本發明(ming)屬于石(shi)(shi)英(ying)陶瓷制(zhi)備領域(yu)，具體涉及一(yi)種復(fu)雜結構石(shi)(shi)英(ying)陶瓷制(zhi)品的制(zhi)備方法。
背景技術：
石(shi)(shi)英(ying)(ying)陶瓷(ci)(ci)是指以石(shi)(shi)英(ying)(ying)玻璃或者熔融石(shi)(shi)英(ying)(ying)為原料，經破(po)碎、成型(xing)、燒(shao)成等(deng)一系列陶瓷(ci)(ci)制(zhi)作(zuo)工(gong)藝制(zhi)備的(de)制(zhi)品(pin)，又(you)稱為熔融石(shi)(shi)英(ying)(ying)陶瓷(ci)(ci)、石(shi)(shi)英(ying)(ying)玻璃陶瓷(ci)(ci)、石(shi)(shi)英(ying)(ying)玻璃燒(shao)結制(zhi)品(pin)等(deng)。石(shi)(shi)英(ying)(ying)陶瓷(ci)(ci)由(you)于(yu)具有熱膨脹系數好、熱震穩定(ding)性(xing)好、耐化學侵蝕性(xing)號(hao)等(deng)優點，得到(dao)了(le)廣泛的(de)應(ying)用。但(dan)是，由(you)于(yu)石(shi)(shi)英(ying)(ying)陶瓷(ci)(ci)粘度大，揮(hui)發性(xing)也(ye)隨(sui)著溫度的(de)升高而增加，故而難以用通常生(sheng)產硅(gui)酸鹽玻璃制(zhi)品(pin)的(de)工(gong)藝來生(sheng)產大型(xing)的(de)形狀(zhuang)復(fu)雜的(de)石(shi)(shi)英(ying)(ying)陶瓷(ci)(ci)制(zhi)品(pin)。
目(mu)前的(de)技術中大都采用石膏(gao)模(mo)(mo)型泥漿澆(jiao)注成(cheng)型的(de)方(fang)法(fa)來生產石英陶(tao)瓷(ci)(ci)類(lei)制(zhi)品(pin)(pin)，該方(fang)法(fa)有以下缺點：1）利用石膏(gao)模(mo)(mo)型，石英陶(tao)瓷(ci)(ci)制(zhi)品(pin)(pin)的(de)外觀形狀容易(yi)(yi)保證，但是(shi)內(nei)部(bu)結構無(wu)法(fa)保證，一旦模(mo)(mo)型過于復雜或(huo)者不均勻(yun)，陶(tao)瓷(ci)(ci)制(zhi)品(pin)(pin)內(nei)部(bu)易(yi)(yi)出現氣(qi)泡(pao)、團聚等現象；2）無(wu)法(fa)制(zhi)備成(cheng)型厚(hou)度(du)較大和形狀復雜的(de)石英陶(tao)瓷(ci)(ci)制(zhi)品(pin)(pin)；3）無(wu)法(fa)利用粒度(du)較大的(de)原(yuan)料。
技術實現要素：
考(kao)慮到現有技(ji)術中(zhong)制備(bei)石英(ying)陶(tao)瓷(ci)制品(pin)工藝中(zhong)存(cun)在(zai)的問(wen)題(ti)(ti)，本(ben)發明中(zhong)一改現有技(ji)術中(zhong)采用水作為石英(ying)粉料(liao)料(liao)漿中(zhong)的液相，而是將石英(ying)粉料(liao)在(zai)添加(jia)了(le)助劑(ji)之后與融化的粘結劑(ji)進行混合，增強(qiang)了(le)其(qi)流(liu)動性和粉料(liao)之間的連接力，良好的解決了(le)形狀(zhuang)和內部結構較為復雜(za)的石英(ying)陶(tao)瓷(ci)制品(pin)的成型問(wen)題(ti)(ti)。
本發明所要解決的(de)技(ji)術問題(ti)通過(guo)以(yi)下(xia)步(bu)驟予以(yi)實(shi)現：
本發明提供(gong)的(de)一種復雜結構石英陶(tao)瓷制品(pin)的(de)制備方(fang)法，包括如下步驟：
A、將(jiang)高(gao)純(chun)(chun)熔融(rong)(rong)石(shi)(shi)英粉(fen)(fen)料進行混合，其中(zhong)熔融(rong)(rong)石(shi)(shi)英粉(fen)(fen)料的(de)粒度分布(bu)及所占質量分數為：5-8μm，2-5wt%；8-21μm，6-8wt%；21-58μm，10-20wt%；58-114μm，35-39wt%；114-160μm，18-25 wt %；160-175μm，8-15 wt %；將(jiang)上述高(gao)純(chun)(chun)熔融(rong)(rong)石(shi)(shi)英粉(fen)(fen)料加入占石(shi)(shi)英粉(fen)(fen)料質量為0.35-0.42%的(de)乳酸和0.1-0.2%碳(tan)酸氫三鈉，攪拌(ban)均勻得到(dao)混合粉(fen)(fen)料；
