CN203820923U - 一种用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种氧化锆陶瓷砖，旨在提供一种用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖。该实用新型的砖体横截面具有内、外两条同心圆弧曲线；所述砖体中的氧化锆晶体质量含量在99.9%以上，砖体内均匀分布直径为0.1～0.3cm的微小气孔，微小气孔的分布密度为5～15个/cm³，所述微小气孔是由塑料纤维在高温下挥发而形成；砖体的首端呈箭头状凸出，尾端呈箭头状凹陷，使若干个相邻砖体能够通过首尾端相接的方式实现无缝隙配合并构成一个圆环体。本实用新型的有益效果有：极高的熔点和抗氧化性，有效降低炉室内的杂质氧化物含量，提高晶体质量；陶瓷砖的整体强度提高，表面性能改善，提高氧化锆陶瓷砖的使用寿命。

Description

一种用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖

技术领域

本实用新型涉及一种氧化锆陶瓷砖，特别涉及一种用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖。

背景技术

蓝宝石晶体作为一种具有优异光学性能、机械性能和化学稳定性的功能材料，具有强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀等诸多优点，被广泛的应用于军事、航空航天、激光技术、高档日用品等领域。另外，蓝宝石又作为一种重要的技术晶体，以其独特的晶格结构，良好的物理化学性质成为LED发光二极管半导体照明等最理想衬底材料。

目前生长大尺寸蓝宝石晶体最主流的方法是泡生法。蓝宝石单晶的制备周期长，且晶体的生长需要一个恒定的温度场。泡生法采用加热体通过电流产生热量的方式形成一个温度场。炉内的热量等于系统产生的热量减去系统流出的热量。系统流出的热量主要为冷却水从炉壁带走的热量。

为了维持炉室内部稳定的温度场，系统流出的热量越多，系统所需产生的热量就越多，功率消耗也就越大。传统的蓝宝石晶体生长设备保温层多采用钼隔热屏的形式，一般做成多层的结构，虽可满足结晶要求，但是热量损失比较严重，温度场控制困难，且使用寿命短，使用成本高。为弥补钼隔热屏的不足，有人提出了一种采用氧化锆纤维作为保温材料的保温层结构。此种保温层结构采用的氧化锆纤维为异型实心结构，虽能提高保温层的保温性能，但由于为实心结构，为维持温度梯度和改善调温敏感性，需采用内外多层结构，提高使用成本。且为方便安装，氧化锆纤维有异型突起，造成加工困难，增加生产成本，且由于纤维强度低，很容易在安装和使用过程中造成损坏。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖。

为解决技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖，其砖体横截面具有内、外两条同心圆弧曲线；所述砖体中的氧化锆晶体质量含量在99.9%以上，砖体内均匀分布直径为0.1～0.3cm的微小气孔，微小气孔的分布密度为5～15个/cm³；砖体的首端呈箭头状凸出，尾端呈箭头状凹陷，使若干个相邻砖体能够通过首尾端相接的方式实现无缝隙配合并构成一个圆环体。

本实用新型中，所述砖体横截面内、外两条曲线的圆心角为360°/N，其中N为大于1的自然数。

本实用新型中，所述砖体首端和尾端的箭头状的角度范围取值为30°～150°。

所述用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖的生产方法，包括以下步骤：

步骤A：破碎筛选：先将氧化锆晶体经破碎机破碎，然后通过振动筛将氧化锆晶体颗粒筛选分为大、中、小三种颗粒，其中，大颗粒直径：1～3mm，中颗粒直径：0.25～1mm，小颗粒直径：小于0.25mm；

