CN106403606B - 一种用于烧结耐高温材料的装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于烧结耐高温材料的装置及其应用。所述装置包括由碳化硅制得的侧部面板、顶部面板和底部面板，顶部面板具有至少四个顶槽，左、右顶槽是贯通槽，所述底部面板具有前、后底槽，前部面板和后部面板分别插接于前、后底槽中，左、右侧面板在靠近底部面板的左、右侧部位置与底部面板连接，侧部面板具有多个通孔，并且任意两个相邻的侧部面板之间存在缝隙，顶部面板和底部面板的内壁上分别铺设有由石英布形成的防粘部。本发明还提供了所述装置在烧结耐高温材料中的应用。本发明装置具有结构简单，使用方便，耐高温，导热性和防粘性好，温度均匀，材料形状、尺寸、外观和微观结构可控等优点。

Description

一种用于烧结耐高温材料的装置及其应用

技术领域

本发明涉及耐高温材料领域，具体地说，本发明涉及一种用于烧结耐高温材料的装置及其应用。

背景技术

耐高温材料是工业热能工程、航空、航天领域常用的材料。例如，航天飞行器会经历严酷的气动加热环境，需要使用轻质、维形、耐高温的隔热材料例如陶瓷隔热瓦来阻止热量向飞行器内部传递。

在诸如陶瓷隔热瓦等耐高温材料的制备过程中，为了实现耐高温材料的轻质和隔热，通常需要使材料形成为具有一定孔隙度的材料，如此会在制备过程中向待烧结的原料中添加致孔剂。另外，这样的耐高温材料在烧结前往往需要将待烧结原料成型为待烧结预制体，因此其中需要添加例如粘结剂等辅助原料。

在现有技术中，为了获得高性能的多孔耐高温材料，人们将耐高温材料的成型和致孔工艺有机地结合起来，开发了一系列制备多孔耐高温材料的新工艺。淀粉具有较高的粘性，并且在高温烧结以后会产生气体，因此可以在多孔耐高温材料的烧结过程中兼作粘结剂和致孔剂。

然而，待烧结预制体在含有粘合剂例如淀粉的情况下会释放出多余的气体，这些气体如果没有得到及时释放的话会破坏耐高温材料的微观结构。另外，研究表明，以用量为5～30％的马铃薯淀粉进行固化成型氧化铝多孔陶瓷，烧结后坯体线收缩率在13～16％之间，因此如何克服收缩现象以得到具有预期的形状和外观的耐高温材料也是一个制备难题。此外，使用淀粉等作为粘结剂和致孔剂时，待烧结预制体在烧结过程中容易与烧结装置粘结，在脱离时容易损伤耐高温材料的外观和形状。还有，虽然不同种类的粘结剂例如淀粉具有各自不同的结构特性，但是不容易满足耐高温材料例如轻质隔热瓦对于孔穴结构、大小、分布的高要求。这些问题都限制了淀粉这种能够兼作粘结剂和致孔剂的应用。

另一方面，在高温烧结工艺过程中，一般将能够容纳待烧结预制体放入到烧结装置中，整个烧结的过程都是在高温炉中进行。烧结装置需要能够耐受烧结温度，并且要具有良好的导热性。然而，目前的烧结装置耐高温性能不足或者导热性能不够，烧结过程中的均匀加热成为耐高温材料烧结的一大难题，使得现有的烧结装置存在耐高温性能不足、导热性能差的问题。特别是，在待烧结预制体含有诸如淀粉等辅助原料的情况下，不能很好地克服在烧结时所存在的上述问题。

因此，针对以上不足，需要提供一种能够克服现有技术所存在的上述问题的用于烧结耐高温材料的烧结装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是耐高温材料在烧结过程中的温度不均匀、耐高温性能差、待烧结预制体形状、外观、孔隙度、微观结构不佳或者不可控以及与烧结装置粘结等问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明在第一方面提供了一种用于烧结耐高温材料的装置，该装置包括侧部面板、顶部面板和底部面板，在所述侧部面板、顶部面板和底部面板之间形成用于容纳待烧结预制体的内腔，所述侧部面板包括左侧面板、右侧面板、前部面板和后部面板，其特征在于：

