CN108437177B - 一种陶瓷素坯的压力干燥装置及其干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种陶瓷素坯的压力干燥装置及其干燥方法。其中，装置包括控制台和工作台，其中，所述的控制台用于控制所述的工作台；所述的工作台包括基座、支撑臂、位移移动杆、上压头、下压头和干燥模具，其中，干燥模具至少包括多孔干燥板、支撑架。采用本发明提供的压力干燥装置和方法对片状陶瓷素坯进行干燥，解决了片状陶瓷素坯干燥后翘曲变形大的问题，获得的片状陶瓷翘曲变形小、面形精度高。

Description

一种陶瓷素坯的压力干燥装置及其干燥方法

技术领域

本发明属于高技术陶瓷制备领域，具体是关于片状陶瓷压力干燥装置及其干燥方法，用以解决凝胶注模成型片状陶瓷干燥后翘曲变形大的问题。

背景技术

集成电路是现代信息社会快速发展的基石，片状陶瓷作为电路元件及外贴切元件的支撑材料，是集成电路的核心材料之一。随着电子元件微小型化、低功耗、智能化和高可靠性发展需求，以及电路超大规模集成的要求，对片状陶瓷的力学性能、表面质量、尺寸一致性及低成本等方面均提出了更为苛刻的要求。

凝胶注模成型技术是美国橡树岭国家实验室在20世纪90年代初首先发明的一种新的胶态快速成型工艺，该工艺具有所得坯体强度高、密度好、工艺设备简单、效率高等优点而广泛应用于片状陶瓷的生产。通过凝胶注模技术制备的片状陶瓷素坯干燥后存在翘曲变形大的问题，严重影响了产品的面形精度及生产效率。目前，陶瓷素坯干燥方法有很多，也有相关专利和文献报道，但针对片状陶瓷的干燥方法有如下几种：

1、自然干燥法，采用简单的尼龙布网架叠层摆放湿凝胶坯片，在室温条件下基片素坯自然脱水干燥。

2、多步干燥法，首先采用恒温恒湿干燥方案，促使素坯中的微裂纹有效愈合。第二步继续采用恒温恒湿干燥方案，通过降低干燥温度，防止素坯在干燥过程中发生变形和开裂。第三步采用真空干燥方案，以防止素坯在水分排出过程中产生微裂纹。最后在空气气氛中，80-120℃的范围内干燥12-24小时。

3、多层干燥法，注浆成型中空陶瓷太阳板基体素坯干燥设备属于陶瓷素坯干燥设备，是采用旋转的钢辊作为运行动力，旋转的钢辊构成辊道，普通陶瓷泥浆在石膏模内注浆成型的中空陶瓷太阳板基体素坯放在托板上，依次放成一摞，将成摞的带有湿的中空陶瓷太阳板基体素坯的托板通过安装有辊道的通道，通道内各段中温度、湿度可以控制的气流加热、干燥中空陶瓷太阳板基体素坯。

对于自然干燥法、多步干燥法及多层干燥法，片状陶瓷素坯表面均处于自然状态，干燥过程由于素坯内外干燥速率不一致，导致素坯干燥后存在翘曲变形大等问题，严重影响了片状陶瓷的面形精度；此外，多步干燥法和多层干燥法还存在设备要求高、操作复杂等缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种陶瓷素坯的压力干燥装置及其干燥方法，用以解决凝胶注模成型片状陶瓷干燥后翘曲变形大的问题。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明提出的一种陶瓷素坯的压力干燥装置，包括，控制台和工作台，其中，所述的控制台用于控制所述的工作台；所述的工作台包括基座、支撑臂、位移移动杆、上压头、下压头和干燥模具，其中，干燥模具至少包括多孔干燥板、支撑架。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的一种陶瓷素坯的压力干燥装置，其中所述的干燥模具可拆卸。

