CN1092619C - 窑具 - Google Patents
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Abstract
本发明包括通过以下步骤生产的窑具：粉磨至少一种选自于堇青石、莫来石、红柱石，矾土和经煅烧形成这些矿物的矿物的原料获得粒径为500μm或更小的粉磨了的粉末；加入0-30wt%的粒径为44μm或更大的碳化硅粉末获得混合粉末；粒化混合粉末获得粒化了的粉末；成型粒化后的粉末获得密实体；焙烧该密实体。由于本发明的窑具采用粒化后的原料生产，所以窑具在表面上和厚度方向上具有均匀的密度，该窑具在窑具所要求的各项性能方面是优异的并具有较长的寿命。由于在生产该窑具的过程中几乎不产生缺陷，所以能希望实现较高的生产率。本发明能适用于较大或较薄的窑具，而这些窑具生产和延长它们的寿命是特别困难的。
Description
本发明涉及包括码放器，底板，基座等的窑具。当通过焙烧生产陶瓷制品时就要用到窑具。陶瓷制品，例如，电子元件，包含卫生陶瓷，瓷砖，绝缘体，铁氧体等。
通常，用于生产窑炉设备，如码放器的主要原料中的颗粒由原料生产公司生产和粉磨。颗粒由粗颗粒，中颗粒，和细颗粒组成。向主要原料中的这些颗粒中加入胶结剂等以获得一种混合物。将混合物捏练，然后将该混合物装入一预定形状的成型模具中。用压力将含有该混合物的成型模具加压以获得密实体。焙烧该密实体获得窑具。
然而，当用前述颗粒构成的原料生产窑具时存在着一些问题。原料在颗粒尺寸上趋向于不均。还有，当将该原料装入成型模具中时原料趋向于分离。这又导致了密实体的密度在厚度方向上和表面上不均。当焙烧该密实体时或使用所得到的制品时这样的不均导致翘曲或破裂，或由于分层、或强度变坏等缺陷窑具的寿命被缩短。当窑炉设备较大或较薄时，这些问题特别明显。因此，制造较大或较薄的窑具或延长它们的寿命特别困难。
在精细陶瓷领域中，为了生产密实的陶瓷烧结体，原料粉末由超细颗粒(几微米)组成。为了提高原料的流动能力和成型模具中原料的堆积能力，通常用喷射干燥机对粉末材料进行粒化处理以增加成型能力等。然而，在窑具领域中，人们强调轻质，耐热等性能，根本没有进行过此粒化处理。
最近，在窑具领域中，出于对改进生产率或节能的考虑，进行了快速烧成。还有，所焙烧的密实体变得越来越大。因此，人们越来越要求改进窑具的性能。
为了解决这些问题，本发明的目的是通过将超细粉原料的粒化处理技术应用到具有较宽的颗粒尺寸组成并用于窑具的原料中来改进窑具的性能并延长其寿命。
本发明提供了一种由以下步骤生产的窑具；粉磨至少一种选自于堇青石，莫来石，红柱石、矾土，和经煅烧形成这些矿物的矿物的原料以便获得粒径为500μm或更小的粉末；向粉磨后的粉末中加入0-30wt％粒径为44μm或更大的碳化硅粉末以便获得混合粉末；粒化该混合粉末获得粒化粉末；成型粒化粉末获得密实体；以及焙烧该密实体。
本发明还涉及一种由以下步骤生产的窑具：将组成为：0-60wt％堇青石粉末，20-65wt％莫来石粉末，25-50wt％红柱石粉末，10-30wt％矾土粉末，而上述各种粉末的粒径都是500μm或更小，和0-30wt％粒径为44-100μm的碳化硅粉末的混合粉末粒化获得粒化粉末，而选择所述各组分的含量的前提为：使所有组分的总含量达到100wt％；
成型该粒化粉末得到密实体；
焙烧该密实体。末；成型该粒化粉末获得密实体；焙烧该密实体。
本发明进一步提供了一种窑具，其中将至少一种作为原料选自于堇青石，莫来石，红柱石，矾土和经煅烧形成这些矿物的矿物的粗颗粒混入将要成型和随后焙烧的所说粒化粉末中。
本发明最重要的特征是不使用通常未经处理的原料颗粒而使用粒化原料颗粒。因此，对原料进行粒化处理控制了在生产过程中，特别是成型过程中原料颗粒尺寸的不均，并确保了原料在成型模具中堆积均匀。结果，获得了内部密度均匀并且没有缺陷，如分层的窑具。
在本发明中，通过混合粒化原料和未处理原料能将不易粒化的较大粒径的原料分散。因此，能够较容易地生产难于成型，干燥等的尺寸较大的制品或较厚的制品，并能获得在制品内部没有任何缺陷的窑具。
