大尺寸厚壁石英陶瓷回转体部件的一次烧成方法技术

本发明专利技术属于陶瓷材料领域，具体涉及一种大尺寸厚壁石英陶瓷回转体部件的一次烧成方法。所述的大尺寸厚壁石英陶瓷回转体部件的一次烧成方法，包括如下步骤：(1)装窑：将石英陶瓷回转体部件生坯放置到窑具上；(2)烧成：将石英陶瓷回转体部件生坯于空气气氛中烧成，控制烧成的四个主要阶段，排水阶段、排塑阶段、高温阶段和保温阶段，烧成完毕，冷至200℃以下，打开窑门，冷至室温，取出，得产品。采用本发明专利技术所述的窑具，结合分阶段烧成，制备得到的石英陶瓷回转体部件成品横向收缩一致，内外密度均匀、无细小裂纹等缺陷，提高了产品合格率，石英陶瓷回转体部件力学、热学等性能满足使用要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于陶瓷材料领域，具体涉及一种大尺寸厚壁石英陶瓷回转体部件的一次烧成方法。
技术介绍
石英陶瓷具有导热性差、膨胀系数小(≤1×10-6/℃)、优异的电性能、耐高温、热稳定性好(加热到1200℃后投入25℃水中不开裂或损坏)、且成本较低等优点，被广泛应用到冶金、建材、化工、国防、科研等领域。大尺寸、厚壁回转体部件素坯(大端直径700mm，壁厚70mm，高度1300mm)，由于尺寸大、壁厚厚、制品笨重，目前注凝成型工艺制备的石英陶瓷回转体部件在烧成过程中容易出现横向收缩不一致，内外密度差异大、细小裂纹甚至开裂等缺陷，一直制约着生产效率和合格率。虽然有针对大尺寸厚壁产品采用二次烧成的方法，不但增加能源、人工成本，生产效率低，并且仍未能有效解决大尺寸厚壁石英制品开裂和形变问题。
技术实现思路
根据以上现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种大尺寸厚壁石英陶瓷回转体部件的一次烧成方法，烧制的石英陶瓷回转体部件横向收缩一致，内外密度均匀、无细小裂纹等缺陷，提高了产品合格率。本专利技术所述的大尺寸厚壁石英陶瓷回转体部件的一次烧成方法，包括如下步骤：(1)装窑：将石英陶瓷回转体部件生坯放置到窑具上；(2)烧成：将石英陶瓷回转体部件生坯于空气气氛中烧成，控制烧成的四个主要阶段，排水阶段、排塑阶段、高温阶段和保温阶段，烧成完毕，冷至200℃以下，打开窑门，冷至室温，取出，得产品；其中：排水阶段：室温～200℃阶段，升温速率为1～5℃/min，于200℃下保温1～3h；排塑阶段：300～550℃阶段，升温速率为0.5～2℃/min，于550℃下保温2～8h；高温阶段：950～烧成温度阶段，升温速率为0.5～1℃/min；保温阶段：烧成温度下保温时间为2～15h，烧成温度为1130～1230℃。温度间隔：200～300℃、550～950℃对烧成结果影响不大，升温速率要求相对宽泛，为节约时间，快速升温即可。通过对石英陶瓷回转体部件生坯做TGA/DSC同步热分析以及试验摸索，确定了石英陶瓷回转体部件烧成的四个主要阶段，排水阶段、排塑阶段、高温阶段和保温阶段。所述的窑具包括窑炉衬板，窑炉衬板上方对应于石英陶瓷回转体部件生坯放置的位置沿圆周方向均匀设置多个第一碳化硅砂层，第一碳化硅砂层上方依次设有第一陶瓷垫板层、陶瓷球层、第二陶瓷垫板层和第二碳化硅砂层，第二碳化硅砂层上方对应于石英陶瓷回转体部件生坯设置陶瓷环层。所述的碳化硅砂的粒径为1～20目。所述的陶瓷垫板为石英陶瓷板、氧化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板中的一种，其宽度大于陶瓷环的宽度。所述的陶瓷球为氧化铝球或碳化硅球。所述的陶瓷球的粒径为2～15mm。