CN102310466A - 一种制备轻质多孔陶瓷用模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备轻质多孔陶瓷用模具，以及该模具在制备轻质多孔陶瓷中的应用。本发明中制备轻质多孔陶瓷用模具包括耐火底板，在耐火底板边缘上与耐火底板无固定连接地设置耐火挡块，多块耐火挡块沿耐火底板边缘拼接，与耐火底板构成原料放置区域，进一步还可在耐火挡块构成的模具边框外围的耐火底板边缘部与边框接触或不相接触地设置耐火阻挡物。利用本发明的模具制备轻质多孔陶瓷，可以节省工序，操作简单，脱模方便，延长模具使用寿命，模具形状尺寸可控，适用于大尺寸产品制备，而且能降低成本，节约能源。

Description

一种制备轻质多孔陶瓷用模具

技术领域

本发明涉及一种制备轻质多孔陶瓷用模具。

背景技术

轻质多孔陶瓷是一种经人工合成的、体内具有大量彼此闭合气孔的陶瓷材料，具有一定尺寸和数量的孔隙结构，通常孔隙度较大，孔隙结构作为有用的结构存在。随着控制材料的细孔结构水平的不断提高，多孔陶瓷和玻璃纤维、金属等相比有优异的特性：气孔分布均匀、机械强度高和易于再生等。多孔陶瓷是由各种颗粒与结合剂组成的坯料，经过成型、烧成轻质多孔陶瓷材料一般具有以下特性：（1）化学稳定性好，通过材质的选择和工艺控制，可制成适用于各种腐蚀环境的多孔陶瓷；（2）孔道分布较均匀，便于成型、烧结等；（3）耐热性好、耐高温、耐腐蚀；（4）具有发达的比表面积、良好至极佳抗热冲击性、可控的低阻流体流动；（5）具有低密度、低质量、低的热传导性能；（6）具有良好的机械强度和刚度、室温及变化温度下的高强度。

由于轻质多孔陶瓷具有重量轻、耐热、耐寒、高强度、抗腐蚀性强、不变形、保温隔热性能好、隔音性能好、成本低等优点，因而具有广泛的用途，包括过滤用材料、窑炉设备、型模、炉衬、隔离体、及其他诸如轻质建筑砌砖的类似产品。

多孔陶瓷在烧结过程中有发泡膨胀等一系列过程，制备品在高温条件下，一方面产生大量气体要挥发，同时在低共熔物的作用下，产生粘度较大的玻璃相阻碍气体的挥发，从而形成大量的闭口气孔并伴随有相应的体积膨胀，与普通陶瓷的制备工艺、环境差别较大。通常轻质多孔陶瓷的制备工艺有以下几种：

一是原料拣选后进行干法粉碎，配料，干法混合，加水造粒(包括过筛)，陈腐，机压或手工捣打成型，干燥，装窑烧成，必要时冷加工，成品包装； 

二是原料拣选后破碎，配料，湿法球磨，压滤，干燥，加水造粒 (包括过筛)，陈腐，机压或手工捣打成型，干燥，装窑烧成，必要时冷加工，成品包装； 

三是原料拣选后破碎，配料，湿法球磨，喷雾造粒，陈腐，机压或手工捣打成型，干燥，装窑烧成，必要时冷加工，成品包装；

四是原料拣选后破碎，配料，湿法球磨，压滤，真空练泥，陈腐，机压或手工捣打成型，干燥，装窑烧成，必要时冷加工，成品包装； 

五是原料拣选后破碎，配料，湿法球磨，石膏模注浆(常压浇注或压力浇注)或振动浇注，干燥，装窑烧成，必要时冷加工，成品包装。

上述现有技术工艺或方法在制品装窑烧结工序前分别采用机压、 挤压、塑压、滚压、手工捣打、石膏模注浆或振动浇注等成型方式和干燥工序，不仅需要压机、干燥等设备，需要较大的干燥场地，造成投资费用大，而且在压制、干燥的生产过程中需要消耗大量的能源，造成运营成本居高不下。同时，在生产过程中，又产生了许多技术难题，操作上稍有不当，坯体就容易产生夹层，在烧结中出现鼓泡、开裂等现象，造成废品、残次品大量产生，增加生产成本。