进行粒化处理的原料是至少一种选自于堇青石、莫来石、红柱石、矾土，和经煅烧形成这些矿物的矿物的矿物。原料的组成和粒经的分布由窑具的种类，窑炉所使用的领域和温度范围决定。
例如，当生产用于焙烧内墙瓷砖的辊道窑码放器时，原料优选地具有主要含有堇青石或莫来石(它们都具有较小的热膨胀并且抗冲击性优异)，的组成以便密实体能承受包括快速加热和快速冷却的快速烧成。
对于生产用于焙烧电子元件陶瓷的窑具来说，要求1350℃或更大的较高烧成温度，原料优选地具有主要含有莫来石或矾土的组成，它们耐热性优异并与用于电子元件的材料有较低的反应活性。
顺便说，当使用主要含有堇青石的原料时，由于与其它原料相比堇青石具有较低的熔点并且杂质又能降低熔点，所以应使用纯度较高的原料，特别是，原料具有优选99％或更高，更优选99.5％或更高的纯度。
通常向粉磨后的原料中加入一种烧结剂或塑化剂，并粒化所获得的原料。可以将常规有机粘结剂用作塑化剂。然而，出于粘结力和便于处理的考虑，优选地，使用粘土或粘土与有机粘结剂的混合物。当100wt％对应于粉末原料的总重量时，粘土的数量是3-15wt％(内掺)，优选地5-10wt％，以便保持粒化效果并当使用窑具时不降低耐酸性。
人们希望窑具具有较高的热导性并且轻质。因此，可以将热导性优异并且比重较低的碳化硅粉末加入到粉末原料中去。然而，由于微量的碳化硅粉末趋向于被氧化形成氧化硅并导致体积膨胀，所以存在制品膨胀引起的开裂或制品强度降低的问题。因此，碳化硅的数量是粉末原料总重量的30wt％或更低。另外，碳化硅具有44μm或更大，优选44-100μm的粒径。
顺便说，在本发明中，能将包括堇青石，莫来石，红柱石，和/或矾土的原料直接用作粉末原料。另外，经煅烧形成这些矿物的粉末原料能与这些原料一起，或代替这些原料而用作原料。例如，通过以预定的比例混合滑石，矾土，和高岭土并煅烧该混合物能形成堇青石。通过以预定的比例混合二氧化硅和矾土并煅烧该混合物能形成莫来石。通过煅烧氢氧化铝能形成矾土。
原料的组成和粒化原料的粒径分布取决于窑具的种类，使用领域，使用温度范围等。考虑到常规耐火材料对性能的最低要求，粒化原料优选的组成为：(a)至少一种选自于堇青石，莫来石，红柱石，和矾土(它们都具有500μm或更小的粒径)，和经煅烧形成这些矿物的矿物的材料，和(b)粒径为44μm或更大的碳化硅。
例如，原料优选地含有0-60wt％堇青石，20-65wt％莫来石，25-50wt％红柱石，10-30wt％矾土(它们都具有500μm或更小的粒径)，和0-30wt％的粒径为44μm或更大的碳化硅。
没有特别限制粒化处理的方法，并且可以应用使用各种粒化设备，如喷射干燥机，回转粒化器，压力粒化器，挤出粒化器的方法。考虑到在成型模具中原料的堆积能力，每种粒化颗粒具有大约球形的外观。
如果进行粒化处理的粉末原料尺寸足以能够粒化就不特别限制它的粒径。然而，如果粉末原料的粒径较大粒化颗粒则较大。因此，使用粒径通常为500μm或更小，优选300μm或更小的粉磨后的粉末。
粒化粉末优选具有约0.2-5mm的粒径。当粒化颗粒具有小于0.2mm的直径时，所获得的产物在厚度方向趋向于分层，并几乎不能获得厚度为20mm或更大的较厚制品。另一方面，当粒化粉末具有大于5mm的粒径时，在成型模具中的堆积趋向于变得不均，并几乎不能获得厚度为10mm或更小的较薄制品。
用成型方法，如压力成型将在前述方法中获得的粒化粉末成型以获得具有期望外观的密实体。随后，在1100℃或更高，通常为1300℃-1400℃的温度下焙烧所获得的密实体。由于烧成温度取决于构成密实体的原料种类和组成分布等，最合适的温度是变化的。然而，要求烧成温度最低为约1100℃。
还有，在本发明中，能够将前述粒化粉末与至少一种选自于堇青石，莫来石，红柱石，矾土，和经煅烧形成这些矿物的矿物(它们都具有0.3mm或更大的直径)的原料相混合以便进行成型和焙烧。当由此将较粗的未粒化粉末原料与粒化粉末原料相混合时，能够较容易地生产厚度为20mm或更大的较厚的制品，特别是，能够较容易地生产推进炉的基座。