优选的，前述的一种陶瓷素坯的压力干燥装置，其中所述的干燥模具还包括滤布。

优选的，前述的一种陶瓷素坯的压力干燥装置，其中所述的控制台包括电源开关、压头升降旋钮和压力显示器。

优选的，前述的一种陶瓷素坯的压力干燥装置，其中所述的支撑臂为所述的位移移动杆提供移动轨道；所述的位移移动杆用于带动所述上压头作上下移动；所述的上压头用于压紧所述的干燥模具，为待干燥的陶瓷素坯提供压力载荷。

优选的，前述的一种陶瓷素坯的压力干燥装置，其中所述的干燥模具包括上干燥模具单元和下干燥模具单元，其中，所述的上干燥模具单元包括第一多孔干燥板和第一滤布，所述的下干燥模具单元包括第二多孔干燥板、第二滤布、支撑架，所述的支撑架用于安装在所述的下压头上，所述的支撑架上从下至上依次设置有第二多孔干燥板、第二滤布、第一滤布和第一多孔干燥板，待干燥的陶瓷素坯放置在所述的第一滤布和第二滤布之间。

优选的，前述的一种陶瓷素坯的压力干燥装置，其中所述的多孔干燥板上具有多个贯穿孔；或者，所述的支撑架包括支撑面和支撑柱，支撑面与支撑柱连接，支撑面用于设置多孔干燥板，支撑柱用于连接下压头，其中，所述的支撑面上具有多个贯穿孔，所述的支撑柱的数量大于或等于2。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。

依据本发明提出的一种陶瓷素坯的压力干燥方法，采用陶瓷素坯的压力干燥装置对陶瓷素坯进行干燥，所述的压力干燥装置包括控制台和工作台，其中，所述的控制台用于控制所述的工作台；所述的工作台包括基座、支撑臂、位移移动杆、上压头、下压头和干燥模具，所述的干燥方法包括，安装干燥模具，所述的干燥模具包括上干燥模具单元和下干燥模具单元，所述的上干燥模具单元包括第一多孔干燥板和第一滤布，所述的下干燥模具单元包括第二多孔干燥板、第二滤布、支撑架，将支撑架置于所述的下压头上，在所述的支撑架上依次铺设第二多孔干燥板和第二滤布，将待干燥的陶瓷素坯放置在所述的第二滤布上，在所述的待干燥的陶瓷素坯上依次铺设第一滤布和第一多孔干燥板；压力干燥：控制位移移动杆下降，至上压头与第一多孔干燥板接触，继续下降，上压头压紧干燥模具，至预设压力载荷，进行压力干燥。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的一种陶瓷素坯的压力干燥方法，其中所述的压力干燥步骤中，控制位移移动杆的下降速率为第一速率，至上压头与第一多孔干燥板接触，采用第二速率继续下降，上压头压紧干燥模具，至预设压力载荷，其中，所述的第一速率大于第二速率。

优选的，前述的一种陶瓷素坯的压力干燥方法，其中所述的预设压力载荷为0.1KPa-1.5KPa。

借由上述技术方案，本发明提供的一种陶瓷素坯的压力干燥装置及其干燥方法，至少具有下列优点：

1、采用本发明提供的压力干燥装置和方法对片状陶瓷素坯进行干燥，解决了片状陶瓷素坯干燥后翘曲变形大的问题，获得的片状陶瓷翘曲变形小、面形精度高。

本发明提供的压力干燥装置包括多孔干燥板和支撑架，这两个构件均设计有多个贯穿性的孔状结构，有利于干燥过程中水分的排出；且干燥全过程加压，在保障干燥效率的同时，可有效解决片状陶瓷干燥后翘曲变形大的问题，提高了片状陶瓷干燥后的面形精度。

现有技术中，片状陶瓷素坯干燥后翘曲度高达2mm/in，严重影响了产品的表面精度，采用发明提供的压力干燥装置，片状陶瓷干燥后翘曲度可降至0.2mm/in，提高了片状陶瓷干燥后的面形精度。

2、本发明提供陶瓷素坯压力干燥装置结构简单，干燥过程易操作，干燥成本低。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明实施例提供的陶瓷素坯的压力干燥装置。

