CN105110607B - 一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮及其制备方法，拉边轮包括拉边轮本体以及环列在拉边轮本体外周面上的轮齿，拉边轮本体和轮齿由陶瓷原料采用注浆法一体成型后反应烧结而成的含有玻璃相和赛隆相的结晶混合物，陶瓷原料由重量百分比为25~30%的硅粉、10~20%的硼粉、50~65%的碳化硅以及重量为硅粉、硼粉和碳化硅粉总重量0.5~1%的羧甲基纤维素钠组成，碳化硅由200目的细粉和74~120微米的颗粒组成，200目颗粒的重量占碳化硅总重量的百分比不小于45%。本发明制得的拉边轮，表面粗糙度达到0.002微米，拉边轮牵引浮在锡槽液面上的高温玻璃带时，不会沾染玻璃，不与玻璃液产生反应。

Description

一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及玻璃拉边机头轮，具体涉及一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮及其制备方法。

背景技术

浮法玻璃拉边机用于浮法玻璃生产线的成型段，其作用是依靠拉边机最前端的拉边轮牵引浮在锡槽液面上的玻璃带前进，并通过调节拉边轮的线速度及拉边轮的水平偏角、平面倾角等，达到控制玻璃带厚度及稳定玻璃板宽度的目的。

其中，拉边轮直接接触玻璃液，是影响玻璃拉薄或拉厚、玻璃质量的最重要的机械零部件。长久以来，浮法玻璃拉边机的拉边轮，都是采用钢制材料（不锈钢/优质碳素结构钢）制成，也有采用石墨制成。采用钢制材料制成的拉边轮，在锡槽1100℃高温工况下，需要通入冷却水冷却才能使用，造成在拉边轮牵引浮在锡槽液面上的高温玻璃带时，拉边轮与玻璃板带的温差较大，造成玻璃板带的局部温度过低，不利于玻璃成型和玻璃质量；同时，也会造成锡槽工况的温差大，在拉边轮的位置温度低，需要补充热量，特别是在大量使用拉边机时，一般使用20对以上拉边机，生产高质量的特殊玻璃（超薄/超厚）时尤为明显。而采用石墨制成的拉边轮，虽然不需要通入冷却水冷却，但石墨材质与玻璃板带的磨损较大，磨损后的拉边轮的线速度会因发生变化而出现误差，需要经常更换，对锡槽工况和正常生产造成不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮及其制备方法，所制得的拉边轮不会对漂浮在锡槽液面上的玻璃带造成影响。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮，包括拉边轮本体以及环列在拉边轮本体外周面上的轮齿，拉边轮本体的中心位置设有安装孔，轮齿沿拉边轮本体径向方面的截面呈四棱台结构，且沿拉边轮本体的厚度方向并列有两个轮齿，所述的拉边轮本体和轮齿由陶瓷原料采用注浆法一体成型后反应烧结而成的含有玻璃相和赛隆相的结晶混合物，所述陶瓷原料由重量百分比为25~30%的硅粉、10~20%的硼粉、50~65%的碳化硅以及重量为硅粉、硼粉和碳化硅粉总重量0.5~1%的羧甲基纤维素钠组成，所述的碳化硅由200目的细粉和74~120微米的颗粒组成，200目颗粒的重量占碳化硅总重量的百分比不小于45%；其中，轮齿沿拉边轮本体的径向高度与拉边轮本体的直径的比值为1：40，拉边轮本体的厚度与其直径的比值为1：8。

其中，74~120微米粒度等级的碳化硅又分为74~100微米和100~120微米两种等级，74~100微米、100~120微米和200目三种粒度的重量比为30~35：15~20：45~55。

本发明中，碳化硅的化学成分为：SiC≥98.5%，Fe₂O₃≤0.5%，Al₂O₃≤0.3%。

一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按重量百分比，称取硅粉、硼粉、碳化硅以及羧甲基纤维素钠组成的陶瓷原料，另称取重量为陶瓷原料总重量10~12%的去离子水，将74~120微米的碳化硅和一半重量的羧甲基纤维素钠混合后搅拌5~10min，加入200目的碳化硅继续搅拌5min后，加入硼粉、硅粉和剩余的羧甲基纤维素钠，搅拌15~20min后注入与拉边轮形状尺寸吻合的模具中，成型后脱模、修坯，并将坯体干燥至含水量降至0.5%以下，然后将坯体按照常规方法施釉、烧结，制成陶瓷拉边轮半成品，备用；