为了避免可能由成型导致的粗颗粒的离析和分离，粒化粉末原料和较粗的未粒化粉末原料都优选地具有约0.3-1.2mm的平均粒径。粒化颗粒与粗颗粒的平均粒径比优选为1∶1-4∶1。特别是，通过使用含有平均粒径都为0.5mm(或更大)±20％的粒化颗粒和粗颗粒的混合物，原料在成型模具中的堆积均匀性能被大大提高。粒化颗粒和未粒化粗颗粒的重量比为8∶1-6∶3。然而，将重量大约相同的两种粉末优选地相互混合以提高堆积的均匀性。
[实施例]
下面参照实施例更详细地描述本发明。然而，这些实施例并不意味着对本发明进行限制。
(实验1-19)
在每个实验中，将组成已示于表1中的原料粉磨到预定的颗粒尺寸。向这些原料中加入作为粘结剂的Kibushi粘土，水，和聚乙烯醇以制备待粒化的料浆。用喷射干燥机对料浆进行粒化获得平均粒径约为0.5mm的粒化粉末。将该粒化粉末装入成型模具中并用水压机在350kg/cm2的压力下进行成型获得尺寸为450mm×450mm×450mm的密实体。将密实体干燥，然后在示于表1中的烧成制度下焙烧获得辊道窑码放器。码放器具有如表1所示的性能。顺便说，在表1中“差σn-1”是通过将码放器分成36片并测量每片的容重来获得的。在表1中的“窑烧次数”是指将码放器放入用于窑烧的辊道窑中直到码放器出现开裂的次数。
表1
| 实验编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 原料组成 | |||||||||
| 矾土(WT％) | 10 | 20 | 15 | 10 | 10 | 10 | 5 | 10 | 10 |
| 莫来石(WT％) | 35 | 50 | 7.0 | 30 | 30 | 20 | 10 | 35 | 35 |
| 红柱石(WT％) | 50 | 25 | 10 | 40 | 40 | 25 | 10 | 45 | 45 |
| 堇青石(WT％) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 40 | 70 | 0 | 0 |
| SiC(WT％) | 0 | 0 | 0 | 15 | 15 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| SiC(μ)颗粒尺寸 | -- | -- | -- | 500-90 | 300-10 | -- | -- | -- | -- |
| 最大粒径(μ) | 300 | 300 | 300 | 500 | 500 | 350 | 350 | 300 | 300 |
| 加入粘土(WT％) | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 10 | 10 |
| 烧成制度烧成温度(℃) | 1400 | 1400 | 1400 | 1400 | 1400 | 1300 | 1300 | 1000 | 1150 |
| 烧成时间(br) | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 10 | 10 | 5 | 5 |
| 表观孔隙度(％) | 17.5 | 21.5 | 19.4 | 20.0 | 19.5 | 22.5 | 28.5 | 19.5 | 17.8 |
| 表观比重 | 3.15 | 3.25 | 3.20 | 3.25 | 3.25 | 2.65 | 2.50 | 3.10 | 3.10 |
| 松散容重 | 2.60 | 2.55 | 2.58 | 2.60 | 2.62 | 2.05 | 1.80 | 2.50 | 2.55 |
| 松散容重的σn-1差 | 0.008 | 0.009 | 0.009 | 0.010 | 0.007 | 0.011 | 0.013 | 0.015 | 0.011 |
| 常规温度下断裂强度(kg/cm2) | 145 | 100 | 75 | 135 | 155 | 80 | 65 | 50 | 60 |
| 1200℃(kg/cm2) | 135 | 110 | 40 | 140 | 170 | 60 | 20 | 10 | 50 |
