CN107840667A - 一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法及应用 - Google Patents

一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法及应用，该方法包括以下步骤：1)将用于支撑体制备的陶瓷粉料进行预烧结；2)将步骤1)中预烧结后的粉料进行研磨处理；3)将步骤2)中研磨处理后的粉料经配料、练泥、挤出成型、烘干、烧结制得陶瓷支撑体，其中，所述挤出成型采用挤出通道为椭圆型结构的挤出模具。本发明利用烧结窑炉非有效烧结空间将支撑体骨料预烧结后经过研磨，再用于支撑体的制备，制得的陶瓷支撑体各向变形量可降低5‑10％。挤出过程中通过挤出模具结构优化，使得挤出坯体经重力影响抵消失圆变形，从而使烧结过程中各向收缩更为均匀。本发明方法工艺简单经济，适用范围广。

Description

一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法及应用
技术领域
本发明涉及无机陶瓷膜制备领域，尤其涉及一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法及应用，主要解决陶瓷支撑体在制备过程中变形问题。
背景技术
管式陶瓷支撑体作为管式陶瓷膜的基膜，对陶瓷膜主要起到机械支撑作用。陶瓷支撑体主要通过成型及高温烧结过程形成。管式陶瓷支撑体在制备过程中易产生各类变形缺陷，导致其成品率不高。如坯体晾干过程中的失圆，坯体烧结过程中的弯曲变形等。失圆变形最终会导致陶瓷膜密封结构的问题，弯曲变形导致陶瓷支撑体刚度和稳定性的降低，使用过程中易断裂。
目前控制陶瓷支撑体变形的方法主要集中于配方调配控制、坯体干燥过程的控制、烧结升降温过程的控制以及配料均匀性的控制等，但这些控制方法对支撑体的变形控制均有一定的局限性。
有鉴于此，研发设计出一种可避免上述弊端的管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法是无机膜制备领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的：提供一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法，主要是陶瓷粉料预烧结与挤出模具的优化设计，控制管式支撑体圆度与收缩变形。具体内容包括以下方面。
为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法，该方法包括如下步骤：
1)将用于支撑体制备的陶瓷粉料进行预烧结；
2)将步骤1)中预烧结后的粉料进行研磨处理；
3)将步骤2)中研磨处理后的粉料经配料、练泥、挤出成型、烘干、烧结制得陶瓷支撑体，其中，所述挤出成型采用挤出通道为椭圆型结构的挤出模具。
优选地，所述步骤1)中陶瓷粉料预烧结温度比步骤3)中支撑体烧结温度低0-500℃。
优选地，所述步骤3)中挤出模具挤出通道的长轴尺寸为目标支撑体外径尺寸的1.02-1.05倍，短轴尺寸为目标支撑体外径尺寸的0.95-0.98倍。
优选地，所述步骤3)中在挤出成型步骤后、烘干步骤前还包括对挤出成型后的坯体进行保湿处理。
进一步优选地，所述挤出成型后的坯体在温度为15-50℃、湿度为60％-90％的环境中保湿5-24h。
进一步优选地，所述挤出成型后的坯体以椭圆截面的短轴与水平面平行的方式进行保湿。
优选地，所述挤出模具采用单通道或多通道结构。
优选地，所述陶瓷粉料为商品化陶瓷粉料，包括白刚玉、高岭土、α-Al2O3粉、莫来石中的一种或两种以上的组合。
在第二方面，本发明提供了根据上述管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法所制备的管式陶瓷支撑体在制备管式陶瓷模中的应用。
本发明的有益效果：通过陶瓷粉料的预烧结，粉料颗粒先完成收缩，从而有效减小支撑体烧结过程中的收缩。然后通过挤出模具的优化，利用椭圆形截面抵抗坯体晾干过程中的重力沉降变形，变形后支撑体截面成正圆形，有利于最终制备的陶瓷膜在使用过程中的密封。本发明方法工艺简单经济，本发明制备的支撑体弯曲变形可减少5-10％，批次产品的直度不合格率降低80％以上，圆度不合格率降低30％以上。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法的流程图。
图2为本发明实施例提供的用于制备支撑体的挤出模具结构示意图；
图3为本发明实施例2制备的支撑体结构示意图；
图4为本发明对照例2制备的支撑体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法的流程图。
如图1所示，本发明实施例提供了一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法。该方法包括以下步骤：
在步骤101中，将用于支撑体制备的陶瓷粉料进行预烧结。本步骤中的陶瓷粉料采用商品化陶瓷粉料，如α-Al2O3粉、白刚玉和高岭土混合粉或其它陶瓷粉。陶瓷粉料的预烧结可通过支撑体烧结窑炉的非有效烧结空间进行烧结，支撑体烧结窑炉的非有效烧结空间可根据窑炉的结构来定，比如采用隧道窑时，便可采用窑车的底层来预烧结，窑车的底层的烧结温度较上层温度低些。或升降吊烧窑时，便可采用窑炉的底层来预烧结。预烧结的温度要比支撑体烧结温度低0-500℃。通过本步骤的操作可以使粉料颗粒先完成收缩，从而有效减小支撑体烧结过程中的收缩。
在步骤102中，将步骤101中预烧结后的粉料进行研磨处理，本步骤中可采用球磨机进行研磨处理。