也可以将配料放入匣钵中烧成，所谓匣钵，是指事先加工好的、能存放产品烧制的容器，它具有一定的形状（方形、圆形或其他形状），而且要具有一定的耐火度和荷重软化温度。

目前对于发泡轻质陶瓷的制备工艺而言，研究多数集中在配料、成型方式、烧结工艺条件等。但如何更适用于大型工业化操作，研究较少。

为满足成品原料在高温熔融、体积膨胀时对模具的要求，采用涂有氧化铝涂料的堇青石质、莫来石质、碳化硅质等耐火材质的耐火组合模具，烧成时将铺满成品颗粒粉料的耐火组合模具直接进入窑炉烧制，颗粒粉料的熔融膨胀只能在耐火组合模具内进行。在熔融粘度和膨胀力的作用下、在一定的烧成温度制度下形成具有均匀气孔、完全玻化的烧结制品，能长期漂浮在水面不下沉。中国专利申请200910035122中即公开了这样一种耐火组合模具拼接法，该方法采用了多个耐火部件进行组合拼接形成模具，根据所需产品形状而组装成固定的匣钵，改善了目前烧结过程中产品大小受固定匣钵形状影响的问题，该方案按以下方式实现：

（1）形成底板：采取耐火底板拼接模具底板；

（2）形成外边框：根据发泡陶瓷产品的尺寸和形状，使用多节耐火部件相连接围成所需产品的形状；

（3）形成固定匣钵：在整个边框的外围加插耐高温固定连接件，例如销钉等，以将边框固定在耐火底板上，形成固定匣钵。

在上述发泡陶瓷烧制匣钵的使用过程中发现，由于销钉等固定装置纵向穿过边框的外围与底板进行固定，制品在较大尺寸的制品烧成过程中，可能由于膨胀力过大导致匣钵脱模困难、边框变形损坏、进而引起倒窑等问题。另外，边框的变形使得模具无法拆卸或拆卸困难，以上缺陷都将影响生产，降低模具使用寿命。

因此，目前匣钵制备轻质多孔陶瓷存在下列问题：

第一，使用匣钵制备轻质多孔陶瓷，对匣钵材质要求很高，需要具有良好的高温强度、热传导性和抗热震性；

第二，由于匣钵本身是事先加工好的制品，其形状和体积不能在使用时进行调节，限制了制备得到的轻质多孔陶瓷的尺寸和形状的使用范围，使用过程中缺乏灵活性；

第三，轻质多孔陶瓷在烧成过程中体积发生膨胀，容易造成匣钵变形损坏；即使在匣钵还没有发生损坏的情况下，轻质多孔陶瓷也容易因为膨胀紧紧嵌在匣钵之中，给脱模造成了极大的困难，甚至只有破坏匣钵才能取出陶瓷产品。这些问题极大的降低了匣钵的使用寿命。

当然对于普通陶瓷烧制过程而言，由于这些材料在烧结过程中不存在发泡膨胀的过程，因此没有出现如发泡陶瓷烧结过程中的问题，或这些问题在一般陶瓷的烧制过程中并不严重。但对于烧结轻质发泡陶瓷而言，解决上述问题是有意义的。

发明内容

常规的轻质多孔陶瓷工业生产中都是用匣钵盛载烧结材料，在烧制过程中材料体积迅速膨胀，通过固定烧结匣钵的边框，来保持烧结产品基本的一定大小，烧结后对发泡陶瓷的外围进行切割处理。