所述顶部面板具有分别靠近四个侧边部布置的至少四个顶槽，所述至少四个顶槽包括左顶槽、右顶槽、前顶槽和后顶槽，其中所述左顶槽和右顶槽是贯通所述顶部面板的贯通槽，使得所述左侧面板可操作地穿过所述左顶槽移动并且所述右侧面板可操作地穿过所述右顶槽移动；

所述底部面板具有靠近前侧部布置的前底槽和靠近后侧部布置的后底槽，所述前部面板可操作地插接于所述前底槽中并且所述后部面板可操作地插接于所述后底槽中，所述左侧面板在靠近所述底部面板的左侧部位置与所述底部面板连接，所述右侧面板在靠近所述底部面板的右侧部位置与所述底部面板连接；

所述侧部面板设置有用于将烧结所述耐高温材料时产生的气体释放出来的多个通孔，并且所述侧部面板中相邻的任意两个面板之间存在缝隙；

在所述顶部面板的内壁上在所述侧部面板之间可操作地铺设有第一防粘部，并且在所述底部面板的内壁上在所述侧部面板之间可操作地铺设有第二防粘部；并且

所述侧部面板、顶部面板和底部面板由碳化硅制得，并且所述第一防粘部和第二防粘部由石英布制得。

本发明在第二方面还提供了本发明第一方面所述的装置在用于烧结耐高温材料例如轻质隔热瓦中的应用。

(三)有益效果

本发明的装置具有如下优点：

(1)导热性好、温度均匀。本发明的烧结装置的侧部面板、顶部面板和底部面板全部使用碳化硅材料来制作，因此具有良好的导热性，从而能够获得均匀的温度场。

(2)防粘性好，外观可控。本发明在待烧结预制体与烧结装置在重力介入接触的区域布置由石英布制成的防粘部，因此烧结后能够和烧结材料与烧结装置容易地脱离，因此可以很好地控制耐高温材料的形状和外观。

(3)结构简单，耐高温。仅使用石英和碳化硅材料，因此能够耐受高达1500℃的温度，而且结构简单，不引入结构复杂的连接构件。

(4)使用方便。在一些实施方式中，顶槽和底槽可以形成多个，并且前部面板和后部面板可以有多个，甚至底部面板的正面或反面都可以使用，使得根据需要选择不同的组合来制备不同形状的耐高温材料。

(5)耐高温材料的形状、尺寸和微观结构可控。由于顶部面板可以随重力下降和/或可以由侧部面板预定高度，并且侧部面板布置了可以释放气体的缝隙和通孔，因此可以容易地控制耐高温材料的尺寸例如高度和孔隙度，保护耐高温材料内部的微观结构。

附图说明

本发明附图仅仅为说明目的提供，图中各部件的比例不一定与实际产品一致，并且本发明的保护范围并不限于这些实施例。

图1是本发明装置的一个实施方式的立体图，其中显示了本发明装置的侧部面板(其中后部面板被遮挡)、顶部面板和底部面板以及布置在侧部面板上的通气孔。

图2是图1中所示装置的左视图。

图3是图1中所示装置的正视图，不过顶部面板还没有移动到前部面板高度的位置，因此可以看到设置顶部面板内壁上的第一防粘部。

图4是图1中所示装置的立体图，不过还没有装上顶部面板，因此可以看到后部面板。

图5是图1中所示装置的立体图，不过还没有装上顶部面板、前部面板和后部面板，因此可以看到设置在底部面板内壁上的第二防粘部。

图6是顶部面板内侧的平面图，其中示出布置在顶部面板内壁上位于侧部面板之间的第一防粘部，分别用于插入左侧面板和右侧面板的左顶槽和右顶槽以及分别用于容纳前部面板和后部面板的上侧部的前顶槽和后顶槽。