所述的陶瓷环为石英陶瓷仿回转体大端面圆形素坯环，内径比石英陶瓷回转体部件生坯内径小0～40mm，外径比石英陶瓷回转体部件外径大0～40mm，高度为20～50mm。所述的石英陶瓷回转体部件生坯放置在窑具的陶瓷环层上。所述的第一碳化硅砂层为至少四个，第一陶瓷垫板层、陶瓷球层、第二陶瓷垫板层和第二碳化硅砂层的个数与第一碳化硅砂层个数相同。每个碳化硅砂层高度一致，每个垫板层高度一致，每个陶瓷球层高度一致，保证最后放置在其上的陶瓷环是水平的。在确保上方设置的陶瓷垫板之间有间隙，且间隙能够保证在烧成过程中收缩后也不接触的情况下，第一碳化硅砂层的数目设置越多，烧成过程中的收缩越均匀，产品的成品率更高。所述的陶瓷环层为一个陶瓷环整体。在烧成过程中，石英陶瓷回转体部件生坯下方的陶瓷环与生坯同步收缩，陶瓷环的收缩带动下方的陶瓷球滚动，从而保证烧成过程中横向收缩一致，内外密度均匀，无细小裂纹，提高其成品率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用本专利技术所述的窑具，结合分阶段烧成，制备得到的石英陶瓷回转体部件成品横向收缩一致，内外密度均匀、无细小裂纹等缺陷，提高了产品合格率，石英陶瓷回转体部件力学、热学等性能满足使用要求。附图说明图1是本专利技术石英陶瓷回转体部件生坯装窑示意图；图中：1、窑炉衬板；2、第一碳化硅砂层；3、第一陶瓷垫板层；4、陶瓷球层；5、第二陶瓷垫板层；6、第二碳化硅砂层；7、陶瓷环层；8、石英陶瓷回转体部件生坯。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例做进一步说明：如图1所示，所述的窑具包括窑炉衬板1，窑炉衬板1上方对应于石英陶瓷回转体部件生坯8放置的位置沿圆周方向均匀设置多个第一碳化硅砂层2，第一碳化硅砂层2上方依次设有第一陶瓷垫板层3、陶瓷球层4、第二陶瓷垫板层5和第二碳化硅砂层6，第二碳化硅砂层6上方对应于石英陶瓷回转体部件生坯8设置陶瓷环层7。第一碳化硅砂层2为四个，第一陶瓷垫板层3、陶瓷球层4、第二陶瓷垫板层5和第二碳化硅砂层6的个数与第一碳化硅砂层2个数相同。实施例1所述的碳化硅砂的粒径为1～20目。所述的陶瓷垫板为氧化铝陶瓷垫板。所述的陶瓷球为氧化铝陶瓷球，粒径为2mm。所述的陶瓷环为石英陶瓷仿回转体部件大端面圆形素坯环，内径为520mm，外径为700mm，高度为20mm。所述的大尺寸厚壁石英陶瓷回转体部件的一次烧成方法，包括如下步骤：(1)将石英陶瓷回转体部件生坯放置到窑具上；(2)烧成：将石英陶瓷回转体部件生坯于空气气氛中烧成，控制烧成的四个主要阶段，排水阶段、排塑阶段、高温阶段和保温阶段，烧成完毕，冷至200℃以下，打开窑门，冷至室温，取出，得产品。其中：排水阶段：室温～200℃阶段，升温速率为1℃/min，于200℃下保温1h；排塑阶段：300～550℃阶段，升温速率为0.5℃/min，于550℃下保温2h；高温阶段：950～1130℃阶段，升温速率为0.5℃/min；保温阶段：1130℃下保温15h。经测试石英陶瓷回转体部件本体根部取样环，内外密度均匀性好(1.81～1.82g/cm3)，抗弯强度53～55MPa，300℃导热系数0.82～0.83W/(m·K)。实施例2所述的碳化硅砂的粒径为1～20目。所述的陶瓷垫板为氧化铝陶瓷垫板。所述的陶瓷球为氧化铝陶瓷球，粒径为15mm。所述的陶瓷环为石英陶瓷仿回转体部件大端面圆形素坯环，内径为540mm，外径为720mm，高度为50mm。所述的大尺寸厚壁石英陶瓷回转体部件的一次烧成方法，包括如下步骤：(1)将石英陶瓷回转体部件生坯放置到窑具上；(2)烧成：将石英陶瓷回转体部件生坯于空气气氛中烧成，控制烧成的四个主要阶段，排水阶段、排塑阶段、高温阶段和保温阶段，烧成完毕，冷至200℃以下，打开窑门，冷至室温，取出，得产品。