申请人通过多次烧结实验对比，意外发现如果不按照本领域惯常的方式操作，在烧结过程中不固定边框与底板的位置关系，材料在烧结过程中虽然会发生膨胀，大部分情况下其膨胀的程度仅会引起边框的少量位移，并不会严重影响边框的位置，产品的整体形状仍可保持比较理想的状态。技术人员只需进行外边的切割处理就可得到需要的形状。在研究中进一步发现，即使烧结出炉后边框倾斜或倒在耐火底板上，也没有影响发泡陶瓷的成型。这主要是在烧结过程中，在边框受力平移、倾斜或倾倒前，发泡陶瓷基本完成了定型的主要过程，因此发现即使边框倾倒也没有影响产品的整体形态。

使用上述方式烧结，发现成型后的发泡陶瓷性能仍保持良好效果，更可以防止匣钵整体变性损坏。并且从操作步骤上来说，也可省略边框固定插接销钉，以及烧结后脱模过程中的拆除匣钵外边框复杂过程（例如，从发泡陶瓷上撬下与发泡陶瓷紧紧嵌合的匣钵，或破坏匣钵取出发泡陶瓷的操作）。

在这个发现下，本发明提供了一种能够克服上述技术缺陷的制备轻质多孔陶瓷用模具，以及这种模具在制备轻质多孔陶瓷中的应用。

本发明的技术方案为：

一种制备轻质多孔陶瓷用模具，包括耐火底板和多块耐火挡块，所述多块耐火挡块无固定连接地设置在所述耐火底板上，多块耐火挡块依次首尾相拼接构成模具的侧边框，模具的侧边框与耐火底板一起构成原料放置区域。

耐火底板与耐火挡块无固定连接的含义为：耐火挡块不通过任何装置（例如销钉等）将其固定在底板上而不能移动。

耐火底板可以是一块或多块，当底板由多块耐火底板组成时，多块耐火底板相互拼接成一定形状，构成底板。

所述耐火挡块距离耐火底板外边的距离大于所述耐火挡块的外侧面高度，这保证在实际生产中即使耐火挡块倾倒，仍然位于耐火底板之上，不掉入炉中造成倒窑，不会对烧成过程产生影响。

在耐火底板边缘上可以设置耐火阻挡物，耐火阻挡物位于耐火挡块的外侧面以外的耐火底板上。优选其位置距离耐火底板外边的距离大于耐火挡块的外侧面高度。

耐火阻挡物可有以下方式设置：

（1）耐火阻挡物可以与耐火挡块之间不接触，以提供耐火挡块向外的部分移位空间，进而可防止耐火挡块在烧成过程中向外倾倒；

（2）耐火阻挡物也可以与耐火挡块接触，在烧结过程中，耐火挡块向外移动，耐火阻挡物在底板插入位置范围内（例如插接孔内）向外移动或倾斜，当耐火阻挡物移动至最外侧的极限位置时，耐火挡块下部受到阻挡，上部向外发生倾斜，但由于外侧下部的耐火阻挡物和发泡陶瓷的共同夹持作用，将耐火挡块倾斜立于底板上；

不论耐火阻挡物按照上述两种方法哪种设置，即使烧结过程中耐火挡块发生倾倒，由于耐火挡块距离底板外边的距离大于耐火挡块的外侧面高度，因此其必然倾倒在底板上，不会对生产产生任何影响。

控制耐火挡块的重量和/或与耐火底板的接触面积，以保证烧成过程中耐火挡块保持直立状态。优选的，上述耐火挡块的横截面为下宽上窄的形状或矩形，下宽上窄的形状优选是梯形、三角形，特别是梯形，更有助于耐火挡块的稳定直立，不易倾倒。优选的，耐火底板和耐火挡块的材质为刚玉质、莫来石质、堇青石质、高铝质、粘土质、碳化硅质或其复合材质。