图7是显示了可以布置在左侧面板、右侧面板、前部面板和后部面板上的通气孔的一种优选的布置方式。

图8是本发明装置的另一个实施方式的立体图，其中显示了本发明装置的侧部面板(后部面板被遮挡)、顶部面板和底部面板以及布置在侧部面板上的通气孔。

图9是图8中所示装置的左视图。

图10是图8中所示装置的正视图，但是顶部面板还没有移动到前部面板高度的位置，因此可以看到设置在顶部面板内壁上位于侧部面板之间的第一防粘部。

图11是底部面板内侧(上侧)的一个实施方式的平面图，其中示出布置在底部面板内壁上的第二防粘部，分别用于容纳左侧面板和右侧面板下侧部的左底槽和右底槽以及分别用于容纳前部面板和后部面板的上侧部的前底槽和后底槽。

图12是图11中所示底部面板反面(下侧面)的平面图，其中示出在底部面板外壁上的第二防粘部，分别用于容纳左侧面板和右侧面板下侧部的左底槽和右底槽以及分别用于容纳前部面板和后部面板的上侧部的前底槽和后底槽。

图13是底部面板的另一个实施方式的立体图，其中显示在底部面板上形成用于容纳左侧面板和右侧面板的下侧部的多个左底槽和多个右底槽，以及用于放入所述左底槽和/或后底槽以形成平整平面的多个平填件；另外，为了简洁目的，在该底部面板上没有显示出前底槽和后底槽。

图14是底部面板的又一个实施方式的平面图，其中显示在底部面板上形成用于容纳前部面板和后部面板的下侧部的多个前底槽和多个后底槽，以及用于放入所述前底槽和/或后底槽以形成平整平面的多个平填件；同样，为了简洁目的，在该底部面板上没有显示出左底槽和右底槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明在第一方面提供了一种用于烧结耐高温材料的装置，该装置包括侧部面板、顶部面板和底部面板，在所述侧部面板、顶部面板和底部面板之间形成用于容纳待烧结预制体的内腔，所述侧部面板包括左侧面板、右侧面板、前部面板和后部面板；所述顶部面板具有分别靠近四个侧边部布置的至少四个顶槽，所述至少四个顶槽包括左顶槽、右顶槽、前顶槽和后顶槽，其中所述左顶槽和右顶槽是贯通所述顶部面板的贯通槽，使得所述左侧面板可操作地穿过所述左顶槽移动并且所述右侧面板可操作地穿过所述右顶槽移动；所述底部面板具有靠近前侧部布置的前底槽和靠近后侧部布置的后底槽，所述前部面板可操作地插接于所述前底槽中并且所述后部面板可操作地插接于所述后底槽中，所述左侧面板在靠近所述底部面板的左侧部位置与所述底部面板连接，所述右侧面板在靠近所述底部面板的右侧部位置与所述底部面板连接；所述侧部面板设置有用于将烧结所述耐高温材料时产生的气体释放出来的多个通孔，并且所述侧部面板中相邻的任意两个面板之间存在缝隙；在所述顶部面板的内壁上在所述侧部面板之间可操作地铺设有第一防粘部，并且在所述底部面板的内壁上在所述侧部面板之间可操作地铺设有第二防粘部；所述侧部面板、顶部面板和底部面板由碳化硅制得，并且所述第一防粘部和第二防粘部由石英布制得。

本发明装置的侧部面板、底部面板和顶部面板全部由碳化硅制得。由于碳化硅的化学性能稳定，可以确保本发明装置的面板能够耐受1500℃以上的烧结温度；而且，碳化硅的导热系数高，使得本发明装置能够形成温度均匀的温度场，保证待烧结预制体能够全方位同步烧结，在耐高温材料内不存在烧结度不同的材料界面，保证了耐高温材料的强度并具有一致的强度。另外，碳化硅的热膨胀系数小，再加上本发明装置的板槽结合位置均有相同材料形成，使得本发明装置在高的烧结温度下不会损坏。而且，碳化硅的耐磨性能好、耐热震、体积小、重量轻而强度高，这些性能能够进一步确保本发明装置在高温烧结过程中结构不会受到破坏并且方便使用。