其中：排水阶段：室温～200℃阶段，升温速率为5℃/min，于200℃下保温3h；排塑阶段：300～550℃阶段，升温速率为2℃/min，于550℃下保温8h；高温阶段：950～1230℃阶段，升温速率为1℃/min；保温阶段：1230℃下保温2h。经测试石英陶瓷回转体部件本体根部取样环，内外密度均匀性好(1.84～1.85g/cm3)，抗弯强度58～62MPa，300℃导热系数0.93～0.95W/(m·K)。实施例3所述的碳化硅砂的粒径为1～20目。所述的陶瓷垫板为氧化铝陶瓷垫板。所述的陶瓷球为氧化铝陶瓷球，粒径为5mm。所述的陶瓷环为石英陶瓷仿回转体部件大端面圆形素坯环，内径为550mm，外径为710mm，高度为3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大尺寸厚壁石英陶瓷回转体部件的一次烧成方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)装窑：将石英陶瓷回转体部件生坯放置到窑具上；(2)烧成：将石英陶瓷回转体部件生坯于空气气氛中烧成，控制烧成的四个主要阶段，排水阶段、排塑阶段、高温阶段和保温阶段，烧成完毕，冷至200℃以下，打开窑门，冷至室温，取出，得产品；其中：排水阶段：室温～200℃阶段，升温速率为1～5℃/min，于200℃下保温1～3h；排塑阶段：300～550℃阶段，升温速率为0.5～2℃/min，于550℃下保温2～8h；高温阶段：950～烧成温度阶段，升温速率为0.5～1℃/min；保温阶段：烧成温度下保温时间为2～15h，烧成温度为1130～1230℃。

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸厚壁石英陶瓷回转体部件的一次烧成方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)装窑：将石英陶瓷回转体部件生坯放置到窑具上；(2)烧成：将石英陶瓷回转体部件生坯于空气气氛中烧成，控制烧成的四个主要阶段，排水阶段、排塑阶段、高温阶段和保温阶段，烧成完毕，冷至200℃以下，打开窑门，冷至室温，取出，得产品；其中：排水阶段：室温～200℃阶段，升温速率为1～5℃/min，于200℃下保温1～3h；排塑阶段：300～550℃阶段，升温速率为0.5～2℃/min，于550℃下保温2～8h；高温阶段：950～烧成温度阶段，升温速率为0.5～1℃/min；保温阶段：烧成温度下保温时间为2～15h，烧成温度为1130～1230℃。2.根据权利要求1所述的大尺寸厚壁石英陶瓷回转体部件的一次烧成方法，其特征在于：所述的窑具包括窑炉衬板(1)，窑炉衬板(1)上方对应于石英陶瓷回转体部件生坯(8)放置的位置沿圆周方向均匀设置多个第一碳化硅砂层(2)，第一碳化硅砂层(2)上方依次设有第一陶瓷垫板层(3)、陶瓷球层(4)、第二陶瓷垫板层(5)和第二碳化硅砂层(6)，第二碳化硅砂层(6)上方对应于石英陶瓷回转体部件生坯(8)设置陶瓷环层(7)。3.根据权利要求2所述的大尺寸厚壁石英陶瓷回转...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红彬，邢政鹏，孙成功，栾强，杨显峰，翟萍，于海杰，姜立平，程洪浩，
申请(专利权)人：山东工业陶瓷研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37