用于生产陶瓷的方法和装置以及陶瓷产品制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于生产陶瓷和陶瓷产品的方法和装置，该方法包括：将光入射到陶瓷原材料上以至少局部加热该陶瓷原材料并经此制得陶瓷产品，其中所述光的入射同时在陶瓷原材料的至少

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产陶瓷的方法和装置以及陶瓷产品
[0001]本专利技术涉及一种用于生产陶瓷的方法和装置以及陶瓷产品
。
现有技术
[0002]从现有技术已知，陶瓷通常由陶瓷粉末生产，然后通过烧结结合
。
在烧结过程中，温度升高，由此导致粉末成分结合形成成品陶瓷
。
通常在烧结炉中加热粉末以获得陶瓷
。
这也适用于所谓的功能性陶瓷
。
它们属于具有特殊技术性能的特殊陶瓷材料类别
。
[0003]为了通过高温烧结压实陶瓷粉末来生产陶瓷，需要特别耐温的烧结炉
、
大量的能量消耗以及长的处理时间
。
烧结炉由特别耐温的材料制成，并使用很多能量消耗进行加热
。
在此，在烧结炉的内腔中加热陶瓷，经此进行烧结过程
。
然而，这些烧结炉的耐温性也是受到限制的，以致于在某些情况下必须使用烧结助剂
(
例如
Si3N4)
以降低烧结温度
。
一般而言，处理时间为数小时并且需要很多能量
。
[0004]因此仍然希望使陶瓷及其生产更加高效
。
[0005]因此，本专利技术的目的是提供一种方法和装置，利用该方法和装置可以克服现有技术的缺点，并且特别允许更有效地生产陶瓷
。
本专利技术的另一个目的是提供一种克服现有技术的缺点的陶瓷
。

技术实现思路

[0006]该目的根据第一方面通过本专利技术来实现，其提出了一种用于生产陶瓷
(
具有或不具有位错
(Versetzungen))
的方法，该方法包括：将光入射到陶瓷原材料上以至少局部加热该陶瓷原材料并经此制得陶瓷产品，其中所述光的入射同时在陶瓷原材料的至少
0.1mm2的区域面和
/
或超过
20
％的区域面上进行，并且其中入射光的功率密度小于
800W/cm2。
[0007]所述光入射可例如同时在超过
20
％
、
至少
35
％
、
至少
50
％
、
至少
65
％
、
至少
80
％
、
至少
90
％
、
至少
95
％
、
或至少
99
％的陶瓷原材料的区域面上，特别是整个面上
。
[0008]所述光入射可以例如同时在至少
0.1mm2、
至少
0.2mm2、
至少
0.5mm2、
至少
0.01cm2、
至少
0.02cm2、
至少
0.05cm2、
至少
0.1cm2，至少
0.2cm2，至少
0.5cm2，或至少
1.0cm2的区域面上进行，特别是在至少
60
％
、
至少
70
％
、
至少
80
％
、
至少
90
％
、
至少
95
％
、
至少
98
％或至少
99
％的陶瓷原材料的区域面上，例如在整个面上
。
[0009]所述光入射进行的时间为至少
0.1s、
至少
0.5s、
至少
1s、
优选至少
5s、
优选至少
20s
和
/
或最多
10
分钟
、
优选最多8分钟，优选最多5分钟，优选最多3分钟，优选最多1分钟，优选最多
30s
，优选最多
10s。
光入射的功率密度小于
800W/cm2特别用于烧结坯体
。
[0010]除了上述的光入射之外，根据本专利技术的方法还可以包括将具有更高功率密度的光在显著更短的时间内入射到陶瓷原材料上的另一步骤，以至少局部加热该陶瓷原材料并经此制得陶瓷产品，其中所述光的入射同时在陶瓷原材料的
50
％以上的区域面上进行，并且其中入射光的功率密度至少为
800W/cm2，例如至少
1000W/cm2、
至少
2000W/cm2、
至少
4000W/cm2、
至少
10,000W/cm2、
至少
15,000W/cm2、
至少
50,000W/cm2或至少
400,000W/cm2，优选至多
750,000W/cm2、
至多
20,000W/cm2、
至多
8000W/cm2、