优选的，在模具的内侧喷涂耐高温涂料或垫围耐高温陶瓷棉或垫围耐高温无机材料纸或采用上述方式的组合。

为了降低耐火挡块的重量，降低能耗，优选的，上述耐火挡块为中空结构。

也可以通过在耐火挡块外侧面设置一个或多个孔来降低耐火挡块的重量和降低能耗。

优选的，耐火挡块围成的模具形状为正方形、长方形、椭圆形、圆形或梯形。

本发明模具使用时，将成品颗粒粉料铺入周边镶嵌有高温垫纸的模具中，直接进入经特殊设计的连续式节能型隧道窑烧成。本发明模具一方面在制品熔融状态时起横向围挡的作用，同时又为粉料由常温状态升至高温熔融状态时体积膨胀时留有足够伸缩余地，并满足制品由“颗粒粉状—— 熔融发泡—— 冷却”温度变化时所产生的内部应力释放的条件，提高产品合格率；同时也解决烧成后的产品脱模、降低劳动强度的问题。

本发明的模具适用于轻质多孔陶瓷的烧成，制品装窑烧制工序前，无需经过机压、 挤压、塑压、滚压、手工捣打、石膏模注浆或振动浇注等成型方式和干燥工序，操作简单，，也不需要干燥设备和干燥场地，节约能源，降低成本。

由于模具上部开放，烧成过程中熔融浆料可以向上膨胀，大大的减小了向外围膨胀扩张的力量，而且模具各组成部件之间不采用紧固连接，最终烧成的陶瓷产品不会因为膨胀而溢出模具或嵌入模具中，模具也不会因为陶瓷产品的膨胀而发生变形。模具的组装和拆卸都简单迅速。这些优点使得本发明制备轻质多孔陶瓷用模具结构简单，便于操作，脱模简易快捷，重复使用率高，使用寿命长。

本发明的模具不采用紧固连接，可以有效的防止轻质多孔陶瓷由于膨胀而造成的脱模困难和模具变形，而且还能防止由于膨胀，使得现有技术中的固定连接部件（例如销钉、螺钉、螺栓）发生变形，造成模具无法拆卸或拆卸困难，缩短模具的使用寿命。

虽然要求耐火挡块距离底板外边有一定得距离，为其倾倒后仍然位于耐火底板之上留下空间，以保证其不掉入炉中损坏窑墙或影响窑炉运行，但也需要考虑充分利用底板面积、节省能源和降低成本。因而优选的技术方案中，要求耐火挡块在满足不倒窑的前提下，尽量远离耐火底板中心的位置。

在采用上述方式保证耐火挡块的稳定的基础上，耐火挡块的高度将不再受到严格限制（一般耐火挡块高度越大，越容易倾倒），使得本发明的模具适用于高度更大的轻质多孔陶瓷的制备。

而在模具的内侧喷涂耐高温涂料或垫围耐高温陶瓷棉或垫围耐高温无机材料纸或采用上述方式的组合，可以进一步方便产品的脱模。

将耐火挡块设置为梯形，由于梯形上窄下宽，可以进一步加强耐火挡块的稳定性，不向外倾倒，而且在保证耐火挡块稳定的基础上，梯形上窄下宽可以有效的降低耐火挡块的重量，减少烧成过程中能源的浪费，节约成本。

将耐火挡块设置为中空和/或在其外侧面设置一个或多个的孔，也能够达到在保证耐火挡块稳定的基础上，有效降低耐火挡块的重量的作用，减少烧成过程中能源的浪费，节约成本。

本发明制备轻质多孔陶瓷用模具可以设置为正方形、长方形、椭圆形、圆形、梯形或者其它形状，以满足不同陶瓷产品的需求。

多块耐火底板拼接的模具，可以使模具适用于大尺寸产品的烧成。通过控制耐火底板的数量，可以随意的调整模具的大小，极大的扩展了由此模具生产的陶瓷制品的尺寸适用范围。通过控制单块耐火底板的形状，能够控制拼接后模具具有多种形状，使得模具适用于大尺寸、多种形状的轻质多孔陶瓷的制备。多块拼接的耐火底板发生损坏，只需要将损坏的单块小耐火底板更换，便可继续使用，而大尺寸的单块耐火底板，一旦发生损坏便无法继续使用，因此，多块耐火底板的拼接不仅延长了底板的使用寿命，还大大的降低了生产的成本。