图2是本发明实施例提供的支撑架的俯视图。

图3是本发明实施例提供的干燥模具示意图。

图4是本发明实施例提供的多孔干燥板的示意图。

其中，1上压头下降旋钮，2上压头上升旋钮，3电源开关，4压力显示器，5基座，6支撑臂，7位移移动杆，8上压头，9干燥模具，11，下压头，9干燥模具包括的10支撑架，12贯穿孔，13支撑柱，14待干燥的陶瓷素坯，15第二滤布，16第一多孔干燥板，17第二多孔干燥板，18贯穿孔。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种陶瓷素坯的压力干燥装置及其干燥方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

实施例1

本实施例提供了一种陶瓷素坯的压力干燥装置，如图1所示，包括，控制台和工作台，其中，所述的控制台用于控制所述的工作台；所述的工作台包括基座5、支撑臂6、位移移动杆7、上压头8、下压头11和干燥模具9，其中，干燥模具9至少包括多孔干燥板16、支撑架10。

本实施例提供的陶瓷素坯的压力干燥装置中，工作台包括基座、支撑臂、位移移动杆、上压头、下压头和干燥模具，其中，基座水平设置，用于装置的稳固，支撑臂垂直于基座。支撑臂与位移移动杆连接，支撑臂用于为位移移动杆提供移动轨道，位移移动杆与上压头连接，可带动上压头作向上或向下运动，并上压头给待干燥的片状陶瓷素坯施加一定的压力，可有效消除干燥后片状陶瓷翘曲变形大的问题，进一步提高了片状陶瓷的面形精度。

本发明对支撑臂不做具体限定，可保证上压头在垂直方向上作向上或向下移动即可。本发明对支撑臂的形状不做具体限定，优选的，支撑臂的形状为规则的圆柱体、长方体等；本发明对支撑臂的材质不做具体限制，优选的，为硬质的金属材质，可以是单种金属或多种金属的合金；本发明对支撑臂的数量不做具体限制，优选的，支撑臂的数量为两个，对称的设置在基座的两端。

所述的控制台用于控制工作台，优选的，用于控制位移移动杆的向上或向下运动，位移移动杆带动上压头在垂直方向上向上或向下运动，并控制上压头为干燥模具提供预设压力。

本发明提供的陶瓷素坯的压力干燥装置可用于陶瓷素坯的干燥，此处的陶瓷素坯优选为片状陶瓷素坯。陶瓷组分可以是：氧化物陶瓷粉、氮化物陶瓷粉、碳化物陶瓷粉、硅化物陶瓷粉、多元电子陶瓷粉或它们的两种及以上的复合陶瓷粉。

实施例2

本实施例提供了一种干燥模具。

干燥模具，用于放置待干燥的陶瓷素坯。

本实施例提供的干燥模具可拆卸。干燥模具至少包括多孔干燥板和支撑架，优选的，多孔干燥板与支撑架之间，为可拆卸连接；支撑架与下压头之间为可拆卸连接。

优选的，干燥模具还包括滤布。

进一步的，干燥模具包括上干燥模具单元和下干燥模具单元，如图1和图3所示，其中，所述的上干燥模具单元包括第一多孔干燥板16和第一滤布，所述的下干燥模具单元包括第二多孔干燥板17、第二滤布15、支撑架10，所述的支撑架用于安装在所述的下压头上，所述的支撑架上从下至上依次设置有第二多孔干燥板、第二滤布、第一滤布和第一多孔干燥板，所述的待干燥的陶瓷素坯14放置在所述的第一滤布和第二滤布之间。此处的上干燥模具单元与下干燥模具单元可拆卸。

本实施例提供的干燥模具中，片状陶瓷干燥过程中，上下表面均采用多孔干燥板，保证了片状陶瓷素坯上下表面失水速率的一致性，减小了干燥过程中片状陶瓷素坯由于上下表面失水速率不均而产生的翘曲变形，进一步提高了片状陶瓷的面形精度。