步骤二、将步骤一制得的陶瓷拉边轮半成品置于温度为700℃的氮化窑中，在0.015~0.04MPa的压力下通入氮气，以3℃/min的升温速率升温至1280℃，并在1280℃的温度保温7~10h，然后以5℃/min的升温速率升温至1450℃，并在1450℃的温度保温8h，然后以5℃/min的升温速率升温至1500℃，保温10min后，随炉冷却至室温，制得陶瓷拉边轮；

步骤三、将制得的陶瓷拉边轮内外圆磨后进行双面抛光，使其同心度达到0.005，表面粗糙度达到0.002微米。

其中，步骤一坯体的干燥温度为100~120℃。

其中，步骤二通入氮化窑的氮气中含有0.8~1%的氧气。

有益效果：1、本发明制得的拉边轮，表面粗糙度达到0.002微米，拉边轮牵引浮在锡槽液面上的高温玻璃带时，不会沾染玻璃，不与玻璃液产生反应；经检测，拉边轮密度为1.95~2.00g/cm³、挠度≤0.5mm，热膨胀系数为0.6×10^-6/℃（20~1000℃），在1100℃高温下不变形，良好的热膨胀系数和热稳定性使得拉边轮尺寸稳定，从而使得拉边轮的线速度稳定，利于玻璃生产的稳定，即使在锡槽高温恶劣工况下也能长期使用。

2、陶瓷材料的拉边轮的高温性能，使得其在使用时，无需另外采取通水冷却等保护措施，使得工况稳定，不会造成因玻璃板带的局部温度过低，影响到玻璃横向温差大、不利于玻璃成型的情况发生。

3、在制备拉边轮时，氮气中含有0.8~1%的氧，在高温水烧结生产氮化硅和赛隆的同时，还部分氧替代氮，生产Si₂ON₂，而生产的氧化物会固溶到赛隆相中，提高其高温性能；且在1500℃，保温10min，部分α-Si₃N₄转化为β-Si₃N₄，两种氮化硅交织后包裹在SiC表面，阻止外部介质的侵蚀；拉边轮的抗压强度＞50MPa，耐磨损，避免了因磨损后的拉边轮的线速度会因发生变化而出现误差的缺陷。

4、本发明制得的拉边轮中同时含有氮化硅和氮化硼，硅粉在氮气气氛下高温烧结，氮化生成Si₃N₄，在羧甲基纤维素钠的作用下，Si₃N₄与生成的氮化硼结合在一起，使制得的拉边轮具有良好的机械加工性能，可以采用诸如磨床、钻铣床、内外圆磨、桁磨、双面抛光及单面抛光等机加工设备，表面粗糙度达到0.002微米，同心度达到0.005。

附图说明

图1为本发明制得的拉边轮的示意图。

附图标记：1、拉边轮本体，2、轮齿，3、安装孔。

具体实施方式

一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮，如图1所示，包括拉边轮本体1以及环列在拉边轮本体1外周面上的轮齿2，拉边轮本体1的中心位置设有安装孔3，轮齿2沿拉边机本体1径向方向的截面呈四棱台结构，且沿拉边轮本体1的厚度方向并列有两个轮齿2，所述的拉边轮本体1和轮齿2由陶瓷原料采用注浆法一体成型后反应烧结而成的含有玻璃相和赛隆相的结晶混合物，陶瓷原料由重量百分比为25~30%的硅粉、10~20%的硼粉、50~65%的碳化硅以及重量为硅粉、硼粉和碳化硅粉总重量0.5~1%的羧甲基纤维素钠组成，所述的碳化硅由200目的细粉和74~120微米的颗粒组成，200目颗粒的重量占碳化硅总重量的百分比不小于45%；其中，轮齿2沿拉边轮本体1的径向高度H与拉边轮本体1的直径D的比值为1：40，拉边轮本体1的厚度δ与其直径D的比值为1：8。

实施例1

一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按重量百分比，称取30%硅粉、20%硼粉、27%粒径为200目的碳化硅、15%粒径为74~100微米的碳化硅、8%粒径为100~120微米的碳化硅以及1%羧甲基纤维素钠组成的陶瓷原料，另称取重量为陶瓷原料总重量12%的去离子水，将74~120微米的碳化硅和一半重量的羧甲基纤维素钠混合后搅拌10min，加入200目的碳化硅继续搅拌5min后，加入硼粉、硅粉和剩余的羧甲基纤维素钠，搅拌15min后注入与拉边轮形状尺寸吻合的模具中。

