得到了很好的改善，提高了光源的品质。鉴于陶瓷电弧灯管的诸多优势，采用氧化铝陶瓷灯泡替代石英金卤灯已成为趋势。
陶瓷金属卤化物灯工作时处于高温状态(1000-1250℃)，其使用寿命取决于灯管内卤化物损耗情况。经大量实验表明，灯管内卤化物损耗主要与半透明氧化铝陶瓷灯管晶界微量掺杂有关密切的关系。目前国内制备半透明氧化铝陶瓷时大量采用MgO-La2O3-Y2O3三元配方，采用这些配方制作的陶瓷灯管在使用时，晶界处的微量掺杂会与卤化物发生严重的化学反应，缩短了灯管的使用寿命。在大量实验的基础上探索出了合适的晶界掺杂组分，采用MgO-ZrO2-HfO2三元配方，可大大延缓灯内卤化物对氧化铝陶瓷的腐蚀作用，从而延长灯的使用寿命。
注射成型技术由于具有高精度、高效率及粉体利用率高等优点，在工程陶瓷中已有较广泛的应用，但将该工艺应用于半透明氧化铝陶瓷的制备尚未见报道，究其原因可能是半透明氧化铝陶瓷对氧化铝原料、成型助剂及成型工艺有着严格的要求。本发明人以高纯氧化铝粉作为原料，对注射温度、注射压力、注射时间、保压时间等成型参数进行优化，同时采用独特的共烧技术将多个陶瓷部件紧密、精确地烧制成整体陶瓷灯管。国内外尚未有相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺，包括整体式和分体式两种陶瓷灯泡注射成型方法。
本发明的整体式半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺包括以下步骤：
(1)配料：将10-20重量份的石蜡和1-5重量份的油酸加入合料机，加热至60-120℃，待物料完全熔化后加入高纯氧化铝粉；
(2)拌料：将配比好的各物料在合料机中搅拌混匀，混料温度高于60℃，拌料过程中要防止带入各种杂质；
(3)造粒：将混匀的浆料加入造粒机，利用造粒机的挤出螺杆将浆料挤制成可塑泥条，再用切割装置将可塑泥条切割成小颗粒；小颗粒尺寸优选为直径1-2mm，长度2-4mm；
(4)压制熔芯：将水溶性物质加入成型压机内，压制成具有中空陶瓷灯管内部空腔外形的实心体型；
(5)嵌入熔芯：将压制成形的熔芯精确地嵌入模具内；
(6)注射成型：将颗粒料加入至注射成型机的入料口，在注射机螺杆的带动下进入注射腔内，控制一定工艺条件，通过注射机螺杆的挤出作用将陶瓷浆料压入模具中，注射工艺条件为：注射温度为70-120℃，注射压力为10-100KPa，注射时间为10s，螺杆下降时间为10s，保压压力为25KPa，保压时间为5s，冷却时间为10s；
(7)脱酯：采用热脱脂技术，脱酯温度为100-200℃，脱酯时间为20-50小时；
(8)素烧：素烧温度温度为1100-1300℃，保温时间为2-4小时；
(9)高温氢结：在氢气或真空进行半透明氧化铝陶瓷灯管的烧制，温度为1600-1900℃。
所述(4)步骤中水溶性物质为蔗糖、淀粉之一或两者的混合物。
所述(6)步骤中注射工艺参数优选为：注射温度为90-100℃，注射压力为40-60KPa，注射时间为10s，螺杆下降时间为10s，保压压力为25KPa，保压时间为5s，冷却时间为10s。
所述(7)步骤中脱酯温度优选为160℃，脱酯时间优选为为20-50小时。
本发明提出了合适的晶界掺杂组分，采用MgO-ZrO2-HfO2三元配方，各组分浓度为MgO：100-600ppm，ZrO2：50-500ppm，HfO2：100-500ppm。
本发明的分体式半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺包括以下步骤：
(1)配料：将10-20重量份的石蜡及1-5重量份的油酸加入合料机，加热至60-120℃，待物料完全熔化后加入高纯氧化铝粉；
(2)拌料：将配比好的各物料在合料机中搅拌混匀，混料温度高于60℃，拌料过程中要防止带入各种杂质；
(3)造粒：将混匀的浆料加入造粒机，利用造粒机的挤出螺杆将浆料挤制成可塑泥条，再用切割装置将可塑泥条切割成小颗粒；
(4)注射成型：将颗粒料加入至注射成型机的入料口，在注射机螺杆的带动下进入注射腔内，控制一定工艺条件，通过注射机螺杆的挤出作用将陶瓷浆料压入模具中，注射工艺条件为：注射温度为70-120℃，注射压力为10-100KPa，注射时间为10s，螺杆下降时间为10s，保压压力为25KPa，保压时间为5s，冷却时间为10s；
(5)脱酯：采用热脱脂技术，脱酯温度为400-900℃，脱酯时间为18-24小时；
(6)素烧：素烧温度为1100-1300℃，保温时间为2-4小时；
(7)共烧：各部件间成瓷后采用“匝箍式”结构以达到各部件紧密配合的目的，共烧温度1300-1500℃，保温时间2-4小时；
(8)高温氢结：在氢气或真空进行半透明氧化铝陶瓷灯管的烧制，温度为1600-1900℃。
所述(4)步骤中注射工艺条件优选为：注射温度为90-100℃，注射压力为40-60KPa，注射时间为10s，螺杆下降时间为10s，保压压力为25KPa，保压时间为5s，冷却时间为10s。
所述(5)步骤中脱酯温度优选为160℃，脱酯时间优选为20-50小时。
本发明的优点在于：
1、首次将注射成型技术用于半透明氧化铝陶瓷灯泡的开发，通过对注射温度、注射压力、注射时间、保压时间等成型参数进行优化，制备出了性能优异的金属卤化物灯用用半透明氧化铝陶瓷灯泡。
