專利名稱：一種制備輕質多孔陶瓷用模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制備輕質多孔陶瓷用模具。
背景技術：
輕質多孔陶瓷是一種經人工合成的、體內具有大量彼此閉合氣孔的陶瓷材料，具有一定尺寸和數量的孔隙結構，通常孔隙度較大，孔隙結構作為有用的結構存在。隨著控制材料的細孔結構水平的不斷提高，多孔陶瓷和玻璃纖維、金屬等相比有優異的特性氣孔分布均勻、機械強度高和易于再生等。多孔陶瓷是由各種顆粒與結合劑組成的坯料，經過成型、燒成輕質多孔陶瓷材料一般具有以下特性(1)化學穩定性好，通過材質的選擇和工藝控制，可制成適用于各種腐蝕環境的多孔陶瓷；(2)孔道分布較均勻，便于成型、燒結等；耐熱性好、耐高溫、耐腐蝕；(4)具有發達的比表面積、良好至極佳抗熱沖擊性、可控的低阻流體流動；(5)具有低密度、低質量、低的熱傳導性能；(6)具有良好的機械強度和剛度、室溫及變化溫度下的高強度。由于輕質多孔陶瓷具有重量輕、耐熱、耐寒、高強度、抗腐蝕性強、不變形、保溫隔熱性能好、隔音性能好、成本低等優點，因而具有廣泛的用途，包括過濾用材料、窯爐設備、 型模、爐襯、隔離體、及其他諸如輕質建筑砌磚的類似產品。多孔陶瓷在燒結過程中有發泡膨脹等一系列過程，制備品在高溫條件下，一方面產生大量氣體要揮發，同時在低共熔物的作用下，產生粘度較大的玻璃相阻礙氣體的揮發， 從而形成大量的閉口氣孔并伴隨有相應的體積膨脹，與普通陶瓷的制備工藝、環境差別較大。通常輕質多孔陶瓷的制備工藝有以下幾種
一是原料揀選后進行干法粉碎，配料，干法混合，加水造粒(包括過篩)，陳腐，機壓或手工搗打成型，干燥，裝窯燒成，必要時冷加工，成品包裝；
二是原料揀選后破碎，配料，濕法球磨，壓濾，干燥，加水造粒(包括過篩)，陳腐，機壓或手工搗打成型，干燥，裝窯燒成，必要時冷加工，成品包裝；
三是原料揀選后破碎，配料，濕法球磨，噴霧造粒，陳腐，機壓或手工搗打成型，干燥，裝窯燒成，必要時冷加工，成品包裝；
四是原料揀選后破碎，配料，濕法球磨，壓濾，真空練泥，陳腐，機壓或手工搗打成型，干燥，裝窯燒成，必要時冷加工，成品包裝；
五是原料揀選后破碎，配料，濕法球磨，石膏模注漿(常壓澆注或壓力澆注)或振動澆注，干燥，裝窯燒成，必要時冷加工，成品包裝。上述現有技術工藝或方法在制品裝窯燒結工序前分別采用機壓、擠壓、塑壓、滾壓、手工搗打、石膏模注漿或振動澆注等成型方式和干燥工序，不僅需要壓機、干燥等設備， 需要較大的干燥場地，造成投資費用大，而且在壓制、干燥的生產過程中需要消耗大量的能源，造成運營成本居高不下。同時，在生產過程中，又產生了許多技術難題，操作上稍有不當，坯體就容易產生夾層，在燒結中出現鼓泡、開裂等現象，造成廢品、殘次品大量產生，增加生產成本。
也可以將配料放入匣缽中燒成，所謂匣缽，是指事先加工好的、能存放產品燒制的容器，它具有一定的形狀(方形、圓形或其他形狀)，而且要具有一定的耐火度和荷重軟化溫度。目前對于發泡輕質陶瓷的制備工藝而言，研究多數集中在配料、成型方式、燒結工藝條件等。但如何更適用于大型工業化操作，研究較少。為滿足成品原料在高溫熔融、體積膨脹時對模具的要求，采用涂有氧化鋁涂料的堇青石質、莫來石質、碳化硅質等耐火材質的耐火組合模具，燒成時將鋪滿成品顆粒粉料的耐火組合模具直接進入窯爐燒制，顆粒粉料的熔融膨脹只能在耐火組合模具內進行。在熔融粘度和膨脹力的作用下、在一定的燒成溫度制度下形成具有均勻氣孔、完全玻化的燒結制品，能長期漂浮在水面不下沉。中國專利申請200910035122中即公開了這樣一種耐火組合模具拼接法，該方法采用了多個耐火部件進行組合拼接形成模具，根據所需產品形狀而組裝成固定的匣缽，改善了目前燒結過程中產品大小受固定匣缽形狀影響的問題，該方案按以下方式實現