本发明装置的第一防粘部和第二防粘部都是由石英布形成，而石英布能够耐受高达1750℃的温度，使得在确保防粘的同时还使得本发明装置能够在高达1500℃的烧结温度下使用。

在一些实施方式中，所述前顶槽和后顶槽可以是贯通所述顶部面板的贯通槽，使得所述前部面板可操作地穿过所述前顶槽移动并且所述后部面板可操作地穿过所述后顶槽移动。在烧结的过程中，待烧结预制体在烧结的过程中收缩，顶部面板会借助自身重量而向下移动，直至预制体能够支撑顶部面板的重量。这样，可以根据预制体烧结的收缩程度、耐高温材料的预期密度等，选择适当重量(例如适当厚度)的顶部面板。

在一些实施方式中，所述前顶槽和后顶槽被构造成使得所述前部面板不能穿过所述前顶槽移动并且所述后部面板不能穿过所述后顶槽移动。在这种情况下，可以选择高度比待烧结预制体小的前部面板和后部面板，使得在烧结的过程中，随着预制体的收缩，顶部面板借助自身重力而下降，但是当降低到前部面板和后部面板的上侧部分别支撑在顶部面板的前顶槽和后顶槽中时，顶部面板自身的重量至少部分地由前部面板和/或后部面板的上侧部支撑于前顶槽和/或后顶槽中，而不再向预制体施加其全部的重量，由此可以制得具有预期高低的耐高温材料，并且保证了耐高温材料具有预期的孔隙度。换言之，选择具有预期高低的前部面板和/后部面板，并且选择适当的预制体组成，可以控制预制体的高度尺寸、孔隙度，并在一定程度上保护了耐高温材料的微观结构。

在一些实施方式中，所述底部面板具有靠近左侧部布置的左底槽和靠近右侧部布置的右底槽，使得所述左侧面板可操作地插接于所述左底槽中并且所述右侧面板可操作地插接于所述右底槽中。在这种情况下，左侧面板和右侧面板可以准备多个不同规格的面板，然后可以根据实际需要选择不同的面板，例如可以根据待烧结预制体可能产生的气体量来选择具有不同孔隙度或者会形成不同缝隙的左侧面板和右侧面板。另外，由于所有侧部面板都是可拆卸的，因此在一些实施方式中，可以在底部面板的反面(下面或外壁)上布置与正面(上面或内壁)上不同的底槽和/或第二防粘部的设置方案，使得在将所述底部面板的反面翻转成内壁使用时形成具有与使用所述底部面板的正面时不同的容积的内腔，从而提高了底部面板的使用效率，并节省了底部面板材料。

在一些实施方式中，所述底部面板被构造成与所述左侧面板和/或右侧面板一体形成。由于碳化硅的耐温性能好，膨胀系数小，即使一体形成在1500℃的烧结温度下使用也无需再留置膨胀缝。

在一些实施方式中，所述顶槽和/或顶槽在相应边缘部布置有多个平行的槽，并且所述装置还包括平填件，该平填件用于在所述内腔的顶部或者底部存在顶槽和/或底槽时将所存在的顶槽和/或底槽填平，使得可以根据实际尺寸和/或形状需要选择不同的槽组合来放置侧部面板，这同样节省了面板材料，拓宽了装置的使用范围和便利性。优选的是，所述平填件同样由碳化硅制得，使得不会在高烧结温度下因膨胀冷缩不同步造成本发明装置的损坏。

在一些实施方式中，所述通孔为圆形孔、椭圆形孔或多边形孔，更优选的是，所述通孔的孔径从侧部面板的中央位置向两侧的缝隙逐渐减小，如果可以使得产生的气体能够比较均匀地及时地就近释放出来，并且也能够形成更加均匀的温度场。