2、采用独特的共烧结技术，能一次性将多个陶瓷部件紧密、精确地烧制成整体陶瓷灯管，一般紧包在内层陶瓷部件成瓷尺寸较紧包在外层陶瓷部件尺寸大0.1-0.5mm。
3、研发出了合适的晶界掺杂组份，采用MgO-ZrO2-HfO2三元配方，可大大延缓灯内卤化物对氧化铝陶瓷的腐蚀作用，从而延长灯的使用寿命。
4、采用本发明工艺制备的半透明氧化铝陶瓷灯管参数为：晶粒尺寸控制在30μm左右且分布均匀，抗折强度达到380Mpa，其总透过率达到96％。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，本发明可以按发明内容所述的任一方式实施。
实施例1：整体式半透明氧化铝陶瓷灯泡制备
将1.5kg石蜡和0.2kg油酸加入合料机，加热至90℃，待物料完全熔化后加入高纯氧化铝粉10kg；将配比好的各物料在合料机中搅拌混匀，混料温度维持在65℃左右，拌料过程中注意防止带入各种杂质；将混匀的浆料加入造粒机，利用造粒机的挤出螺杆将浆料挤制成可塑泥条，再用切割装置将可塑泥条切割成长2-4mm，直径1-2mm的小颗粒。
将蔗糖、淀粉按重量比1∶1加水调制成泥状，加入成型压机内，压制成具有中空陶瓷灯管内部空腔外形的实心体型，将压制成形的熔芯精确地嵌入模具内。
将颗粒料加入至注射成型机的入料口，在注射机螺杆的带动下进入注射腔内，控制一定工艺条件，通过注射机螺杆的挤出作用将陶瓷浆料压入模具中，注射工艺条件为：注射温度为85℃，注射压力为75KPa，注射时间为10s，螺杆下降时间为10s，保压压力为25KPa，保压时间为5s，冷却时间为10s。
采用热脱脂技术进行脱脂，脱酯温度为160℃，脱酯时间为22小时；在1200℃下素烧2.5小时，在1700℃温度下、氢气或真空中进行半透明氧化铝陶瓷灯管的烧制，完成整个工艺流程。
实施例2：分体式半透明氧化铝陶瓷灯泡制备
将1.5kg石蜡和0.15kg油酸加入合料机，加热至90℃，待物料完全熔化后加入高纯氧化铝粉10kg；将配比好的各物料在合料机中搅拌混匀，混料温度维持在65℃左右，拌料过程中注意防止带入各种杂质；将混匀的浆料加入造粒机，利用造粒机的挤出螺杆将浆料挤制成可塑泥条，再用切割装置将可塑泥条切割成长2-4mm，直径1-2mm的小颗粒。
将颗粒料加入至注射成型机的入料口，在注射机螺杆的带动下进入注射腔内，控制一定工艺条件，通过注射机螺杆的挤出作用将陶瓷浆料压入模具中，注射工艺条件为：注射温度为75℃，注射压力为85KPa，注射时间为10s，螺杆下降时间为10s，保压压力为25KPa，保压时间为5s，冷却时间为10s。
采用热脱脂技术进行脱脂，脱酯温度为180℃，脱酯时间为20小时；在1200℃下素烧3小时，各部件间成瓷后采用“匝箍式”结构进行共烧，以达到各部件紧密配合的目的。在1700℃温度下、氢气或真空中进行半透明氧化铝陶瓷灯管的烧制，完成整个工艺流程。
Claims (9)
1、一种整体式半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：将10-20重量份的石蜡和1-5重量份的油酸加入合料机，加热至60-120℃，待物料完全熔化后加入高纯氧化铝粉；
(2)拌料：将配比好的各物料在合料机中搅拌混匀，混料温度高于60℃，拌料过程中要防止带入各种杂质；
(3)造粒：将混匀的浆料加入造粒机，利用造粒机的挤出螺杆将浆料挤制成可塑泥条，再用切割装置将可塑泥条切割成小颗粒；
(4)压制熔芯：将水溶性物质加入成型压机内，压制成具有中空陶瓷灯管内部空腔外形的实心体型；
(5)嵌入熔芯：将压制成形的熔芯精确地嵌入模具内；
(6)注射成型：将颗粒料加入至注射成型机的入料口，在注射机螺杆的带动下进入注射腔内，控制一定工艺条件，通过注射机螺杆的挤出作用将陶瓷浆料压入模具中，注射工艺条件为：注射温度为70-120℃，注射压力为10-100KPa，注射时间为10s，螺杆下降时间为10s，保压压力为25KPa，保压时间为5s，冷却时间为10s；
(7)脱酯：采用热脱脂技术，脱酯温度为100-200℃，脱酯时间为20-50小时；
(8)素烧：素烧温度温度为1100-1300℃，保温时间为2-4小时；
(9)高温氢结：在氢气或真空进行半透明氧化铝陶瓷灯管的烧制，温度为1600-1900℃。
2、根据权利要求1所述的一种整体式半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺，其特征在于，(3)步骤制得的小颗粒尺寸为：直径1-2mm，长度2-4mm。
3、根据权利要求1所述的一种整体式半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺，其特征在于，(4)步骤中所述水溶性物质为蔗糖、淀粉之一或两者的混合物。
4、根据权利要求1所述的一种整体式半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺，其特征在于，(6)步骤中注射工艺条件为：注射温度为90-100℃，注射压力为40-60KPa，注射时间为10s，螺杆下降时间为10s，保压压力为25KPa，保压时间为5s，冷却时间为10s。
5、根据权利要求1所述的一种整体式半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺，其特征在于，(7)步骤中脱酯温度160℃，脱酯时间为24小时。