附图说明

图1为现有技术中固定匣钵的模具图，底板和侧边框连为一体，图中1为耐火底板，2为侧边框。

图2（a）为现有的使用销钉固定边框和底板的多个耐火底板组合的模具图，为了便于看清模具的结构，该图的侧边框去掉了两块耐火挡块未构成闭合的区间。

图2（b）为图2 （a）中耐火挡块3的结构示意图。

图2（c）为图2 （a）中与耐火挡块相配合的耐火底板的结构示意图。

图3为不带耐火阻挡物的多个耐火底板组合的模具图，为了便于看清模具的结构，该图的侧边框去掉了两块耐火挡块未构成闭合的区间。

图4为带耐火阻挡物的多个耐火底板组合的模具局部示意图，阻挡物与挡块不接触。

图5为带耐火阻挡物的多个耐火底板组合的模具局部示意图，阻挡物与挡块接触。

具体实施方式

参比例1

对照附图2制造模具。使用20cm×60cm的耐火底板1组合拼接成1.2m×1.5m面积的底板，使用横断面为梯形的长度为30cm的外侧面高度为15cm的耐火挡块3沿底板外边依次摆放，形成侧边框2。挡块摆放时使耐火挡块3上的插孔与耐火底板1插孔位置重合。在耐火挡块上插入销钉4固定在耐火底板1上。

 实施例1

对照附图3制造模具。使用20cm×60cm的莫来石耐火底板1组合拼接成1.2m×1.5m面积的底板，使用横断面为梯形的长度为30cm的外侧面高度为15cm的莫来石空心耐火挡块3在距离底板边缘20cm处沿外边依次摆放，形成侧边框2，耐火挡板3不通过任何装置固定在耐火底板1上，其仅依靠自身的重力竖直站立在耐火底板上。

 实施例2

对照附图4制造模具。使用20cm×60cm的莫来石耐火底板1组合拼接成1.2m×1.5m面积的底板，使用横断面为梯形的长度为30cm的外侧面高度为15cm的空心耐火挡块3在距离底板边缘20cm处沿外边依次摆放，形成侧边框，耐火挡板3不通过任何装置固定在耐火底板1上，其仅依靠自身的重力竖直站立在耐火底板上。在侧边框外侧面的底板的插孔内插入莫来石耐火阻挡物5。插孔距离底板外边15cm。

 实施例3

对照附图5制造模具。使用20cm×60cm的莫来石耐火底板1组合拼接成1.2m×1.5m面积的底板，使用横断面为梯形的长度为30cm的外侧面高度为15cm的空心耐火挡块3在距离底板边缘20cm处沿外边依次摆放，形成侧边框，耐火挡板3不通过任何装置固定在耐火底板1上，其仅依靠自身的重力竖直站立在耐火底板上。在侧边框外侧面的底板的插孔内插入莫来石耐火阻挡物5，耐火阻挡物5接触耐火挡块3外侧面。

烧结实验

分别采用参比例1、实施例1-3、以及面积为1m×1.3m固定匣钵的莫来石模具制备发泡陶瓷。烧制时在模具的底板上和挡块内侧放置耐火石棉纸。倒入轻质发泡陶瓷烧结材料。推入窑炉内烧结。        

上述5种模具同时进行烧结，观察烧结后的产品外观，测定烧结产品的性能参数，以及记录取出产品时的情况。平行测定10组，统计10组的平均数据，比较烧结后的效果。结果参见表1。