在步骤103中，将步骤102中研磨处理后的粉料经配料、练泥、挤出成型、烘干、烧结制得陶瓷支撑体，其中，该步骤中挤出成型采用挤出通道为椭圆型结构的挤出模具。挤出模具挤出通道的长轴尺寸为目标支撑体外径尺寸的1.02-1.05倍，短轴尺寸为目标支撑体外径尺寸的0.95-0.98倍。挤出通道为单通道或者多通道。单通道的挤出模具结构可如图2所示。
图2给出了挤出模具为单通道的一个示例，如图2所示，挤出模具上开设有挤出通道1，该通道为椭圆形结构，挤出模具的外形可以为任意形状。当然，也可在挤出模具上开设多个规则分布或者任意分布的椭圆形结构的挤出通道，在此不再示意。
另外，在步骤103中，为了进一步防止挤出坯体的变形，在挤出成型步骤后和烘干步骤前，还可进行保湿处理，将挤出坯体在温度为15-50℃、湿度为60％-90％的环境中保湿5-24h，且保湿过程中将挤出成型后的坯体以椭圆截面的短轴与水平面平行的方式进行保湿，这样可利用椭圆形截面抵抗坯体晾干过程中的重力沉降变形，使得变形后支撑体截面成正圆形。
以下用具体实施例进行阐述说明。
实施例1
1)用隧道窑烧结支撑体时将平均孔径为6μm的α-Al2O3粉放置在窑车底层进行预烧结，窑车底层温度1380℃。
2)将步骤1)中预烧结后的粉料通过球磨机球磨10min。
3)将步骤2)中球磨后的粉料通过常规方法配料、练泥、挤出成型、烘干后在1550℃下烧结得陶瓷支撑体；
通过以上步骤获得的支撑体经表征，长度方向收缩率3％，径向收缩率1.5％，直度不合格率0％。
实施例2
1)用升降吊烧窑烧结支撑体时将平均孔径为10μm的白刚玉和高岭土混合粉放置窑炉底层进行预烧结，窑炉底层温度1420℃。
2)将步骤1)中预烧结后的粉料通过球磨机球磨10min。
3)将步骤2)中球磨后的粉料通过常规方法配料、练泥、挤出成型、用椭圆形挤出模具挤出成型、在25℃及相对湿度80％的条件下保湿12h、烘干、在1550℃下烧结得陶瓷支撑体。
通过以上步骤获得的支撑体经表征，长度方向收缩率3.8％，径向收缩率1.6％，直度合格率100％，圆度不合格率0％。
对照例1
与实施例1的区别在于：陶瓷粉料未经预烧结。
获得的支撑体经表征，长度方向收缩率8％，径向收缩率4.5％，直度不合格率30％。
对照例2
与实施例2的区别在于：陶瓷粉料未经预烧结，挤出模具挤出通道为正圆形。
获得的支撑体经表征，长度方向收缩率10％，径向收缩率4.5％，直度不合格率38％，圆度不合格率15％。
表1给出了实施例与对照例制备获得的支撑体变形量及合格率对比。
从表1中可以看出，通过陶瓷粉料预烧结，可有效降低烧结过程中支撑体的变形量，支撑体弯曲变形可得到有效控制。同时将挤出模具设计成椭圆结构，坯体在保湿晾干过程中通过自身重力沉降可抵抗部分失圆变形。
图3和图4分别给出了实施例2和对照例2制备的支撑体的结构示意图，从图3和图4可以看出，经过本发明实施例2制备所得的支撑体圆度要比对照例2制备所得的支撑体圆度要高很多。
另外，本发明根据上述管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法所制备的管式陶瓷支撑体应用在制备管式陶瓷模中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将用于支撑体制备的陶瓷粉料进行预烧结；
2)将步骤1)中预烧结后的粉料进行研磨处理；
3)将步骤2)中研磨处理后的粉料经配料、练泥、挤出成型、烘干、烧结制得陶瓷支撑体，其中，所述挤出成型采用挤出通道为椭圆型结构的挤出模具。
2.根据权利要求1所述的一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法，其特征在于，所述步骤1)中的陶瓷粉料的预烧结通过支撑体烧结窑炉的非有效烧结空间进行烧结。
3.根据权利要求1所述的一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法，其特征在于，所述步骤1)中陶瓷粉料预烧结温度比步骤3)中支撑体烧结温度低0-500℃。
4.根据权利要求1所述的一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法，其特征在于，所述步骤3)中挤出模具挤出通道的长轴尺寸为目标支撑体外径尺寸的1.02-1.05倍，短轴尺寸为目标支撑体外径尺寸的0.95-0.98倍。
5.根据权利要求1所述的一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法，其特征在于，所述步骤3)中在挤出成型步骤后、烘干步骤前还包括对挤出成型后的坯体进行保湿处理。
6.根据权利要求5所述的一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法，其特征在于，所述挤出成型后的坯体在温度为15-50℃、湿度为60％-90％的环境中保湿5-24h。
7.根据权利要求5所述的一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法，其特征在于，所述挤出成型后的坯体以椭圆截面的短轴与水平面平行的方式进行保湿。
8.根据权利要求1所述的一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法，其特征在于，所述挤出模具采用单通道或多通道结构。
9.根据权利要求1所述的一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法，其特征在于，所述陶瓷粉料为商品化陶瓷粉料，包括白刚玉、高岭土、α-Al2O3粉、莫来石中的一种或两种以上的组合。
10.根据权利要求1至9任一项所述的一种管式陶瓷支撑体烧结变形的控制方法所制备的管式陶瓷支撑体在制备管式陶瓷模中的应用。
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