| 窑烧次数(次数) | 600 | 450 | 35 | 350 | 100 | 550 | 55 | 5 | 150 |
| 总的评价 | ○ | ○ | × | ○ | × | ○ | × | × | △ |
如表1所示，本发明的码放器通常表现出优异的性能。另一方面，在No5中获得的含有颗粒尺寸较小的sic的码放器具有较次的性能。在No8中获得的码放器由于烧成温度太低也具有较次的性能。在No3和No7中获得的码放器可能由于其组成基本上不适合作耐火材料也具有较次的性能。
(实验No10)
向组成与在实验No1中的原料相同的原料中加入作为粘结剂的水和糊精获得混合原料。用Kanto搅拌机捏练该混合原料。在与实验No1相同的条件下，没有粒化捏练的原料，通过成型，干燥，和焙烧来生产辊道窑码放器，所获得的码放器具有示于表2中的性能，其性能不是充分优选的。
表2
| 实验编号 | 10 |
| 表观孔隙度(％) | 17.7 |
| 表观比重 | 3.10 |
| 松散容重 | 2.55 |
| 松散容重σn-1方差 | 0.035 |
| 常规温度下断裂强度(kg/cm2) | 115 |
| 1200℃(kg/cm2) | 95 |
| 窑烧次数(次数) | 150 |
| 总评价 | △～× |
(实验No11-17)
将组成示于表3中的每种原料粉磨至平均粒径为500μm。向粉磨后的原料中加入作为粘结剂的Kibushi粘土水，和羧甲基纤维素。用捏练机捏练该原料。通过捏练机将每种捏练的原料挤出，切割到合适的长度，并粒化成粒径约2mm。将每种粒化粉末原料与示于表3中的莫来石和矾土粗颗粒混合以便变化混合比。用水压机在1t/cm2的压力下成型每种原料获得尺寸为330mm×330mm×330mm的密实体。干燥该密实体并随后在1450℃下进行焙烧获得推进炉的基座。然而，在No12中获得的基座是采用没有向其中混入粗颗粒的粒化粉末原料生产的。此外，在No17中获得的基座是用未粒化原料生产的。顺便说，在表3中的“窑烧次数”是指将基座放入用于窑烧的辊道窑中直到基座出现开裂的次数。
表3
| 实验编号 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| 原料组成 | |||||||
| 矾土(wt％) | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 15 |
| 莫来石(wt％) | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 35 |
| 红柱石(wt％) | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
| 粗颗粒材料 | 莫来石 | -- | 莫来石 | 莫来石 | 矾土 | 矾土 | -- |
| 颗径(mm) | 2 | -- | 0.5 | 0.5 | 2 | 2 | -- |
| 加入的粘土(wt％) | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 粒化颗/粗颗粒重量比 | 80/10 | 90/0 | 60/30 | 80/10 | 60/30 | 80/10 | -- |
| 表观孔隙度(％) | 18.5 | 20.5 | 17.0 | 18.0 | 17.2 | 19.5 | 18.0 |
| 表观比重 | 3.20 | 3.20 | 3.25 | 3.20 | 3.25 | 3.35 | 3.20 |
| 松散容重 | 2.60 | 2.55 | 2.70 | 2.62 | 2.70 | 2.70 | 2.62 |
| 常规温度下断裂强度(kg/cm2) | 135 | 150 | 130 | 135 | 115 | 95 | 105 |
| 1200℃(kg/cm2) | 130 | 135 | 120 | 130 | 105 | 80 | 100 |