(1)形成底板采取耐火底板拼接模具底板；
(2)形成外邊框根據發泡陶瓷產品的尺寸和形狀，使用多節耐火部件相連接圍成所需產品的形狀；
(3)形成固定匣缽在整個邊框的外圍加插耐高溫固定連接件，例如銷釘等，以將邊框固定在耐火底板上，形成固定匣缽。在上述發泡陶瓷燒制匣缽的使用過程中發現，由于銷釘等固定裝置縱向穿過邊框的外圍與底板進行固定，制品在較大尺寸的制品燒成過程中，可能由于膨脹力過大導致匣缽脫模困難、邊框變形損壞、進而引起倒窯等問題。另外，邊框的變形使得模具無法拆卸或拆卸困難，以上缺陷都將影響生產，降低模具使用壽命。因此，目前匣缽制備輕質多孔陶瓷存在下列問題
第一，使用匣缽制備輕質多孔陶瓷，對匣缽材質要求很高，需要具有良好的高溫強度、 熱傳導性和抗熱震性；
第二，由于匣缽本身是事先加工好的制品，其形狀和體積不能在使用時進行調節，限制了制備得到的輕質多孔陶瓷的尺寸和形狀的使用范圍，使用過程中缺乏靈活性；
第三，輕質多孔陶瓷在燒成過程中體積發生膨脹，容易造成匣缽變形損壞；即使在匣缽還沒有發生損壞的情況下，輕質多孔陶瓷也容易因為膨脹緊緊嵌在匣缽之中，給脫模造成了極大的困難，甚至只有破壞匣缽才能取出陶瓷產品。這些問題極大的降低了匣缽的使用壽命O當然對于普通陶瓷燒制過程而言，由于這些材料在燒結過程中不存在發泡膨脹的過程，因此沒有出現如發泡陶瓷燒結過程中的問題，或這些問題在一般陶瓷的燒制過程中并不嚴重。但對于燒結輕質發泡陶瓷而言，解決上述問題是有意義的。
發明內容
常規的輕質多孔陶瓷工業生產中都是用匣缽盛載燒結材料，在燒制過程中材料體積迅速膨脹，通過固定燒結匣缽的邊框，來保持燒結產品基本的一定大小，燒結后對發泡陶瓷的外圍進行切割處理。
申請人通過多次燒結實驗對比，意外發現如果不按照本領域慣常的方式操作，在燒結過程中不固定邊框與底板的位置關系，材料在燒結過程中雖然會發生膨脹，大部分情況下其膨脹的程度僅會引起邊框的少量位移，并不會嚴重影響邊框的位置，產品的整體形狀仍可保持比較理想的狀態。技術人員只需進行外邊的切割處理就可得到需要的形狀。在研究中進一步發現，即使燒結出爐后邊框傾斜或倒在耐火底板上，也沒有影響發泡陶瓷的成型。這主要是在燒結過程中，在邊框受力平移、傾斜或傾倒前，發泡陶瓷基本完成了定型的主要過程，因此發現即使邊框傾倒也沒有影響產品的整體形態。使用上述方式燒結，發現成型后的發泡陶瓷性能仍保持良好效果，更可以防止匣缽整體變性損壞。并且從操作步驟上來說，也可省略邊框固定插接銷釘，以及燒結后脫模過程中的拆除匣缽外邊框復雜過程(例如，從發泡陶瓷上撬下與發泡陶瓷緊緊嵌合的匣缽，或破壞匣缽取出發泡陶瓷的操作)。在這個發現下，本發明提供了一種能夠克服上述技術缺陷的制備輕質多孔陶瓷用模具，以及這種模具在制備輕質多孔陶瓷中的應用。本發明的技術方案為
一種制備輕質多孔陶瓷用模具，包括耐火底板和多塊耐火擋塊，所述多塊耐火擋塊無固定連接地設置在所述耐火底板上，多塊耐火擋塊依次首尾相拼接構成模具的側邊框，模具的側邊框與耐火底板一起構成原料放置區域。耐火底板與耐火擋塊無固定連接的含義為耐火擋塊不通過任何裝置(例如銷釘等)將其固定在底板上而不能移動。耐火底板可以是一塊或多塊，當底板由多塊耐火底板組成時，多塊耐火底板相互拼接成一定形狀，構成底板。所述耐火擋塊距離耐火底板外邊的距離大于所述耐火擋塊的外側面高度，這保證在實際生產中即使耐火擋塊傾倒，仍然位于耐火底板之上，不掉入爐中造成倒窯，不會對燒成過程產生影響。在耐火底板邊緣上可以設置耐火阻擋物，耐火阻擋物位于耐火擋塊的外側面以外的耐火底板上。優選其位置距離耐火底板外邊的距離大于耐火擋塊的外側面高度。耐火阻擋物可有以下方式設置