在一些实施方式中，所述缝隙和所述通孔的总面积占所述侧部面板构成内腔的区域部分的总面积的百分比(即开放度)为5％至30％，优选为10％至25％。在所述通孔在侧部面板厚度方向上变化的情况下，以所述通孔在厚度方向上最小的孔径计算。如果比例过大，侧部面板的强度可能不足，并且不易形成均匀的温度场；如果孔隙度过小，产生的气体可能无法得到及时释放，可能导致耐高温材料中形成大的空穴或者形成尺寸不均匀的空穴，材料质地不均匀，影响了耐高温材料的强度。另外，如果侧面面板不设通孔，仅靠缝隙释放气体的话，同样会导致材料内部的微观结构不一致，尤其是材料中央位置与四角位置的微观结构不一致，从而导致强度下降。

在一个更优选的实施方式中，所述通孔在外壁上的孔径比在内壁的孔径小10％至20％，从而形成喇叭状的通孔。本发明人发现，这样的通孔在烧结结束后降温的过程中，温度降低更加和缓，能够很好地防止温度降低过快对耐高温材料的微观结构的破坏。

下面结合附图进行更加详细的说明。

参照图1，该图是本发明装置的一个实施方式的立体图，其中显示了本发明装置的侧部面板即左侧面板11、右侧面板12、前部面板13、后部面板14(在图1中被遮挡，在图4中可见)以及顶部面板15和底部面板16和布置在侧部面板上的通气孔17。从图1中可以看出，左、右侧面板分别从左、右顶槽中穿过，而前、后部面板并没有穿过顶部面板，由此可以在烧结的过程中待烧结预制体收缩到与前、后部面板等高时，由前、后部面板支撑顶部面板，从而可以制得具有预定高度(与前、后部面板等高)的耐高温材料。

另外，从图1中可以看出，侧部面板可以基本垂直于顶部面板15和底部面板16，从而使得侧部面板、顶部面板15和底部面板16围成大致矩形的用于容纳待烧结预制体的内腔。当然，可以根据实际需要，全部或者部分侧部面板也可以不垂直于顶部面板15和/或底部面板16，从而获得具有非矩形形状的耐高温材料。

在图1中，左侧面板11、右侧面板12和底部面板16是一体成型的，由此形成U型结构。但是，如上所述，也可以不是一体成型，例如可以图8所展示的那样。

图2是图1中所示装置的左视图，可以看出通孔17基本均匀的分布在左侧面板11上，并且左侧面板11穿过顶部面板15。

图3是图1中所示装置的正视图，但是顶部面板15还没有移动到前部面板13的高度的位置，因此可以看到设置顶部面板15内壁(下侧)上的第一防粘部155，第一防粘部155的尺寸可以基于侧部面板围成的区域大小和待烧结预制体的尺寸进行选择。前部面板13在与相邻的左侧面板11和右侧面板12具有缝隙，缝隙的宽度为d，高度为h。因此，每个缝隙的面积等于d×h。所有缝隙的面积为S1，所有通孔的面积为S2，那么缝隙和通孔的总面积为S_a＝S1+S2。侧部面板的构成内腔的区域部分的总面积为S_b。在一些实施方式中，缝隙的尺寸是相同的(即S1＝d×h×4)，优选的是，S_a/S_b×100％优选为5％至30％，例如为5、10、15、20、25或30％，更优选为10％至20％。

图4是图1中所示装置的立体图，其中还未安装顶部面板15，因此可以看到后部面板14，并且可以看到所有侧部面板可以均匀分布有通孔17。

图5是图1中所示装置的立体图，其中还未安装顶部面板15、前部面板13和后部面板14，因此可以看到设置在底部面板内壁上的第二防粘部165以及前底槽163和后底槽164。

图6是顶部面板内侧的平面图，其中示出布置在顶部面板15内壁上的第一防粘部155，分别用于插入左侧面板11和右侧面板12的左顶槽151和右顶槽152以及分别用于容纳前部面板13和后部面板14的上侧部的前顶槽153和后顶槽154。其中，左顶槽151和右顶槽152是贯通的，使得左侧面板11和右侧面板12可以分别从中移动穿过。