步骤B：除铁：将经过筛选的氧化锆晶体颗粒通过自动除铁机或手动除铁机除去磁性铁以及磁性矿物杂质；

步骤C：制浆：将三种规格的氧化锆晶体颗粒、塑料纤维和纯净水混合后放入搅拌机内进行充分搅拌混合；

步骤D：成型：将充分混合的浆料填入模具中，采用静压成型工艺获得所需尺寸规格的氧化锆陶瓷砖生坯；

步骤E：烘干：将氧化锆陶瓷砖生坯放入烘箱中烘干，确保氧化锆陶瓷砖生坯均匀干燥；

步骤F：烧结成型：将烘干后的氧化锆陶瓷砖生坯放入烧结炉中高温烧结；

用于混合的大、中、小三种氧化锆晶体颗粒，以及塑料纤维和纯净水的质量应同时满足以下公式：

$m_L=\frac{1}{16}\mathrm{\π}(R^2-r^2)\mathrm{\ρh}-\frac{1}{2}(m_c+m_w);$

$m_m=\frac{3}{80}\mathrm{\π}(R^2-r^2)\mathrm{\ρh}-\frac{3}{10}(m_c+m_w);$

$m_b=\frac{1}{40}\mathrm{\π}(R^2-r^2)\mathrm{\ρh}-\frac{1}{5}(m_c+m_w);$

其中，m_L为氧化锆晶体小颗粒质量，m_m为氧化锆晶体中颗粒质量，m_b为氧化锆晶体大颗粒质量，m_c为塑料纤维质量，m_w为纯净水质量，质量单位符号均为g；R为砖体的横截面圆弧曲线的外径，r为砖体的横截面圆弧曲线的内径，直径单位符号均为mm；ρ为氧化锆陶瓷砖目标密度，单位符号为g/mm³；h为砖体的高度，单位符号为mm。

所述静压成型工艺包括一次填料静压成型和二次填料静压成型，即先将一次填料装入模具中，并用静压机静压成型，其中，

一次填料的质量 $m_1=\frac{4}{5}(m_L+m_m+m_b+m_c+m_w),$ 单位符号为g；

压力曲线满足公式 $P_1=K_1\frac{e^t-e^{-t}}{e^t+e^{-t}}\ln \left(\frac{1-D}{1-D_0}\right),$ 单位符号为Pa：

式中，K₁为一次填料加压系数，单位符号为Pa；t为加压时间，单位符号为s；D为氧化锆陶瓷砖目标相对密度，D₀为氧化锆陶瓷砖粉末松装相对密度；

释压后，再将二次填料填入模具中，并用静压机静压成型，

其中，二次填料的质量 $m_2=\frac{1}{5}(m_L+m_m+m_b+m_c+m_w),$ 单位符号为g；

压力曲线满足公式单位符号为Pa；式中，K₂为二次填料加压系数，单位符号为Pa；

又释压后，将静压成型后的氧化锆陶瓷砖生坯从模具中取出。

所述氧化锆陶瓷砖的烘干温度为70℃～90℃，烘干时间不少于8小时。

所述氧化锆陶瓷砖的高温烧结温度为1000℃～2000℃，且保温时间不少于12小时。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种用于蓝宝石晶体生长设备保温层的氧化锆陶瓷砖，其包括扇面形状的砖体，砖体内分布有大量的微小圆形气孔。陶瓷砖中氧化锆晶体质量含量在99.9％以上，具有极高的熔点和抗氧化性，同时有效降低炉室内的杂质氧化物含量，提高晶体质量。组成氧化锆陶瓷砖的晶体颗粒分大、中、小按一定比例构成，能有效提高陶瓷砖的整体强度，改善表面性能，从而极大提高氧化锆陶瓷砖的使用寿命。

砖体内分布的大量微小圆形气孔，既能降低氧化锆陶瓷砖的密度，降低制造成本，同时能有效降低氧化锆陶瓷砖的导热系数，提高整个保温层的保温性能，改善炉室内温度梯度，降低晶体生长过程中损耗功率，明显缩短长晶周期。

附图说明

图1为本实用新型中用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖的砖体结构示意图；

图2为本实用新型中氧化锆陶瓷砖单层安装结构示意图；

附图标记：1、砖体，2、箭头状凸出，3、箭头状凹陷。

具体实施方式

以下的实施例可以使本专业技术领域的技术人员更全面的了解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖，其砖体横截面具有内、外两条同心圆弧曲线；所述砖体中的氧化锆晶体质量含量在99.9%以上，砖体内均匀分布直径为0.1～0.3cm的微小气孔，微小气孔的分布密度为5～15个/cm³，微小气孔是由塑料纤维在300℃～600℃的高温下挥发而形成；砖体的首端呈箭头状凸出2，尾端呈箭头状凹陷3，使若干个相邻砖体能够通过首尾端相接的方式实现无缝隙配合并构成一个圆环体。