(1)耐火阻擋物可以與耐火擋塊之間不接觸，以提供耐火擋塊向外的部分移位空間，進而可防止耐火擋塊在燒成過程中向外傾倒；
(2)耐火阻擋物也可以與耐火擋塊接觸，在燒結過程中，耐火擋塊向外移動，耐火阻擋物在底板插入位置范圍內(例如插接孔內)向外移動或傾斜，當耐火阻擋物移動至最外側的極限位置時，耐火擋塊下部受到阻擋，上部向外發生傾斜，但由于外側下部的耐火阻擋物和發泡陶瓷的共同夾持作用，將耐火擋塊傾斜立于底板上；
不論耐火阻擋物按照上述兩種方法哪種設置，即使燒結過程中耐火擋塊發生傾倒，由于耐火擋塊距離底板外邊的距離大于耐火擋塊的外側面高度，因此其必然傾倒在底板上， 不會對生產產生任何影響。控制耐火擋塊的重量和/或與耐火底板的接觸面積，以保證燒成過程中耐火擋塊保持直立狀態。優選的，上述耐火擋塊的橫截面為下寬上窄的形狀或矩形，下寬上窄的形狀優選是梯形、三角形，特別是梯形，更有助于耐火擋塊的穩定直立，不易傾倒。優選的，耐火底板和耐火擋塊的材質為剛玉質、莫來石質、堇青石質、高鋁質、粘土質、碳化硅質或其復合材質。優選的，在模具的內側噴涂耐高溫涂料或墊圍耐高溫陶瓷棉或墊圍耐高溫無機材料紙或采用上述方式的組合。為了降低耐火擋塊的重量，降低能耗，優選的，上述耐火擋塊為中空結構。也可以通過在耐火擋塊外側面設置一個或多個孔來降低耐火擋塊的重量和降低能耗。優選的，耐火擋塊圍成的模具形狀為正方形、長方形、橢圓形、圓形或梯形。本發明模具使用時，將成品顆粒粉料鋪入周邊鑲嵌有高溫墊紙的模具中，直接進入經特殊設計的連續式節能型隧道窯燒成。本發明模具一方面在制品熔融狀態時起橫向圍擋的作用，同時又為粉料由常溫狀態升至高溫熔融狀態時體積膨脹時留有足夠伸縮余地， 并滿足制品由“顆粒粉狀——熔融發泡——冷卻”溫度變化時所產生的內部應力釋放的條件，提高產品合格率；同時也解決燒成后的產品脫模、降低勞動強度的問題。本發明的模具適用于輕質多孔陶瓷的燒成，制品裝窯燒制工序前，無需經過機壓、 擠壓、塑壓、滾壓、手工搗打、石膏模注漿或振動澆注等成型方式和干燥工序，操作簡單，，也不需要干燥設備和干燥場地，節約能源，降低成本。由于模具上部開放，燒成過程中熔融漿料可以向上膨脹，大大的減小了向外圍膨脹擴張的力量，而且模具各組成部件之間不采用緊固連接，最終燒成的陶瓷產品不會因為膨脹而溢出模具或嵌入模具中，模具也不會因為陶瓷產品的膨脹而發生變形。模具的組裝和拆卸都簡單迅速。這些優點使得本發明制備輕質多孔陶瓷用模具結構簡單，便于操作，脫模簡易快捷，重復使用率高，使用壽命長。本發明的模具不采用緊固連接，可以有效的防止輕質多孔陶瓷由于膨脹而造成的脫模困難和模具變形，而且還能防止由于膨脹，使得現有技術中的固定連接部件(例如銷釘、螺釘、螺栓)發生變形，造成模具無法拆卸或拆卸困難，縮短模具的使用壽命。雖然要求耐火擋塊距離底板外邊有一定得距離，為其傾倒后仍然位于耐火底板之上留下空間，以保證其不掉入爐中損壞窯墻或影響窯爐運行，但也需要考慮充分利用底板面積、節省能源和降低成本。因而優選的技術方案中，要求耐火擋塊在滿足不倒窯的前提下，盡量遠離耐火底板中心的位置。在采用上述方式保證耐火擋塊的穩定的基礎上，耐火擋塊的高度將不再受到嚴格限制(一般耐火擋塊高度越大，越容易傾倒)，使得本發明的模具適用于高度更大的輕質多孔陶瓷的制備。