本实施例对多孔干燥板的大小、形状不做具体限定，具体的，可根据待干燥的陶瓷素坯的大小、数量等进行设定。本实施例对多孔干燥板的材质不做具体限定，优选的，可以是PVC、PE或PS等。优选的，多孔干燥板上有多个贯穿孔18，如图4所示。多个贯穿孔规则的排布为多个贯穿孔排，贯穿孔为排气孔，便于陶瓷素坯内部水分的排出，有效保障了片状陶瓷的干燥效率。本实施例对贯穿孔的直径不做具体限定，优选为3-10mm。滤布的材质可以是涤纶滤布、丙纶滤布、锦纶滤布或合成纤维滤布等，滤布的高透气性便于片状陶瓷素坯内水分排出。滤布的大小、形状等于多孔干燥板相同。支撑架材质选用304不锈钢，支撑架用于放置干燥工装，支撑架表面有成排的贯穿孔(贯穿孔的直径优选为3-10mm)，有利于片状陶瓷素坯内部水分的排出，保证了片状陶瓷干燥速率。

实施例3

本实施例提供了一种支撑架。

本实施例提供的支撑架包括支撑面和支撑柱，支撑面与支撑柱连接，支撑面用于设置多孔干燥板，支撑柱用于连接下压头，其中，所述的支撑面上具有多个贯穿孔12，如图2所示。所述的支撑柱的数量大于或等于2，支撑柱13的数量优选为5个，其排布方式如图2所示。此处支撑柱的设计有利于干燥模具下方空气的流通，便于片状陶瓷素坯内部水分的排出。

实施例4

本实施例提供了一种控制台。

如图1所示，本实施例提供的控制台包括电源开关3、上压头下降旋钮1、上压头上升旋钮2、压力显示器4。其中，电源开关用于控制装置的开启或关闭；上压头上升旋钮和上压头下降旋钮分别用于控制上压头的上升和下降，实际操作过程中上压头向下移动可将干燥模具压紧为片状陶瓷素坯施加一定的压力，干燥结束后旋转上压头上升旋钮，上压头上升可卸去片状陶瓷素坯上的压力，继续旋转上压头上升旋钮，将上压头提升至上限位置，便于干燥模具的拆卸，此外，上压头上升旋钮或上压头下降旋钮均有慢速移动和快速移动两个档位，上压头与多孔干燥板接触前可采用快速移动档，上压头与多孔干燥板接触后采用慢速移动档；通过位移移动杆的慢速移动可实现片状陶瓷干燥压力的精准控制；压力显示器用于显示施加在干燥模具上的压力，便于操作人员在压力加载或卸载过程中读数。

实施例5

本实施例提供了一种陶瓷素坯的压力干燥方法。

取30g丙烯酰胺、5g NN-亚甲基双丙烯酰胺、200g去离子水、1000g氧化铝粉(95％)、分散剂(C-6)8g、消泡剂(C-20)1g加入2L尼龙球磨罐中，其m(球)∶m(料)＝1∶1，球磨20h后获得料浆，料浆经真空除气后添加引发剂(APS)和催化剂(TEMED)各0.1g，注模后放入烘箱60℃固化1h，脱模后素坯切片，得到待干燥的陶瓷素坯，素坯的尺寸为150*150*2mm。

打开电源开关3，旋转上压头上升旋钮2，把上压头8提升至上限位置，为干燥模具的组装提供足够的操作空间；

准备500*500*15mm多孔干燥板2张、500*500*1mm涤纶滤布2张，将第二多孔干燥板放于支撑架上，在第二多孔干燥板上表面铺设第二涤纶滤布，然后单层平铺放置9片片状待干燥的陶瓷素坯(摆放为3排，每排3片)，素坯上表面铺设第一涤纶滤布，第一滤布上方再放置第一多孔干燥板。旋转上压头下降旋钮，采用快速移动档，将上压头下移至与第一多孔干燥板上表面接触，然后换为慢速移动档，调节压力为320N，室温条件下，干燥72h后，旋转上压头上升旋钮，选用慢速移动档，卸去片状陶瓷上的压力，待上压头与第一多孔干燥板分离后，改用快速移动档，将上压头提升至上限位置，移去第一多孔干燥板及第一滤布，依次取出干燥后的片状陶瓷素坯，将滤布及多孔干燥板清理后放入模具柜，将上压头移至下限位置，关闭电源开关，并打扫卫生。