表1 烧结实验

模具	烧结后的轻质发泡陶瓷产品外观性能	取出轻质发泡陶瓷的过程	模具的完整性	效果综合评价
					固定匣钵	得到外观完整产品，性能符合要求	边框挡块与陶瓷有嵌合现象；进行常规撬出过程，不易取出，取出产品外周有损毁现象	烧结后，模具基本完整，但取出时，在撬出产品的过程中有40%发生模具被损坏的现象	一般
参比例1	得到外观完整产品，性能符合要求	部分边框挡块与陶瓷有嵌合现象；取下销钉，需使用较大外力取下边框，取出时有产品外周有损毁现象	有个别挡块开裂，取出产品时，因用力有一些挡块断裂，有损毁	较好
					实施例1	得到外观完整产品，性能符合要求	直接取下边框挡块，轻松	有约10%的挡块倾倒在底板上，所有组中仅有1块倾倒的挡块有裂纹	好
实施例2	得到外观完整产品，性能符合要求	直接取下边框挡块和阻挡物，轻松	有约8%的挡块倾倒在底板上，有个别挡块被阻挡物和陶瓷夹持，倾斜立于底板上，没有损毁	最好
					实施例3	得到外观完整产品，性能符合要求	直接取下边框挡块和阻挡物，轻松	有个别挡块倾倒在底板上，60%的挡块被阻挡物和陶瓷夹持，不同程度的倾斜立于底板上，没有损毁	最好

从上述结果可以看出本发明提供的耐火挡块不固定于底板上更有利于整个烧结工艺。从产品的外观和性能看，本发明的方法与常规方法能达到相同的效果，即本发明的方法也可制备得到符合要求的轻质发泡陶瓷。

就产品取出的过程看，固定匣钵操作最为困难，本发明的三种实施方式都非常简单，容易操作。

产品取出后评价模具的完成程度，可以看出本发明的实施例1-3的模具都保存比较完成，特别是实施例2、3代表的使用阻挡物的两种方式模具保持最好。

Claims (10)

1.一种制备轻质多孔陶瓷用模具，包括耐火底板和多块耐火挡块，其特征在于，所述多块耐火挡块无固定连接地设置在所述耐火底板上，多块耐火挡块依次首尾相拼接构成模具的侧边框，模具的侧边框与耐火底板一起构成原料放置区域，所述耐火挡块距离耐火底板外边的距离大于所述耐火挡块的外侧面高度。

2.如权利要求1所述的制备轻质多孔陶瓷用模具，其特征在于，在耐火底板边缘上设置有耐火阻挡物，所述耐火阻挡物位于所述耐火挡块的外侧面以外的耐火底板上，所述耐火阻挡物与模具的侧边框不相接触，所述耐火阻挡物的位置距离耐火底板外边的距离大于所述耐火挡块的外侧面高度。

3.如权利要求1所述的制备轻质多孔陶瓷用模具，其特征在于，在耐火底板边缘上设置有耐火阻挡物，所述耐火阻挡物位于所述耐火挡块的外侧面以外的底板上，所述耐火阻挡物与模具的侧边框相接触。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的制备轻质多孔陶瓷用模具，其特征在于，所述耐火挡块的横截面为下宽上窄的梯形或三角形。

5.如权利要求1-3中任一权利要求所述的制备轻质多孔陶瓷用模具，其特征在于，所述耐火底板和所述耐火挡块的材质为刚玉质、莫来石质、堇青石质、高铝质、粘土质、碳化硅质或其复合材质。

6.如权利要求1-3中任一权利要求所述的制备轻质多孔陶瓷用模具，其特征在于，模具的内侧喷涂有耐高温涂料和/或垫围耐高温陶瓷棉和/或垫围耐高温无机材料纸。

7.如权利要求1-3中任一权利要求所述的制备轻质多孔陶瓷用模具，其特征在于，所述耐火挡块为中空结构。

8.如权利要求1-3中任一权利要求所述的制备轻质多孔陶瓷用模具，其特征在于，所述耐火挡块外侧面设置一个或多个孔。

9.如权利要求1-3中任一权利要求所述的制备轻质多孔陶瓷用模具，其特征在于，耐火挡块围成的模具的侧边框的形状为正方形、长方形、椭圆形、圆形或梯形。

10.如权利要求1-3中任一权利要求所述的制备制备轻质多孔陶瓷用模具，其特征在于，所述的耐火底板为一块独立耐火底板或多块耐火底板拼接而成的。

Images