而在模具的內側噴涂耐高溫涂料或墊圍耐高溫陶瓷棉或墊圍耐高溫無機材料紙或采用上述方式的組合，可以進一步方便產品的脫模。將耐火擋塊設置為梯形，由于梯形上窄下寬，可以進一步加強耐火擋塊的穩定性， 不向外傾倒，而且在保證耐火擋塊穩定的基礎上，梯形上窄下寬可以有效的降低耐火擋塊的重量，減少燒成過程中能源的浪費，節約成本。將耐火擋塊設置為中空和/或在其外側面設置一個或多個的孔，也能夠達到在保證耐火擋塊穩定的基礎上，有效降低耐火擋塊的重量的作用，減少燒成過程中能源的浪費， 節約成本。
本發明制備輕質多孔陶瓷用模具可以設置為正方形、長方形、橢圓形、圓形、梯形或者其它形狀，以滿足不同陶瓷產品的需求。多塊耐火底板拼接的模具，可以使模具適用于大尺寸產品的燒成。通過控制耐火底板的數量，可以隨意的調整模具的大小，極大的擴展了由此模具生產的陶瓷制品的尺寸適用范圍。通過控制單塊耐火底板的形狀，能夠控制拼接后模具具有多種形狀，使得模具適用于大尺寸、多種形狀的輕質多孔陶瓷的制備。多塊拼接的耐火底板發生損壞，只需要將損壞的單塊小耐火底板更換，便可繼續使用，而大尺寸的單塊耐火底板，一旦發生損壞便無法繼續使用，因此，多塊耐火底板的拼接不僅延長了底板的使用壽命，還大大的降低了生產的成本。
圖1為現有技術中固定匣缽的模具圖，底板和側邊框連為一體，圖中1為耐火底板，2為側邊框。圖2 (a)為現有的使用銷釘固定邊框和底板的多個耐火底板組合的模具圖，為了便于看清模具的結構，該圖的側邊框去掉了兩塊耐火擋塊未構成閉合的區間。圖2 (b)為圖2 (a)中耐火擋塊3的結構示意圖。圖2 (c)為圖2 (a)中與耐火擋塊相配合的耐火底板的結構示意圖。圖3為不帶耐火阻擋物的多個耐火底板組合的模具圖，為了便于看清模具的結構，該圖的側邊框去掉了兩塊耐火擋塊未構成閉合的區間。圖4為帶耐火阻擋物的多個耐火底板組合的模具局部示意圖，阻擋物與擋塊不接觸。圖5為帶耐火阻擋物的多個耐火底板組合的模具局部示意圖，阻擋物與擋塊接觸。
具體實施例方式參比例1
對照附圖2制造模具。使用20cmX60cm的耐火底板1組合拼接成1. 2mX 1. 5m面積的底板，使用橫斷面為梯形的長度為30cm的外側面高度為15cm的耐火擋塊3沿底板外邊依次擺放，形成側邊框2。擋塊擺放時使耐火擋塊3上的插孔與耐火底板1插孔位置重合。在耐火擋塊上插入銷釘4固定在耐火底板1上。實施例1
對照附圖3制造模具。使用20CmX60Cm的莫來石耐火底板1組合拼接成1. 2mX 1. 5m 面積的底板，使用橫斷面為梯形的長度為30cm的外側面高度為15cm的莫來石空心耐火擋塊3在距離底板邊緣20cm處沿外邊依次擺放，形成側邊框2，耐火擋板3不通過任何裝置固定在耐火底板1上，其僅依靠自身的重力豎直站立在耐火底板上。實施例2
對照附圖4制造模具。使用20CmX60Cm的莫來石耐火底板1組合拼接成1. 2mX 1. 5m 面積的底板，使用橫斷面為梯形的長度為30cm的外側面高度為15cm的空心耐火擋塊3在距離底板邊緣20cm處沿外邊依次擺放，形成側邊框，耐火擋板3不通過任何裝置固定在耐火底板1上，其僅依靠自身的重力豎直站立在耐火底板上。在側邊框外側面的底板的插孔內插入莫來石耐火阻擋物5。插孔距離底板外邊15cm。實施例3
對照附圖5制造模具。使用20CmX60Cm的莫來石耐火底板1組合拼接成1. 2mX 1. 5m 面積的底板，使用橫斷面為梯形的長度為30cm的外側面高度為15cm的空心耐火擋塊3在距離底板邊緣20cm處沿外邊依次擺放，形成側邊框，耐火擋板3不通過任何裝置固定在耐火底板1上，其僅依靠自身的重力豎直站立在耐火底板上。在側邊框外側面的底板的插孔內插入莫來石耐火阻擋物5，耐火阻擋物5接觸耐火擋塊3外側面。燒結實驗
