CN102659415B - 半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳的制造方法及成型设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳的制造方法及成型设备，其工艺特征在于采用压力注浆成型，在0.1~1MPa压力下注浆10~60min后，卸除压力注浆机中的压力，迅速将压缩空气引入多孔模具的浆料入口处，将成型模具内未固化的陶瓷浆料吹出，形成一中空的陶瓷灯泡泡壳生坯；将干燥后的陶瓷生坯素烧，然后将素烧好的陶瓷素坯放入2mol/L浓度的盐酸溶液中浸泡进行酸处理，再移至真空炉或推板式氢气炉中在1700~1900℃的高温下烧结，即得到一体化半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳材料。该工艺采用了专用成型设备，简化了陶瓷灯泡泡壳生产工艺，提高了生产效率和制品质量。
Description
技术领域
本发明属于先进陶瓷材料制造技术领域，具体涉及一种半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳的压力注浆成型工艺，这种新工艺特别适用于制造一体化半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳材料，此外，本发明还涉及适用于这种新工艺的专用成型设备。
技术背景
陶瓷金属卤化物灯是一种高效节能光源，其光效可达到90~100lm/W，显色指数85~95，使用寿命15000~20000h，色温2600~4000k。早期的陶瓷金属卤化物灯所使用的泡壳材料是采用多个陶瓷块体组合制成，如圆柱形陶瓷泡壳就采用三件陶瓷部件（中间一个圆柱形体及其两端带有毛细尾管的塞头）。陶瓷灯泡泡壳外形结构影响着金属卤化物灯的使用性能。随着技术不断进步，陶瓷金属卤化物灯泡泡壳多为半透明氧化铝陶瓷材料，其外形结构包括一个中空的壳体和两个带有毛细孔道的尾管，这种橄榄形陶瓷灯泡不但可避免陶瓷金属卤化物灯冷端的出现，而且提高了陶瓷泡壳壁的有效光负载，提高了灯具的使用性能。然而，在传统的制备工艺中，如公开号为CN1282716的中国专利当中公开的干压成型技术，难以制备这种复杂外形结构的陶瓷泡壳。陶瓷灯泡泡壳材料的一体化制备技术目前有专利CN200910042136.8、CN200910044200.6报道，它们均采用陶瓷注射成型技术。这两个专利的共同特点是采用水溶性有机物制作芯模，然后在有机物芯模表面注射陶瓷浆料，固化后的陶瓷毛坯采用水溶出被生坯包裹的芯模，得到陶瓷生坯。这种陶瓷注射成型技术制备一体化陶瓷灯泡泡壳材料工艺过程较复杂，生产效率低，并且存在泡壳材料透明度差等问题。因此，为了简化工艺、提高生产效率和产品质量，开发一种先进的一体化半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳制造新技术势在必行。
发明内容
本发明的一个目的是开发一种透明度高、成型效率高的一体化半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳的制造方法，本发明的另一个目的是提供一种用于上述一体化半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳成型的专用设备。
为了实现发明目的，本发明提供的半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳的制造方法，依次按如下工艺步骤：
（1）将水溶性高分子聚合物和高纯氧化铝粉按重量比1~5：100进行混合，加入适量的去离子水，充分球磨混匀，形成固含量为30~40%的陶瓷浆料，所述的水溶性高分子聚合物为聚乙烯醇或聚丙烯酰胺等；
（2）将上述陶瓷浆料经真空脱泡后通过压力注浆机从石膏模具进料口压入石膏模具之中，同时又从石膏模具出料口处流出，调节出料口处陶瓷浆料的流速，以制备出壁厚均匀的陶瓷生坯，注浆成型压力为0.1~1Mpa，注浆时间为10~60min；
（3）卸除压力注浆机中的压力，迅速将压缩空气引入石膏模具的浆料入口处，将石膏模具内未固化的陶瓷浆料吹出，形成一中空的陶瓷灯泡泡壳生坯；
（4）将上述陶瓷灯泡泡壳生坯干燥后在1100~1200℃下完成素烧，素烧好的陶瓷素坯放入2mol/L浓度的盐酸溶液中浸泡10~20h进行酸处理；
（5）将上述经过酸处理的陶瓷灯泡泡壳素坯放入1~5×10-3MPa的真空炉或推板式氢气炉中在1700~1900℃的高温下烧结2~4h，即得到一体化半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳材料。
在上述步骤（4）中，所制得的陶瓷灯泡素坯需在2mol/L浓度的盐酸溶液中浸泡10~20h，以溶去溶入素坯且对成品有害的CaSO4成份，若微量CaSO4存在于陶瓷素坯之中，经高温烧结后会使陶瓷体晶粒出现异常长大现象，降低了氧化铝陶瓷的强度和透光性能。