至多
10,000W/cm2、
至多
7000W/cm2、
或至多
5000W/cm2。
[0011]入射光的另一步骤尤其发生显著更短的时间，例如最长
100ms(
毫秒
)、
最长
50ms、
最长
40ms、
最长
30ms、
最长
25ms
，或最大
20ms
，和
/
或至少
0.5ms
，至少
1ms
，至少
2ms
，至少
5ms
，或至少
10ms。
鉴于持续时间短，光的进一步入射也可以被称为闪光
。
[0012]在所述另一步骤中的光入射可以例如同时在至少
60
％
、
至少
70
％
、
至少
80
％
、
至少
90
％
、
至少
95
％
、
至少
98
％或至少陶瓷原材料的
99
％的区域面上进行，特别是整个面上
。
[0013]在所述另一步骤中的光入射可以例如同时在至少
0.1mm2、
至少
0.2mm2、
至少
0.5mm2、
至少
0.01cm2、
至少
0.02cm2、
至少
0.05cm2、
至少
0.1cm2，至少
0.2cm2，至少
0.5cm2，或至少
1.0cm2的区域面上进行，特别是在至少
60
％
、
至少
70
％
、
至少
80
％...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
用于生产陶瓷的方法，该方法包括：将光入射到陶瓷原材料上以至少局部加热该陶瓷原材料并经此制得陶瓷产品，其中光的入射同时在陶瓷原材料的至少
0.1mm2的区域面和
/
或超过
20
％的区域面上进行，并且入射光的功率密度小于
800W/cm2。2.
根据权利要求1所述的方法，其中所述局部加热所述陶瓷原材料以如下加热速率进行：
(a)1K/s
或更高，优选
10K/s
或更高，优选
100K/s
或更高，优选
1000K/s
或更高，
(b)10000K/s
或更低，优选
5000K/s
或更低，优选
1000K/s
或更低，和
/
或
(c)
介于
10
与
5000K/s
，优选介于
100
与
2000K/s
，优选介于
100
与
1500K/s
，优选介于
100
与
1000K/s。3.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，特别是局部加热所述陶瓷原材料通过以下的光入射时间段进行：
(a)
至少
0.1
秒
、
至少
0.5
秒
、
至少1秒
、
优选至少5秒
、
优选至少
20
秒，和
/
或
(b)
最多
10
分钟，优选最多8分钟，优选最多5分钟，优选最多3分钟，优选最多1分钟，优选最多
30
秒，优选最多
10
秒，优选地最多5秒，优选地最多3秒，优选地最多1秒
。4.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中局部位错产生密度为
105/cm2或更大，优选
106/cm2或更大，优选
107/cm2或更大，优选
108/cm2或更大
、
优选
109/cm2或更大
、
优选
10
10
/cm2或更大
、
优选
10
11
/cm2。5.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，
(i)
其中所述局部产生的位错位于被光加热的陶瓷材料区域内；
(ii)
其中入射光的功率密度
(a)
在
1W/cm2与
750W/cm2之间，进一步优选在
25W/cm2与
175W/cm2之间，和
/
或
(b)
在小于5秒内实现具有优于5％的精度
、
优选在小于2秒内实现具有优于2％的精度
、
进一步优选在小于1秒内实现具有优于1％的精度的经定义或可定义的目标值并随后稳定；和
/
或
(iii)
其中功率密度和
/
或温度特征可以自由设置
。6.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述陶瓷原材料具有至少一种陶瓷层状复合材料
、
至少一种陶瓷复合材料和
/
或至少一种陶瓷粉末，和
/
或以箔