B、稱取(qu)占步(bu)(bu)驟A中(zhong)石英(ying)粉料(liao)質量(liang)10-18%的粘(zhan)結(jie)劑，在水浴中(zhong)加熱融化(hua)，然后將步(bu)(bu)驟A中(zhong)制備(bei)的混合粉料(liao)倒入粘(zhan)結(jie)劑中(zhong)，攪拌(ban)均勻，得到漿料(liao)；
所述粘結劑的成分及質量百分數(shu)為：聚乙烯蠟60-75wt%、凡士林15-25wt%、蜂蠟5-10wt%、松香2-5wt%；
C、將步驟(zou)B中(zhong)制得(de)的漿料注入至模具中(zhong)，利用(yong)模具的冷卻系統對漿料進行降(jiang)溫(wen)使(shi)其冷卻凝固，取出成型坯體；
D、將(jiang)步驟C中的成(cheng)型坯體進(jin)行加熱，直至(zhi)成(cheng)型坯體中的聚(ju)乙烯蠟和凡士(shi)林全部蒸(zheng)發或者流出，再將(jiang)爐(lu)溫升至(zhi)1050-1250℃進(jin)行燒制，保溫4-6h，隨爐(lu)冷卻，即得到所需石英陶瓷(ci)制品(pin)。
本發明中嚴格控(kong)制(zhi)熔融(rong)石英粉料的(de)粒度范圍和(he)所占的(de)質(zhi)量(liang)(liang)百分比(bi)，并添加(jia)適量(liang)(liang)乳(ru)酸和(he)碳酸氫三鈉作為表面活性(xing)劑，主(zhu)要目的(de)是使熔融(rong)石英粉料能夠均(jun)勻分散(san)在粘(zhan)結劑中，并且有(you)助于增強漿料的(de)流動性(xing)。粘(zhan)結劑采用聚乙烯(xi)(xi)蠟、凡士林(lin)、蜂蠟和(he)松香的(de)混(hun)合物(wu)，其中質(zhi)量(liang)(liang)穩定流動性(xing)好的(de)聚乙烯(xi)(xi)蠟作為粘(zhan)結劑的(de)主(zhu)體成分，再進(jin)一步(bu)優選，聚乙烯(xi)(xi)蠟分子量(liang)(liang)為1500-1650。
進一步(bu)優選原料(liao)，步(bu)驟A中的高純(chun)熔融石英粉(fen)料(liao)純(chun)度(du)大于99.99wt%。
進一步地，步驟A中的高純熔融石英粉料中還加入占其質量百分比為0.5-1.0%的Si3N4粉體、Al2O3粉(fen)體(ti)、MgO粉(fen)體(ti)中(zhong)的(de)一種(zhong)。所述添(tian)加(jia)的(de)粉(fen)體(ti)粒徑為(wei)20-60μm。該步驟中(zhong)添(tian)加(jia)的(de)礦物粉(fen)體(ti)一方面(mian)可作為(wei)燒結(jie)助劑存(cun)在，另一方面(mian)適量(liang)添(tian)加(jia)上(shang)述粉(fen)體(ti)可有效抑制(zhi)在燒結(jie)過程中(zhong)的(de)析晶過程，減(jian)少石(shi)英陶(tao)瓷制(zhi)品內部缺(que)陷。
進一步(bu)優選地(di)，步(bu)驟B中(zhong)融化(hua)粘結(jie)劑(ji)的水浴溫度為80-95℃。
進一(yi)步(bu)優選(xuan)地，步(bu)驟C中(zhong)加(jia)熱成(cheng)型(xing)坯(pi)體(ti)至聚(ju)乙烯蠟(la)(la)和凡士林(lin)全部蒸(zheng)發或者流出(chu)的環境溫度為120-150℃。再進一(yi)步(bu)優選(xuan)范圍，步(bu)驟C中(zhong)加(jia)熱成(cheng)型(xing)坯(pi)體(ti)至聚(ju)乙烯蠟(la)(la)和凡士林(lin)全部蒸(zheng)發或者流出(chu)的環境溫度為135-140℃。