上述水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等人工合成大分子材料，起到粘结剂作用。
本发明提供的半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳的成型设备，包括至少一个由若干个石膏模具并列且被一付夹具夹持的成型设备单元，在每个石膏模具的一端面都设有进浆料口，且在每个石膏模具内都设有供一体化陶瓷灯泡泡壳坯体成型的形腔，其特征在于：所述的每个石膏模具进浆料口相对的另一端面都设有出浆料口，每个石膏模具的进浆料口和出浆料口都有橡胶软管分别与进浆料总管和出浆料总管联接。
本发明提供的半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳的制造方法，与现有技术相比，省去了制芯模工序，且避免了对环境有污染的石蜡，简化了半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳的制备工艺，提供的成型专用设备，可由多个成型设备单元组合，每个成型设备单元可实现坯体批量成型，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明成型专用设备结构示意图。
图2为按本发明方法制得产品结构示意图。
图3为按本发明经酸处理和不经酸处理两种方式对制品的透光性效果对比图。
具体实施方式
本发明采用成型工艺制备半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳材料。其工艺过程如下：采用一水溶性聚合物作为粘结剂，将重量比为1~5%的水溶性聚合物加入到氧化铝粉料之中，同时加入适量的去离子水，混合后经球磨机球磨12~24h后，形成一固体重量比为30~40%的陶瓷浆料，并对该浆料进行真空脱泡处理，然后压入具有灯泡泡壳外形的石膏模具之中，陶瓷浆料从模具进料口被压入石膏模具之中，同时又从模具出料口处流出，调节出料口处陶瓷浆料的流速，在0.1~1MPa压力下压制10~60min后，以制备出壁厚均匀的陶瓷生坯。模具经吸水后部分陶瓷浆料会固化在模具的内壁上，在卸去注浆机中的压力，将压缩空气引入模具的浆料入口处，将模具内未固化的浆料吹出，形成一个中空的陶瓷灯泡泡壳生坯，陶瓷灯泡生坯经干燥后取出放入素烧炉中在1100~1200℃下完成素烧，所制得的陶瓷灯泡素坯需在2mol/L浓度的盐酸溶液中浸泡10~20h，以溶去溶入素坯且对成品有害的CaSO4成份，这样经酸处理的陶瓷灯泡泡壳素坯置入1~5×10-3MPa的真空炉或推板式氢气炉中在1700~1900℃的高温下烧结2~4h，即得到一体化半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳材料。
本发明提供的半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳的成型设备，包括至少一个由若干个石膏模具1并列且被一付夹具2夹持的成型设备单元，在每个石膏模具的一端面都设有进浆料口，且在每个石膏模具内都设有供一体化陶瓷灯泡泡壳坯体成型的形腔，其特征在于：所述的每个石膏模具进浆料口相对的另一端面都设有出浆料口，每个石膏模具的进浆料口和出浆料口都有橡胶软管3分别与进浆料总管和出浆料总管联接。陶瓷浆料从进浆料总管进口4进入，通过橡胶软管从石膏模具的进浆料口流进石膏模具的形腔，同时又从石膏模具出料口处流出，模具经吸水后部分陶瓷浆料会固化在模具的内壁上，部分陶瓷浆料会从模具出浆料口通过橡胶软管汇聚至出浆料总管出口5流出。进浆料总管和出浆料总管都设有闸阀6。
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
陶瓷浆料的制备：将重量比为1%的水溶性聚合物聚乙烯醇加入到氧化铝粉料之中，同时加入适量的去离子水，混合后加入球磨机中进行球磨12~24h，形成氧化铝粉重量比为40%的陶瓷浆料；
35W一体化氧化铝陶瓷灯泡泡壳的成型：将上述所制得的陶瓷浆料移至压力注浆机的浆桶之中，经真空脱泡后，在0.1~1MPa压力下将陶瓷浆料从石膏模具进料口压入石膏模具之中，同时又从石膏模具出料口处流出，调节石膏模具出料口处陶瓷浆料的流速，控制流量范围9~10ml/min，以制备出壁厚均匀的陶瓷生坯。多孔模具经吸水后部分陶瓷浆料会固化在模具的内壁上，在卸去注浆机中的压力后，将压缩空气引入模具的浆料入口处，将模具内未固化的浆料吹出，形成一个中空的陶瓷灯泡泡壳生坯。
陶瓷灯泡泡壳的烧制：将上述所制得的陶瓷灯泡泡壳生坯经干燥后在1100~1200℃温度条件下进行素烧，所制得的陶瓷灯泡素坯在2mol/L浓度的盐酸溶液中浸泡10h，以溶去溶入素坯且对成品有害的CaSO4成份，这样经酸处理的陶瓷灯泡素坯置入1~5×10-3MPa的真空炉在1700~1900℃的高温下烧结3h，即得到一体化半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳材料。