由于碳化硅和硅均为瘠性料，自身密度大，悬浮性差，易产生沉淀，使坯体内颗粒分布不均匀。因此，配方中碳化硅采用74~100微米、100~120微米和200目三种粒度，同时加入羧甲基纤维素钠。然后把经搅拌过的原料从储浆罐抽入压力注浆罐中，进行真空处理，注浆罐带有慢速搅拌机，加压后泥浆通过管道输送至浇注台的石膏模内成型，保持一定的压力和时间，待吃浆厚度达到要求后，空浆，坯体巩固后，脱模；

成型后粗修和整形的合格坯体，入储坯车至干燥室内。干燥室的热风来自热风炉或窑炉余热利用，热风温度为120℃，应严格控制升温速度，以免坯体出现变形或开裂，干燥至含水量降至0.5%以下，然后将坯体按照常规方法施釉、烧结，制成陶瓷拉边轮半成品，备用；

步骤二、将步骤一制得的陶瓷拉边轮半成品置于温度为700℃的氮化窑中，在0.04MPa的压力下通入氮气，以3℃/min的升温速率升温至1280℃，并在1280℃的温度保温7h，然后以5℃/min的升温速率升温至1450℃，并在1450℃的温度保温8h，然后以5℃/min的升温速率升温至1500℃，保温10min后，随炉冷却至室温，制得陶瓷拉边轮；其中，氮气中含有1%氧气。在1280℃和1450℃两个反应高峰期增加保温时间，以免反应过速出现“流硅”现象。

步骤三、将制得的陶瓷拉边轮内外圆磨后进行双面抛光，使其同心度达到0.005，表面粗糙度达到0.002微米。

其中，碳化硅的化学成分为：SiC≥98.5%，Fe₂O₃≤0.5%，Al₂O₃≤0.3%。

本发明制得的拉边轮中生成有氮化硼，氮化硼在烧结时生成卡片搭桥结构，与纤维状的氮化硅起到相互支撑作用，阻碍了制品的收缩，使拉边轮具体提及稳定性。

实施例2

一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按重量百分比，称取25%硅粉、10%硼粉、30%粒径为200目的碳化硅、22%粒径为74~100微米的碳化硅、13%粒径为100~120微米的碳化硅以及0.8%羧甲基纤维素钠组成的陶瓷原料，另称取重量为陶瓷原料总重量10%的去离子水，将74~120微米的碳化硅和一半重量的羧甲基纤维素钠混合后搅拌8min，加入200目的碳化硅继续搅拌5min后，加入硼粉、硅粉和剩余的羧甲基纤维素钠，搅拌20min后注入与拉边轮形状尺寸吻合的模具中，成型后脱模、修坯，并将坯体在110℃下干燥至含水量降至0.5%以下，然后将坯体按照常规方法施釉、烧结，制成陶瓷拉边轮半成品，备用；

步骤二、将步骤一制得的陶瓷拉边轮半成品置于温度为700℃的氮化窑中，在0.015MPa的压力下通入氮气，以3℃/min的升温速率升温至1280℃，并在1280℃的温度保温10h，然后以5℃/min的升温速率升温至1450℃，并在1450℃的温度保温8h，然后以5℃/min的升温速率升温至1500℃，保温10min后，随炉冷却至室温，制得陶瓷拉边轮；

步骤三、将制得的陶瓷拉边轮内外圆磨后进行双面抛光，使其同心度达到0.005，表面粗糙度达到0.002微米。

实施例3

一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按重量百分比，称取28%硅粉、15%硼粉、29%粒径为200目的碳化硅、18%粒径为74~100微米的碳化硅、10%粒径为100~120微米的碳化硅以及0.5%羧甲基纤维素钠组成的陶瓷原料，另称取重量为陶瓷原料总重量11%的去离子水，将74~120微米的碳化硅和一半重量的羧甲基纤维素钠混合后搅拌5min，加入200目的碳化硅继续搅拌5min后，加入硼粉、硅粉和剩余的羧甲基纤维素钠，搅拌18min后注入与拉边轮形状尺寸吻合的模具中，成型后脱模、修坯，并将坯体在100℃下干燥至含水量降至0.5%以下，然后将坯体按照常规方法施釉、烧结，制成陶瓷拉边轮半成品，备用；