如图2所示，砖体横截面内、外两条圆弧曲线的圆心角为45°，即由8个横截面内、外圆弧曲线圆心角45°的砖体的首、尾端依次相连构成该圆环体。

所述用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖的生产方法如下：

步骤1：破碎筛选，取高纯度的氧化锆人工晶体，经破碎机破碎后，通过振动筛将颗粒筛选分为大、中、小三种颗粒，其中，大颗粒直径1-3mm，中颗粒直径0.25-1mm，小颗粒直径小于0.25mm。

步骤2：除铁，将经过筛选的颗粒通过自动除铁机或手动除铁机除去磁性铁及磁性矿物等杂质。

步骤3：制浆，取氧化锆晶体小颗粒、中颗粒、大颗粒的质量分别为

$m_L=\frac{1}{16}\mathrm{\π}(R^2-r^2)\mathrm{\ρh}-\frac{1}{2}(m_c+m_w),m_m=\frac{3}{80}\mathrm{\π}(R^2-r^2)\mathrm{\ρh}-\frac{3}{10}(m_c+m_w),$

$m_b=\frac{1}{40}\mathrm{\π}(R^2-r^2)\mathrm{\ρh}-\frac{1}{5}(m_c+m_w),$

并与塑料纤维质量m_c、纯净水质量m_w按上述公式中的比例关系进行混合，放入搅拌机中搅拌1个小时，使物料充分混合。式中，R为氧化锆陶瓷砖横截面外径，单位符号均为mm；r为氧化锆陶瓷砖横截面内径，单位符号均为mm；ρ为氧化锆陶瓷砖目标密度，单位符号为g/mm³；h为氧化锆陶瓷砖高度，单位符号均为mm。

步骤4：成型，取混合均匀后的物料 $m_1=\frac{4}{5}(m_L+m_m+m_b+m_c+m_w),$ 单位符号为g；装入聚乙烯薄膜袋，然后一起放入洁净的模具中，用静压机静压成型，设定压力曲线满足公式 $P_1=K_1\frac{e^t-e^{-t}}{e^t+e^{-t}}\ln \left(\frac{1-D}{1-D_0}\right),$ 单位符号为Pa；

其中，K₁为一次填料加压系数，单位符号均为Pa；t为加压时间，单位符号均为s；D为氧化锆陶瓷砖目标相对密度；D₀为氧化锆陶瓷砖粉末松装相对密度；

5分钟后，缓慢释压，取出，打开聚乙烯薄膜袋，将剩余混合后的物料填入，再次放入模具中静压成型，设定压力曲线满足公式 $P_2=K_2\frac{e^t-e^{-t}}{e^t+e^{-t}}\ln \left(\frac{1-D}{1-D_0}\right),$ 单位符号为Pa；

其中，K₂为二次填料加压系数，单位符号均为Pa。

又5分钟后，缓慢释压，将静压成型后的氧化锆陶瓷砖从模具中取出。

其中，填料加压系数K₁、K₂根据实验所得优选值来确定。

步骤5：烘干，将氧化锆陶瓷砖外表面的聚乙烯薄膜袋去除，放入烘箱中，设定温度80℃～90℃，保温8小时。

步骤6：烧结成型，将烘干的氧化锆陶瓷砖生坯从烘箱中取出，放入高温烧结炉中，四周均匀铺放干燥剂。关闭烧结炉的炉门，设定烧结温度1000℃～1500℃，保温48小时后自然冷却，取出。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖，其砖体横截面具有内、外两条同心圆弧曲线；其特征在于，砖体内均匀分布直径为0.1～0.3cm的微小气孔，微小气孔的分布密度为5～15个/cm³；砖体的首端呈箭头状凸出，尾端呈箭头状凹陷，使若干个相邻砖体能够通过首尾端相接的方式实现无缝隙配合并构成一个圆环体。

2.根据权利要求1中所述的用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖，其特征在于，所述砖体横截面内、外两条曲线的圆心角为360°/N，其中N为大于1的自然数。

3.根据权利要求1中所述的用于蓝宝石炉保温层的氧化锆陶瓷砖，其特征在于，所述砖体首端和尾端的箭头状的角度范围取值为30°～150°。