、
环形带
、
优选长方体压坯的形式和
/
或作为实心体提供
。7.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，
(i)
其中所述陶瓷原材料的厚度在
0.00005mm
与
20mm
之间，优选
0.001mm
与
10mm
之间，优选
0.1mm
与
5mm
之间，优选
0.5mm
与
4.0mm
之间；
(ii)
其中所述陶瓷原材料作为材料具有或由
SrTiO3和
/
或
TiO2组成，和
/
或其中所述陶瓷产品具有或为陶瓷膜；和
/
或
(iii)
其中所述陶瓷原材料具有以下材料中的一种或多种：
(a)
任何陶瓷材料，特别是具有晶体结构的非金属无机材料；
(b)
具有钙钛矿结构
、
尖晶石结构
、
闪锌矿结构
、
纤锌矿结构
、
氯化钠结构或氟化物结构的陶瓷
。(c)
基于钛酸钡
、
锆酸钡
、
锆钛酸铅
、
氧化钛
、
碳化硅
、
氮化硅
、
碳化硼
、
氮化硼
、
二硼化锆
、
氧化镍
、
氧化锌
、
氧化锆
、
钛酸锶
、
氧化镁
、
钛酸锂镧
、
锆酸锂镧
、
钽酸锂镧
、
氧化钴锂
、
氧化锰锂
、
氧化锰镍锂和
/
或氧化铝的陶瓷，各自具有任意的掺杂添加剂和
/
或烧结添加剂以及多种这些材料中的混合物；
(d)
任何金属；或
/
和
(e)
选自包括下列各项的组的一种或多种材料：银
、
锂
、
钯
、
铂
、
金
、
镍
、
钛
、
铝
、
铜
、
铁
、
铌
、
铬
、
钒
、
铱
、
钽
、
锇
、
铼
、
钼
、
钨
、
镁或多种这些金属的合金；
(f)
基本不具有晶体结构且借助于烧结过程成型的任意的非金属无机材料；
(g)
选自包括下列各项的组的一种或多种材料：硅酸盐纤维
、
硼硅酸盐玻璃和硅化硼
。8.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述陶瓷原材料的至少一个区域面
、
特别是侧区域面
、
优选主侧区域面，优选完全或部分被光照射
。9.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，
(i)
其中特别是在陶瓷材料相对于入射光相对的
、
优选连续的移动下，将光并行和
/
或依序地入射到所述陶瓷原材料的多个区域
、
特别是表面区域上，从而经此并行或依序地在陶瓷产品中的多个局部位置上产生位错；
(ii)
其中在加热区域中通过照射产生经定义的几何形状，特别是大区域面的几何形状，该几何形状可设计为正方形或者由用户自由可选择的形状；
(iii)
其中照射具有小于
10
秒
、
优选小于1秒
、
更优选小于
0.1
秒
、
优选小于
0.01
秒
、
更优选小于1毫秒
、
甚至更优选小于
0.1
毫秒的延迟，从而可以降低超过
90
％，和
/
或其中关闭照射达到超过
10K/s、
更优选超过
50K/s、
甚至更优选超过
200K/s
的冷却速率；和
/
或
(iv)
其中可以局部地和
/
或随时间变化地控制温度特征
。10.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述光
(i)
具有在可见光波长范围或不可见光波长范围内，特别是在
UV
范围或可见光范围内的波长，优选仅具有这样的波长，
(ii)
在
200
至
700nm
范围内的波长，优选仅具有这样的波长，
(iii)
由至少一个光源照射，特别是包括至少一个发光二极管
、
至少一个
Xe
闪光灯
、
至少一个激光器
、
至少一个
UV
灯
、
至少一个中压
UV
辐射器和
/
或发射至少一个金属蒸气灯
、
至少一个卤素灯
、
至少一个红外线辐射器，
(iv)
通过光学器件引导到陶瓷原材料上和
/
或，优选聚焦到待加热的区域上，和
/
或
(v)
在表面和
/
或在所述表面的邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：达姆施塔特工业大学，
类型：发明
国别省市：