進一步(bu)(bu)地，步(bu)(bu)驟D中燒制成型步(bu)(bu)驟具體為：以4-6℃/min由室溫(wen)升(sheng)(sheng)至(zhi)600℃，保(bao)(bao)溫(wen)20min后(hou)，再(zai)以7-10℃/min升(sheng)(sheng)至(zhi)1050-1250℃，保(bao)(bao)溫(wen)后(hou)隨(sui)爐冷卻。
熔融石英(ying)陶瓷受到方石英(ying)析晶(jing)的(de)影(ying)響，燒(shao)制(zhi)成型的(de)溫(wen)(wen)度(du)不(bu)宜超(chao)過(guo)1300℃。本發(fa)明中先升溫(wen)(wen)至600℃，然后通(tong)過(guo)快速(su)升溫(wen)(wen)至所(suo)需燒(shao)結溫(wen)(wen)度(du)，可(ke)在最大程(cheng)(cheng)度(du)上控制(zhi)燒(shao)制(zhi)成型的(de)收縮率。添加適量(liang)的(de)燒(shao)結助劑有助于進一步提高注(zhu)凝成型制(zhi)品(pin)的(de)燒(shao)結程(cheng)(cheng)度(du)和致密(mi)程(cheng)(cheng)度(du)。
本發明具有如下有益(yi)效果：
1、本發(fa)明(ming)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)石英陶瓷(ci)制(zhi)品(pin)的(de)(de)(de)(de)制(zhi)備方(fang)法不采用(yong)現有(you)技術中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)石膏模型泥漿澆注成(cheng)型的(de)(de)(de)(de)方(fang)法，而是采用(yong)將石英粉料在添加(jia)了助(zhu)劑之后(hou)與融化的(de)(de)(de)(de)粘結(jie)(jie)劑進行混合，然后(hou)通過加(jia)熱除(chu)去(qu)粘結(jie)(jie)劑，最(zui)后(hou)進行燒制(zhi)的(de)(de)(de)(de)工藝過程，利用(yong)本發(fa)明(ming)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法增強了粉體漿料的(de)(de)(de)(de)流動性和粉料顆(ke)粒之間的(de)(de)(de)(de)連接力(li)，良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)解決了形狀和內部結(jie)(jie)構較為復(fu)雜的(de)(de)(de)(de)石英陶瓷(ci)制(zhi)品(pin)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)型問題。
2、通過本發明中提供的(de)方法可制(zhi)備(bei)出設(she)計(ji)較(jiao)為(wei)復雜結構的(de)石英陶(tao)瓷(ci)制(zhi)品(pin)，而且制(zhi)備(bei)得到的(de)石英陶(tao)瓷(ci)制(zhi)品(pin)外觀良(liang)好、內部(bu)缺(que)陷(xian)少。
具體實施方式
下面通過實施(shi)例對本發(fa)明的內容進行進一步(bu)的描述(shu)。
實施例1
步驟1：粉料混合
選擇的高純(chun)熔融石(shi)英粉料(liao)原(yuan)料(liao)純(chun)度(du)大(da)于99.99wt%。
將所選擇(ze)的熔融石英粉料(liao)進行混合，其中熔融石英粉料(liao)的粒度(du)分(fen)布及(ji)所占質(zhi)量分(fen)數(shu)為：5-8μm，4wt%；8-21μm，8wt%；21-58μm，20wt%；58-114μm，39wt%；114-160μm，19 wt %；160-175μm，10wt %；將上述高純熔融石英粉料(liao)加(jia)入占石英粉料(liao)質(zhi)量為0.4%的乳(ru)酸和(he)0.15%碳酸氫三(san)鈉，攪拌均勻得(de)到混合粉料(liao)。
步驟2：制備漿料
將(jiang)75wt%聚乙烯(xi)蠟(la)、18wt%凡士林(lin)、5wt%蜂(feng)蠟(la)、2wt%松香進行混合(he)制成粘結(jie)劑(ji)，在90℃水浴中加熱融化，然(ran)后將(jiang)步驟1中的(de)(de)混合(he)粉料倒入粘結(jie)劑(ji)中，攪拌均勻，得到漿料，其中粘結(jie)劑(ji)質(zhi)量為步驟1中石(shi)英粉料質(zhi)量的(de)(de)16%。