步骤二、将步骤一制得的陶瓷拉边轮半成品置于温度为700℃的氮化窑中，在0.03MPa的压力下通入氮气，以3℃/min的升温速率升温至1280℃，并在1280℃的温度保温8h，然后以5℃/min的升温速率升温至1450℃，并在1450℃的温度保温8h，然后以5℃/min的升温速率升温至1500℃，保温10min后，随炉冷却至室温，制得陶瓷拉边轮；

步骤三、将制得的陶瓷拉边轮内外圆磨后进行双面抛光，使其同心度达到0.005，表面粗糙度达到0.002微米。

在步骤二烧结过程中，半成品上的釉料会被熔化，并在坯体表面流动，在流动过程中完成对制品内部气孔的密封，制得光滑致密的拉边轮，其光滑的表面利于保持锡槽表面玻璃带质量的稳定性；而且，拉边轮的线速度不会发生变化，无需经常更换。

对于需要生产超薄或超厚的玻璃时，往往需要20对以上的拉边机，本发明拉边轮的制备原料易得，成型工艺简单，用于超薄电子玻璃产线时，使得拉边轮的线速度和锡槽工况稳定。

Claims (6)

1.一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮，包括拉边轮本体以及环列在拉边轮本体外周面上的轮齿，拉边轮本体的中心位置设有安装孔，其特征在于：轮齿沿拉边轮本体径向方面的截面呈四棱台结构，且沿拉边轮本体的厚度方向并列有两个轮齿，所述的拉边轮本体和轮齿是由陶瓷原料采用注浆法一体成型后反应烧结而成的含有玻璃相和赛隆相的结晶混合物，所述陶瓷原料由重量百分比为25~30%的硅粉、10~20%的硼粉、50~65%的碳化硅以及重量为硅粉、硼粉和碳化硅粉总重量0.5~1%的羧甲基纤维素钠组成，所述的碳化硅由200目的细粉和74~120微米的颗粒组成，200目颗粒的重量占碳化硅总重量的百分比不小于45%；其中，轮齿沿拉边轮本体的径向高度与拉边轮本体的直径的比值为1：40，拉边轮本体的厚度与其直径的比值为1：8。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮，其特征在于：所述74~120微米粒度等级的碳化硅又分为74~100微米和100~120微米两种等级，74~100微米、100~120微米和200目三种粒度的重量比为30~35：15~20：45~55。

3.根据权利要求1所述的一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮，其特征在于：所述碳化硅的化学成分为：SiC≥98.5%，Fe₂O₃≤0.5%，Al₂O₃≤0.3%。

4.根据权利要求1所述的一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按重量百分比，称取 硅粉、硼粉、碳化硅以及羧甲基纤维素钠组成的陶瓷原料，另称取重量为陶瓷原料总重量10~12%的去离子水，将74~120微米的碳化硅和一半重量的羧甲基纤维素钠混合后搅拌5~10min，加入200目的碳化硅继续搅拌5min后，加入硼粉、硅粉和剩余的羧甲基纤维素钠，搅拌15~20min后注入与拉边轮形状尺寸吻合的模具中，成型后脱模、修坯，并将坯体干燥至含水量降至0.5%以下，然后将坯体按照常规方法施釉、烧结，制成陶瓷拉边轮半成品，备用；

步骤二、将步骤一制得的陶瓷拉边轮半成品置于温度为700℃的氮化窑中，在0.015~0.04MPa的压力下通入氮气，以3℃/min的升温速率升温至1280℃，并在1280℃的温度保温7~10h，然后以5℃/min的升温速率升温至1450℃，并在1450℃的温度保温8h，然后以5℃/min的升温速率升温至1500℃，保温10min后，随炉冷却至室温，制得陶瓷拉边轮；

步骤三、将制得的陶瓷拉边轮内外圆磨后进行双面抛光，使其同心度达到0.005，表面粗糙度达到0.002微米。

5.根据权利要求4所述的一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮的制备方法，其特征在于：步骤一坯体的干燥温度为100~120℃。

6.根据权利要求4所述的一种玻璃拉边机用陶瓷拉边轮的制备方法，其特征在于：步骤二通入氮化窑的氮气中含有0.8~1%的氧气。