6、一种分体式半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配料：将10-20重量份的石蜡及1-5重量份的油酸加入合料机，加热至60-120℃，待物料完全熔化后加入高纯氧化铝粉；
(2)拌料：将配比好的各物料在合料机中搅拌混匀，混料温度高于60℃，拌料过程中要防止带入各种杂质；
(3)造粒：将混匀的浆料加入造粒机，利用造粒机的挤出螺杆将浆料挤制成可塑泥条，再用切割装置将可塑泥条切割成小颗粒；
(4)注射成型：将颗粒料加入至注射成型机的入料口，在注射机螺杆的带动下进入注射腔内，控制一定工艺条件，通过注射机螺杆的挤出作用将陶瓷浆料压入模具中，注射工艺条件为：注射温度为70-120℃，注射压力为10-100KPa，注射时间为10s，螺杆下降时间为10s，保压压力为25KPa，保压时间为5s，冷却时间为10s；
(5)脱酯：采用热脱脂技术，脱酯温度为400-900℃，脱酯时间为18-24小时；
(6)素烧：素烧温度为1100-1300℃，保温时间为2-4小时；
(7)共烧：各部件间成瓷后采用“匝箍式”结构以达到各部件紧密配合的目的，共烧温度1300-1500℃，保温时间2-4小时；
(8)高温氢结：在氢气或真空进行半透明氧化铝陶瓷灯管的烧制，温度为1600-1900℃。
7、根据权利要求6所述的一种分体式半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺，其特征在于，(3)步骤制得的小颗粒尺寸为：直径1-2mm，长度2-4mm。
8、根据权利要求6所述的一种分体式半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺，其特征在于，(4)步骤中注射工艺条件为：注射温度为90-100℃，注射压力为40-60KPa，注射时间为10s，螺杆下降时间为10s，保压压力为25KPa，保压时间为5s，冷却时间为10s。
9、根据权利要求1所述的一种整体式半透明氧化铝陶瓷灯泡注射成型工艺，其特征在于，(5)步骤中脱酯温度为160℃，脱酯时间为20-50小时。
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| C57 | Notification of unclear or unknown address | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Wang Zhong Document name: Notification of Passing Preliminary Examination of the Application for Invention |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Wang Zhong Document name: Notification of Publication and of Entering the Substantive Examination Stage of the Application for Invention |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: JINGDEZHEN COLLEGE OF CERAMIC INDUSTRY Free format text: FORMER OWNER: CHANGSHA JINGTAI PLASTIC MACHINERY TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD. Effective date: 20111031 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 410007 CHANGSHA, HUNAN PROVINCE TO: 333000 JINGDEZHEN, JIANGXI PROVINCE |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20111031 Address after: 333000 Jiangxi city of Jingdezhen province Tao Yang Road, Jingdezhen Ceramic Institute Applicant after: Jingdezhen College of Ceramic Industry Address before: Labor Road 410007 in Hunan province Changsha Yuhua District No. 523 Chengyu Building Room 305 Applicant before: Changsha Jingtai Plastic Machinery Technology Development Co., Ltd. |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100210 |