图7是显示了可以布置在侧部面板上的通气孔17的一种优选的布置方式，其中通孔17为圆形孔，并且其孔径从侧部面板的中间向两侧逐渐降低，由于相邻的侧部面板之间存在缝隙，而中间的位置没有缝隙，因此孔径向两侧逐渐减小或者说两侧的通孔17的孔径向侧部面板的中间逐渐增大，可以使得待烧结预制体中间位置释放的气体可以就近充分释放，而不必运动到两侧的缝隙位置释放，如此可以减少释放气体排放时对耐高温材料内部的微观结构的破坏。

通孔17的形状还可以为椭圆形孔和/或多边形孔等规则或者不规则形状，但是从侧部面板的强度考虑，优选为圆形孔和/椭圆形孔，更优选为圆形孔，因为多边形孔的内孔截面的两条边交接位置在烧结过程中容易开裂,通孔17的截面周边最大程度地平滑过渡将使得侧部面板在烧结过程更加不容易形成裂纹。

图8是本发明装置的另一个实施方式的立体图，其中显示了本发明装置的侧部面板包括左侧面板21、右侧面板22、前部面板23、后部面板24(被遮挡)、顶部面板25和底部面板26以及布置在侧部面板上的通气孔27。图9是图8中所示装置的左视图，可以看到左侧面板21、顶部面板25、底部面板26以及基本均匀地布置在左侧面板21上的通孔27。图10是图8中所示装置的正视图，但是顶部面板25还没有移动到前部面板23高度的位置，因此可以看到设置顶部面板25内壁上的第一防粘部255。

图11是底部面板26内侧(上侧)的一个实施方式的平面图，其中示出布置在底部面板26内壁上的第二防粘部265，分别用于容纳左侧面板21和右侧面板22的下侧部的左底槽261和右底槽262以及分别用于容纳前部面板23和后部面板24的上侧部的前底槽263和后底槽264。底槽中部分底槽或者全部可以是贯穿或者可以不贯穿顶部面板。如果底槽不贯穿顶部面板，则底部面板可能需要具有相对较大的厚度，使得槽底能够支撑侧部面板的重量或者侧部面板和顶部面板的重量。在一个实施方式中，用于插放贯穿顶槽的侧部面板(例如图1和8中的左侧面板和右侧面板)的底槽(例如左底槽和右底槽)可以不贯穿底槽，因为这样的底槽的槽底无需支撑顶部面板的重量；相反，用于插放需要支撑顶部面板的侧部面板(例如前部面板和后部面板)的底槽(例如前底槽和后底槽)，可以考虑将这样的底槽构造成贯穿顶部面板，因此可以利用前部面板和后部面板的下侧部而不是前底槽和后底槽的槽底来支撑顶部面板。

图12是图11中所示底部面板的反面(下侧)的平面图，其中示出在底部面板26外壁上的第二防粘部265'，分别用于容纳左侧面板21和右侧面板22下侧部的左底槽261'和右底槽262'以及分别用于容纳前部面板23和后部面板24的上侧部的前底槽263'和后底槽264'。如此可以利用同一个底部面板形成不同尺寸的待烧结预制体。

图13是底部面板36的另一个实施方式的示意图，其中显示在底部面板36上形成用于容纳左侧面板和右侧面板的下侧部的多个左底槽361和多个右底槽362，以及用于放入左底槽361和/或后底槽362以形成平整平面的多个平填件363；另外，为了简洁目的，在该底部面板36上没有显示出前底槽和后底槽。图14是底部面板的又一个实施方式的示意图，其中显示在底部面板46上形成用于容纳前部面板和后部面板的下侧部的多个前底槽461和多个后底槽462，以及用于放入所述前底槽461和/或后底槽462以形成平整平面的多个平填件463；另外，为了简洁目的，在该底部面板46上没有显示出左底槽和右底槽。优选的是，平填件同样采用了碳化硅来制得，由此保证热胀冷缩不会对本发明装置的破坏。