分別采用參比例1、實施例1-3、以及面積為ImXl. : 固定匣缽的莫來石模具制備發泡陶瓷。燒制時在模具的底板上和擋塊內側放置耐火石棉紙。倒入輕質發泡陶瓷燒結材料。 推入窯爐內燒結。
上述5種模具同時進行燒結，觀察燒結后的產品外觀，測定燒結產品的性能參數，以及記錄取出產品時的情況。平行測定10組，統計10組的平均數據，比較燒結后的效果。結果參見表1。 表1燒結實驗
權利要求
1.一種制備輕質多孔陶瓷用模具，包括耐火底板和多塊耐火擋塊，其特征在于，所述多塊耐火擋塊無固定連接地設置在所述耐火底板上，多塊耐火擋塊依次首尾相拼接構成模具的側邊框，模具的側邊框與耐火底板一起構成原料放置區域，所述耐火擋塊距離耐火底板外邊的距離大于所述耐火擋塊的外側面高度。
2.如權利要求1所述的制備輕質多孔陶瓷用模具，其特征在于，在耐火底板邊緣上設置有耐火阻擋物，所述耐火阻擋物位于所述耐火擋塊的外側面以外的耐火底板上，所述耐火阻擋物與模具的側邊框不相接觸，所述耐火阻擋物的位置距離耐火底板外邊的距離大于所述耐火擋塊的外側面高度。
3.如權利要求1所述的制備輕質多孔陶瓷用模具，其特征在于，在耐火底板邊緣上設置有耐火阻擋物，所述耐火阻擋物位于所述耐火擋塊的外側面以外的底板上，所述耐火阻擋物與模具的側邊框相接觸。
4.如權利要求1-3中任一權利要求所述的制備輕質多孔陶瓷用模具，其特征在于，所述耐火擋塊的橫截面為下寬上窄的梯形或三角形。
5.如權利要求1-3中任一權利要求所述的制備輕質多孔陶瓷用模具，其特征在于，所述耐火底板和所述耐火擋塊的材質為剛玉質、莫來石質、堇青石質、高鋁質、粘土質、碳化硅質或其復合材質。
6.如權利要求1-3中任一權利要求所述的制備輕質多孔陶瓷用模具，其特征在于，模具的內側噴涂有耐高溫涂料和/或墊圍耐高溫陶瓷棉和/或墊圍耐高溫無機材料紙。
7.如權利要求1-3中任一權利要求所述的制備輕質多孔陶瓷用模具，其特征在于，所述耐火擋塊為中空結構。
8.如權利要求1-3中任一權利要求所述的制備輕質多孔陶瓷用模具，其特征在于，所述耐火擋塊外側面設置一個或多個孔。
9.如權利要求1-3中任一權利要求所述的制備輕質多孔陶瓷用模具，其特征在于，耐火擋塊圍成的模具的側邊框的形狀為正方形、長方形、橢圓形、圓形或梯形。
10.如權利要求1-3中任一權利要求所述的制備制備輕質多孔陶瓷用模具，其特征在于，所述的耐火底板為一塊獨立耐火底板或多塊耐火底板拼接而成的。
全文摘要
本發明涉及一種制備輕質多孔陶瓷用模具，以及該模具在制備輕質多孔陶瓷中的應用。本發明中制備輕質多孔陶瓷用模具包括耐火底板，在耐火底板邊緣上與耐火底板無固定連接地設置耐火擋塊，多塊耐火擋塊沿耐火底板邊緣拼接，與耐火底板構成原料放置區域，進一步還可在耐火擋塊構成的模具邊框外圍的耐火底板邊緣部與邊框接觸或不相接觸地設置耐火阻擋物。利用本發明的模具制備輕質多孔陶瓷，可以節省工序，操作簡單，脫模方便，延長模具使用壽命，模具形狀尺寸可控，適用于大尺寸產品制備，而且能降低成本，節約能源。
文檔編號B28B7/02GK102310466SQ201110273409
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月15日 優先權日2011年9月15日
發明者張宇, 楊政 申請人:一方科技發展有限公司