对比例1采用相同工艺制备150*150*2mm片状陶瓷素坯，自然干燥。

效果对比：对比例1中采用自然干燥法，片状陶瓷素坯干燥后表面翘曲度为2.02mm/in，而采用该干燥方法及装置后，片状陶瓷素坯干燥后表面翘曲度减小为0.20mm/in，片状陶瓷面形精度得到了较大的提高。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的装置解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种陶瓷素坯的压力干燥装置，其特征在于：包括，

控制台和工作台，

其中，所述的控制台用于控制所述的工作台；

所述的工作台包括基座、支撑臂、位移移动杆、上压头、下压头和干燥模具，其中，干燥模具至少包括多孔干燥板、滤布、支撑架；

所述的支撑臂为所述的位移移动杆提供移动轨道；所述的位移移动杆用于带动所述上压头作上下移动；所述的上压头用于压紧所述的干燥模具，为待干燥的陶瓷素坯提供压力载荷；

所述的支撑架安装在所述的下压头上；所述的支撑架包括支撑面和支撑柱，支撑面与支撑柱连接，支撑面用于设置多孔干燥板，所述的支撑面上具有多个贯穿孔，支撑柱用于连接下压头。

2.根据权利要求1所述的一种陶瓷素坯的压力干燥装置，其特征在于：

所述的干燥模具可拆卸。

3.根据权利要求1所述的一种陶瓷素坯的压力干燥装置，其特征在于：

所述的控制台包括电源开关、压头升降旋钮和压力显示器。

4.根据权利要求1所述的一种陶瓷素坯的压力干燥装置，其特征在于：

所述的干燥模具包括上干燥模具单元和下干燥模具单元，

其中，所述的上干燥模具单元包括第一多孔干燥板和第一滤布，所述的下干燥模具单元包括第二多孔干燥板、第二滤布、支撑架，

所述的支撑架用于安装在所述的下压头上，所述的支撑架上从下至上依次设置有第二多孔干燥板、第二滤布、第一滤布和第一多孔干燥板，待干燥的陶瓷素坯放置在所述的第一滤布和第二滤布之间。

5.根据权利要求1所述的一种陶瓷素坯的压力干燥装置，其特征在于：

所述的多孔干燥板上具有多个贯穿孔；

或者，

所述的支撑柱的数量大于或等于2。

6.一种陶瓷素坯的压力干燥方法，其特征在于：

采用陶瓷素坯的压力干燥装置对陶瓷素坯进行干燥，所述的压力干燥装置包括控制台和工作台，其中，所述的控制台用于控制所述的工作台；所述的工作台包括基座、支撑臂、位移移动杆、上压头、下压头和干燥模具，

所述的干燥方法包括，

安装干燥模具，所述的干燥模具包括上干燥模具单元和下干燥模具单元，所述的上干燥模具单元包括第一多孔干燥板和第一滤布，所述的下干燥模具单元包括第二多孔干燥板、第二滤布、支撑架，将支撑架置于所述的下压头上，在所述的支撑架上依次铺设第二多孔干燥板和第二滤布，将待干燥的陶瓷素坯放置在所述的第二滤布上，在所述的待干燥的陶瓷素坯上依次铺设第一滤布和第一多孔干燥板；

压力干燥：控制位移移动杆下降，至上压头与第一多孔干燥板接触，继续下降，上压头压紧干燥模具，至预设压力载荷，进行压力干燥。

7.根据权利要求6所述的一种陶瓷素坯的压力干燥方法，其特征在于：

压力干燥步骤中，控制位移移动杆的下降速率为第一速率，至上压头与第一多孔干燥板接触，采用第二速率继续下降，上压头压紧干燥模具，至预设压力载荷，其中，所述的第一速率大于第二速率。

8.根据权利要求6所述的一种陶瓷素坯的压力干燥方法，其特征在于：

所述的预设压力载荷为0.1KPa-1.5KPa。