本发明在第二方面还提供了根据本发明第一方面所述的装置在用于烧结耐高温材料中的应用。

优选的是，所述耐高温材料由待烧结预制体通过高温烧结得到。在一些优选的实施方式中，所述耐高温材料可以为轻质耐高温陶瓷纤维刚性隔热瓦，其由待烧结预制体通过高温烧结得到。进一步优选的是，所述待烧结预制体由烧结助剂例如氮化硼和/或碳化硼和淀粉以及增强纤维例如石英纤维、氧化铝纤维、氧化钇稳定氧化锆纤维制得。例如，所述待烧结预制体可以通过包括如下步骤的方法制得：(1)配制烧结助剂悬浮液：将作为烧结助剂的氮化硼和/或碳化硼与淀粉分散在溶剂中并搅拌均匀，得到烧结助剂悬浮液；(2)制备陶瓷纤维浆料：将石英纤维、氧化铝纤维、氧化钇稳定氧化锆纤维和所述悬浮液加入到水中并搅拌均匀，得到所述陶瓷纤维浆料，该步骤(2)的水与陶瓷纤维的质量比可以为50至150∶1；(3)湿坯成型：将所述陶瓷纤维浆料过滤后压制，得到陶瓷纤维隔热瓦湿坯；(4)湿坯干燥：将所述陶瓷纤维隔热瓦湿坯在60℃至150℃下干燥1至36小时，得到陶纤维隔热瓦干坯；(5)加压烧结：将所述陶瓷纤维隔热瓦干坯在1200℃至1500℃下加压烧结0.5至15小时，得到所述轻质耐高温陶瓷纤维刚性隔热瓦。

步骤(3)中的所述压制的压力可以为1至15Mpa，例如为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15Mpa。步骤(4)中的湿坯干燥可以为梯度升温干燥，例如所述梯度升温干燥为在80℃干燥2小时，然后在100℃干燥2小时，再在120℃干燥至恒重。步骤(5)中的所述加压烧结采用的压力可以为1至10Mpa，例如为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10Mpa。步骤(5)中的烧结程序可以为1200至1500℃(例如为1200、1300、1400或1500℃)下烧结0.5至15小时(例如0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15小时)，并且在该温度保温3.8至4.2小时(例如为3.8、3.9、4.0、4.1或4.2小时)。步骤(1)的溶剂可以为水和乙醇的混合溶剂，例如水和乙醇的等体积混合溶剂。

下面详细说明使用图1至5中所示的本发明的烧结装置对待烧结预制体进行烧结以得到轻质耐高温陶瓷纤维刚性隔热瓦的工艺过程。

实施例1

(1)称取15.0克氮化硼粉与50克可溶性淀粉，加入5000毫升去离子水，5000毫升无水乙醇，搅拌均匀后得到烧结助剂悬浮液。

(2)称取670克熔融石英玻璃纤维，220克氧化铝纤维、110克氧化钇稳定氧化锆纤维、(1)中的悬浮液与500升去离子水混合，使用高速剪切搅拌机将纤维在去离子水中均匀分散，得到浆料。

(3)将上述浆料倒入成型模具中，通过调整模具高度使得获得的终产品的目标密度为0.14g/cm³。采用抽滤方式过滤除去大部分水分，直至常压静置时不再滴水为止。然后将模具转移至压力成型机上，施加2.5MPa压力，得到陶瓷纤维隔热瓦湿坯。

(4)将陶瓷纤维隔热瓦湿坯放入烘箱中，80℃干燥2小时，100℃干燥2小时，120℃干燥至恒重，得到陶瓷纤维隔热瓦干坯。

(5)将陶瓷纤维隔热瓦干坯放入本发明如图1至6所示的烧结装置中，然后将该烧结装置放入马弗炉内，1350℃加压烧结7.5小时，烧结压力为5MPa，得到陶瓷纤维隔热瓦，然后显微拍摄陶瓷纤维隔热瓦的微观结构。其中，烧结装置的开放度为25％，通孔的外壁孔径比内壁孔径小15％。通过材料四角和对角线交叉处五点取样显微观测并对材料微观结构的质地一致性进行打分：0-极差、1-差、2-中、3-良、4-优、5-极优进行打分，结果如下表1所示。实验重复10次，下表数据为10次实验的平均值。