实施例2
陶瓷浆料的制备：将重量比为5%的水溶性聚合物聚乙烯醇加入到氧化铝粉料之中，同时加入适量的去离子水，混合后加入球磨机中进行球磨12~24h，形成氧化铝粉重量比为40%的陶瓷浆料；
70W一体化氧化铝陶瓷灯泡泡壳的成型：将上述所制得的陶瓷浆料移至压力注浆机的浆桶之中，经真空脱泡后，在1MPa压力下将陶瓷浆料从石膏模具进料口压入石膏模具之中，同时又从石膏模具出料口处流出，调节石膏模具出料口处陶瓷浆料的流速，控制流量范围1~2ml/min，以制备出壁厚均匀的陶瓷生坯。多孔模具经吸水后部分陶瓷浆料会固化在模具的内壁上，在卸去注浆机中的压力后，将压缩空气引入模具的浆料入口处，将模具内未固化的浆料吹出，形成一个中空的陶瓷灯泡泡壳生坯。
陶瓷灯泡泡壳的烧制：将上述所制得的陶瓷灯泡泡壳生坯经干燥后在1100~1200℃温度条件下进行素烧，所制得的陶瓷灯泡素坯在2mol/L浓度的盐酸溶液中浸泡20h，以溶去溶入素坯且对成品有害的CaSO4成份，这样经酸处理的陶瓷灯泡素坯置入推板式氢气炉中在1700~1900℃的高温下烧结4h，即得到一体化半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳材料。
实施例3
陶瓷浆料的制备：将重量比为5%的水溶性聚合物聚丙烯酰胺加入到氧化铝粉料之中，同时加入适量的去离子水，混合后加入球磨机中进行球磨12~24h，形成氧化铝粉重量比为35%的陶瓷浆料；
70W一体化氧化铝陶瓷灯泡泡壳的成型：将上述所制得的陶瓷浆料移至压力注浆机的浆桶之中，经真空脱泡后，在0.5MPa压力下将陶瓷浆料从石膏模具进料口压入石膏模具之中，同时又从石膏模具出料口处流出，调节石膏模具出料口处陶瓷浆料的流速，控制流量范围4~5ml/min，以制备出壁厚均匀的陶瓷生坯。多孔模具经吸水后部分陶瓷浆料会固化在模具的内壁上，在卸去注浆机中的压力后，将压缩空气引入模具的浆料入口处，将模具内未固化的浆料吹出，形成一个中空的陶瓷灯泡泡壳生坯。
陶瓷灯泡泡壳的烧制：将上述所制得的陶瓷灯泡泡壳生坯经干燥后在1100~1200℃温度条件下进行素烧，所制得的陶瓷灯泡素坯在2mol/L浓度的盐酸溶液中浸泡18h，以溶去溶入素坯且对成品有害的CaSO4成份，这样经酸处理的陶瓷灯泡素坯置入推板式氢气炉中在1700~1900℃的高温下烧结3h，即得到一体化半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳材料。
为了更直观地观察到微量CaSO4对制品透光性能的影响，将含有CaSO4（图3左）和按本发明方法经酸处理后不含有CaSO4（图3右）的两烧结样品照片排列比较。从图可见，CaSO4会对制品的透光性产生严重的影响。
Claims (2)
1.一种半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳的制造方法，依次按如下工艺步骤：
（1）将水溶性高分子聚合物和高纯氧化铝粉按重量比1~5：100进行混合，加入适量的去离子水，充分球磨混匀，形成固含量为30~40%的陶瓷浆料，所述的水溶性高分子聚合物为聚乙烯醇或聚丙烯酰胺；
（2）将上述陶瓷浆料经真空脱泡后通过压力注浆机从石膏模具进料口压入石膏模具之中，同时又从石膏模具出料口处流出，调节出料口处陶瓷浆料的流速，以制备出壁厚均匀的陶瓷生坯，注浆成型压力为0.1~1MPa，注浆时间为10~60min；
（3）卸除压力注浆机中的压力，迅速将压缩空气引入石膏模具的浆料入口处，将石膏模具内未固化的陶瓷浆料吹出，形成一中空的陶瓷灯泡泡壳生坯；
（4）将上述陶瓷灯泡泡壳生坯干燥后在1100~1200℃下完成素烧，素烧好的陶瓷素坯放入2mol/L浓度的盐酸溶液中浸泡10~20h进行酸处理，以除去溶入素坯但对制品有害的CaSO4成份；
（5）将上述经过酸处理的陶瓷灯泡泡壳素坯放入1~5×10-3MPa的真空炉或推板式氢气炉中在1700~1900℃的高温下烧结2~4h，即得到一体化半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳材料。
2.一种如权利要求1所述一种半透明氧化铝陶瓷灯泡泡壳的制造方法采用的专用成型设备，包括至少一个由若干个石膏模具并列且被一付夹具夹持的成型设备单元，在每个石膏模具的一端面都设有进料口，且在每个石膏模具内都设有供一体化陶瓷灯泡泡壳坯体成型的形腔，其特征在于：所述的每个石膏模具进料口相对的另一端面都设有出料口，每个石膏模具的进料口和出料口都有橡胶软管分别与进浆料总管和出浆料总管联接。
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