粘結劑(ji)中使用的(de)(de)聚乙烯蠟分(fen)子量(liang)為1500-1650，聚乙烯蠟分(fen)子量(liang)太小易揮發(fa)，一旦超過(guo)1650則流(liu)動性會達(da)不到要(yao)求。該步驟中所(suo)選(xuan)擇(ze)的(de)(de)凡士林也同樣如此進行選(xuan)擇(ze)，可盡量(liang)選(xuan)擇(ze)市售產(chan)品(pin)中分(fen)子量(liang)較小的(de)(de)產(chan)品(pin)，流(liu)動性更好。
步驟3：制坯、燒成
將(jiang)步驟2中(zhong)制得的漿料注入至模具(ju)中(zhong)，利用(yong)模具(ju)的冷卻系統(tong)對漿料進行降溫使其冷卻凝固，取出成型坯體(ti)。
將成(cheng)型坯(pi)體(ti)在140℃條件下持續加熱，直(zhi)至成(cheng)型坯(pi)體(ti)中的聚(ju)乙(yi)烯(xi)蠟(la)和(he)凡士林(lin)全部蒸發(fa)或者流出，再(zai)將爐溫(wen)(wen)升(sheng)至1200℃進行燒(shao)制(zhi)，保(bao)溫(wen)(wen)6h，隨爐冷卻，即(ji)得到所(suo)需石英陶(tao)瓷制(zhi)品。燒(shao)制(zhi)成(cheng)型步驟具體(ti)為(wei)：以5℃/min由(you)室(shi)溫(wen)(wen)升(sheng)至600℃，保(bao)溫(wen)(wen)20min后(hou)，再(zai)以10℃/min升(sheng)至1200℃，保(bao)溫(wen)(wen)后(hou)隨爐冷卻。
實施例2
本實施例中工藝條件及原料與實施例1保持一致，不同點在于：步驟1中高純熔融石英粉料中還添加有占其質量百分比為0.6%的Si3N4粉體。粉體粒徑為30μm。
實施例3
本實施例中工藝條件及原料與實施例1保持一致，不同點在于：步驟1中高純熔融石英粉料中還添加有占其質量百分比為1%的Al2O3粉(fen)體。粉(fen)體粒徑為30μm。
實施例4
本實施(shi)例中工藝條件(jian)及原(yuan)料與實施(shi)例1保持一致，不(bu)同點在(zai)于：步驟1中高純熔融石英粉(fen)料中還添加有占其質量百分(fen)比為1%的MgO粉(fen)體(ti)。粉(fen)體(ti)粒徑為30μm。
實(shi)施(shi)例1-4中燒(shao)(shao)制(zhi)(zhi)出的(de)石英(ying)陶(tao)瓷制(zhi)(zhi)品表面光潔平整，外(wai)觀無(wu)(wu)可見缺陷，通過機(ji)械切割方(fang)式(shi)觀察內部燒(shao)(shao)制(zhi)(zhi)的(de)情況，也未觀察到明(ming)顯缺陷。相(xiang)比起普通泥漿澆注制(zhi)(zhi)備(bei)的(de)石英(ying)陶(tao)瓷制(zhi)(zhi)品，實(shi)施(shi)例中的(de)陶(tao)瓷制(zhi)(zhi)品內部幾乎(hu)無(wu)(wu)缺陷（無(wu)(wu)氣泡無(wu)(wu)凸(tu)起），適用于制(zhi)(zhi)備(bei)復雜結構的(de)石英(ying)陶(tao)瓷制(zhi)(zhi)品。
最后需要(yao)說明(ming)的(de)是，以上實(shi)施(shi)例(li)僅(jin)用(yong)以說明(ming)本(ben)發(fa)明(ming)實(shi)施(shi)例(li)的(de)技術(shu)方案而非對(dui)其進行(xing)限(xian)制，盡管(guan)參照較(jiao)佳實(shi)施(shi)例(li)對(dui)本(ben)發(fa)明(ming)實(shi)施(shi)例(li)進行(xing)了詳細的(de)說明(ming)，本(ben)領域的(de)普通技術(shu)人員應當理解依然可以對(dui)本(ben)發(fa)明(ming)實(shi)施(shi)例(li)的(de)技術(shu)方案進行(xing)修改或者等(deng)同(tong)(tong)替(ti)換，而這些(xie)修改或者等(deng)同(tong)(tong)替(ti)換亦不(bu)能使(shi)修改后的(de)技術(shu)方案脫離本(ben)發(fa)明(ming)實(shi)施(shi)例(li)技術(shu)方案的(de)范圍。