| 窑烧次数(次数) | 450 | 200 | 550 | 250 | 220 | 300 | 100 |
| 总评价 | ○ | △ | ○ | △ | △ | ○ | × |
如表3所示，在No1和Nos1-16中由粒化粉末原料和粗颗粒相混合而制得的每个基座与在No12中只用粒化粉末原料制得的基座相比表现出大约相同或更优异的性能。另一方面，在No17中用未粒化原料制得的基座表现出极次的性能。
(实验No18-20)
使用组成与在实验No6中的原料都相同的并且在实验No18，19和20中纯度分别为97.0％，99.0％，和99.5％的原料。在每个实验中，在与实验No6相同的条件下通过粒化，成型，干燥，和烧成来生产辊道窑码放器。每个码放器表现出示于表4中的性能。堇青石纯度较高的码放器表现出更优异的性能。
表4
| 实验编号 | 18 | 19 | 20 |
| 堇青石纯度(％) | 97.0 | 99.0 | 99.5 |
| 表观孔隙度(％) | 21.5 | 23.5 | 22.5 |
| 表观比重 | 2.60 | 2.65 | 2.65 |
| 松散容重 | 2.05 | 2.03 | 2.05 |
| 松散容重的σn-1差 | 0.015 | 0.014 | 0.011 |
| 常规温度下断裂强度(kg/cm2) | 85 | 85 | 80 |
| 1200℃(kg/cm2) | 20 | 50 | 60 |
| 窑烧次数(次数) | 50 | 400 | 550 |
| 总评价 | × | ○ | ○ |
由于采用粒化原料生产本发明的窑具，该窑具在表面上和厚度方向上具有均匀的密度。还有，在窑具所要求的各种性能方面，本窑具是优异的并具有较长的寿命。另外，由于在生产窑具的过程中几乎不产生缺陷，所以能期望实现较高的生产量。本发明能适用于较大或较薄的窑具，而这些窑具生产和延长其寿命是特别困难的。
Claims (5)
1.一种窑具，由以下步骤生产：
将组成为：0-60wt％堇青石粉末，20-65wt％莫来石粉末，25-50wt％红柱石粉末，10-30wt％矾土粉末，而上述各种粉末的粒径都是500μm或更小，和0-30wt％粒径为44-100μm的碳化硅粉末的混合粉末粒化获得粒化粉末，而选择所述各组分的含量的前提为：使所有组分的总含量达到100wt％；
成型该粒化粉末得到密实体；
焙烧该密实体。
2.根据权利要求1的窑具，其中将至少一种作为原料选自于堇青石，莫来石，红柱石和矾土与将要成型并随后焙烧的所说的粒化后的粉末相混合。
3.根据权利要求2的窑具，其中所说粒化粉末的平均粒径比为1∶1-4∶1。
4.根据权利要求2的窑具，其中所说粒化粉末的重量比为8∶1-6∶3。
5.根据权利要求1-3中的任一项的窑具，其中堇青石具有99％或更高的纯度。
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| JPH02267170A (ja) * | 1989-03-28 | 1990-10-31 | Foseco Internatl Ltd | 耐火性支持体とその製造方法 |
| CN1100077A (zh) * | 1993-09-11 | 1995-03-15 | 韩正余 | 莫尔柯特堇青石窑具材料 |
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1995
- 1995-04-11 JP JP7085613A patent/JPH08283073A/ja active Pending
-
1996
- 1996-04-11 CN CN96108419A patent/CN1092619C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08283073A (ja) | 1996-10-29 |
| CN1160029A (zh) | 1997-09-24 |
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