实施例2至5

除了下表所示内容之外，以实施例1相同的方式进行。

实施例	开放度(％)	孔径比	一致性评分
				1	20	4:5	4.7
2	5	9:10	4.6
				3	30	4:5	4.4
4	20	1:1	4.1
				5	20	1:1	3.2
6	20	9:10	4.9

注：

(1)开放度(％)是指缝隙和通孔的总面积占侧部面板围成内腔的部分的总面积的百分比；

(2)孔径比表示通孔在外壁上孔径(外壁孔径)与该通孔在内壁上孔径(内壁孔径)的比；

(3)实施例4为侧壁没有设置通孔；

(4)实施例5为四个侧部面板上通孔的孔径均沿着中心线向两侧等距递减10％。

实施例6

除了使用的烧结装置的顶部面板的四个顶槽是贯通的，四个侧部面板可以穿过顶部面板相应的贯通槽，使得顶部面板可以借助重力沿着下沉之外，其他以与实施例1相同的方式制备，最后所得材料的厚度比预期厚度小3.45％。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种用于烧结耐高温材料的装置，该装置包括侧部面板、顶部面板和底部面板，在所述侧部面板、顶部面板和底部面板之间形成用于容纳待烧结预制体的内腔，所述侧部面板包括左侧面板、右侧面板、前部面板和后部面板，其特征在于：

所述顶部面板具有分别靠近四个侧边部布置的至少四个顶槽，所述至少四个顶槽包括左顶槽、右顶槽、前顶槽和后顶槽，其中所述左顶槽和右顶槽是贯通所述顶部面板的贯通槽，使得所述左侧面板可操作地穿过所述左顶槽移动并且所述右侧面板可操作地穿过所述右顶槽移动；

所述底部面板具有靠近前侧部布置的前底槽和靠近后侧部布置的后底槽，所述前部面板可操作地插接于所述前底槽中并且所述后部面板可操作地插接于所述后底槽中，所述左侧面板在靠近所述底部面板的左侧部位置与所述底部面板连接，所述右侧面板在靠近所述底部面板的右侧部位置与所述底部面板连接；

所述侧部面板设置有用于将烧结所述耐高温材料时产生的气体释放出来的多个通孔，并且所述侧部面板中相邻的任意两个面板之间存在缝隙；

在所述顶部面板的内壁上在所述侧部面板之间可操作地铺设有第一防粘部，并且在所述底部面板的内壁上在所述侧部面板之间可操作地铺设有第二防粘部；并且

所述侧部面板、顶部面板和底部面板由碳化硅制得，并且所述第一防粘部和第二防粘部由石英布制得；

所述缝隙和所述通孔的总面积占所述侧部面板构成内腔的区域部分的总面积的10％至25％。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述前顶槽和后顶槽是贯通所述顶部面板的贯通槽，使得所述前部面板可操作地穿过所述前顶槽移动并且所述后部面板可操作地穿过所述后顶槽移动。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述前顶槽和后顶槽被构造成使得所述前部面板不能穿过所述前顶槽移动并且所述后部面板不能穿过所述后顶槽移动。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述底部面板具有靠近左侧部布置的左底槽和靠近右侧部布置的右底槽，使得所述左侧面板可操作地插接于所述左底槽中并且所述右侧面板可操作地插接于所述右底槽中。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述底部面板被构造成与所述左侧面板和/或右侧面板一体形成。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述底部面板的反面具有分别布置在相应侧边部的一个或者多个左底槽、右底槽、前底槽和后底槽，使得在将所述底部面板的反面翻转成内壁使用时形成具有与使用所述底部面板的正面时不同的容积的内腔。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述顶槽和/或顶槽在相应边缘部布置有多个平行的槽，并且所述装置还包括平填件，该平填件用于在所述内腔的顶部或者底部存在顶槽和/或底槽时将所存在的顶槽和/或底槽填平。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通孔为圆形孔、椭圆形孔或多边形孔。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述通孔的孔径从侧部面板的中央位置向两侧的缝隙逐渐减小。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述通孔在外壁上的孔径比在内壁的孔径小10％至20％。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的装置在用于烧结耐高温材料中的应用。