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红外线蜂窝陶瓷板的制备方法:热压铸法和挤压

红外线蜂窝陶瓷板的制备方法:热压铸法和挤压

浏览: 发布日期:2018-08-22 11:46

目前,用于红外线蜂窝陶瓷板的制备方法主要有两种,即热压铸法和挤压法。热压铸法可以生产不同形状和尺寸精确的产品,缺点是生产周期比较长,生产效率较低;挤压法虽然生产效率高,但难以生产圆孔的产品,现在只能生产方孔、三角孔和六边形孔的产品,且 模具昂贵,生产时模具磨损较大。

一、热压铸成形

1、热压铸成形的工艺控制

热压铸成形是红外线蜂窝陶瓷板生产中普遍采用的成形方法之一,广泛用于以矿物质、氧化物、氮化物等为原料的陶瓷生产中。采用该方法不仅可成形精确尺寸的复杂形状制品,而且操作方便,生产效率高。

其原理是:将含蜡料浆加热熔化,使其达到一定流动性。将配置好的含蜡料浆置于热压铸机盛浆桶内,用压缩空气将桶内料浆压入金属模具内,根据产品形状及大小保压一段时间后去掉压力,蜡浆便在模具内迅速凝固而成形,随即脱模取坯,将取出的坯体排蜡,最后 烧结成红外线蜂窝陶瓷板制品。热压铸蜡浆的制备工艺如图1所示。

图1 热压铸蜡浆制备工艺过程

图1 热压铸蜡浆制备工艺过程

熟瓷粉是经预先煅烧的瓷粉,使用熟料的目的一是为了提高料浆流动性,二是减少瓷件的收缩和变形。实际上,热压注坯料的含水量应小于0.5%,否则浆料流动性会很差,甚至难于成形。粉料要用干球磨粉碎至0.5%以下万孔筛余,先预热至60-80℃,再与熔融石蜡混 合,否则粉料因过冷易凝结成块,难以搅拌均匀。

石蜡有受热熔化和遇冷凝固的特性,其熔点为50-58℃,冷却后有5%-7%的体积收缩,与粉料配制成蜡浆后其冷却收缩率为1%左右,有利于脱模。在制备料浆时,通常还要加入表面活性剂。加入表面活性剂的目的是减少石蜡用量,提高浆料流动性和稳定性。常用的表面 活性剂有:油酸、蜂蜡、硬脂酸、动植物油等。

浆料的粘度至关重要。粘度小,则流动性好,可铸性高,成形性能好。降低粘度的方法如下:提高石蜡及表面活性剂含量(但含量过高会提高瓷件收缩率、气孔率,加大排蜡难度),降低熟粉料的含水率,提高料锻烧温度和颗粒度(但过高的粒度会影响浆料稳定性)。

成形压力根据浆料的粘度和模具的特点,一般控制在0.3-0.8Mpa,浆料温度为60-80℃,模具温度为10-25℃,压力持续时间为1-10 秒。热压铸浆料在模具中的充浆过程和充浆的时间关系如图2所示。从图中可以看出,随着充浆时间的增加,坯体的致密程度逐渐增大: 其中充浆时间为1秒的坯体不完整,说明时间太短,蜡浆未能充满整个模腔。充浆时间为8秒的坯体局部有缺花现象,只有充浆时间为10秒的坯体比较致密。根据实践经验,充浆时间再延长,坯体的致密度基本上没有变化,但生产效率就会下降,因此比较合理的时间为8-10 秒。

图2 热压铸料在模具中充浆过程和充浆时间的长短关系

图2 热压铸料在模具中充浆过程和充浆时间的长短关系

2、排蜡及烧成

热压铸成形后的坯体内含有大量石蜡等粘合剂,只有将其逐渐排除后才能烧成,否则就会由于石蜡的大量熔化、分解和挥发而导致坯体变形和开裂。排蜡时应把坯体埋于吸附剂中,随着温度逐步升高,石蜡熔化并由于吸附剂的毛细管作用而逐渐迁移到吸附剂中,进而 蒸发排出。通常使用的吸附剂有氧化铝粉、石英粉、滑石粉等,其中以经1200-1350℃煅烧过的细度为200目筛以下的氧化铝粉效果最好。煅烧温度及细度的提高均可提高吸附剂的吸附能力。排蜡时的升温速度和保温时间十分重要,如升温过快,会造成坯体变形、起泡、 开裂现象。排蜡过程如下:

室温-100℃是石蜡熔化阶段。

升温速度以10℃/h为宜。充分保温是为了使整个坯体受热均匀和石蜡缓慢熔化,并开始液态排蜡,这个阶段升温不能过快,否则液态排蜡过程太快会导致流蜡及坯体变形等缺陷。

100-160℃是液态石蜡向吸附剂渗透和迁移阶段。

160-300℃是吸附剂表面石蜡蒸发阶段。

这两个阶段的升温速度宜控制在10-30℃/h,并应在200℃和300℃充分保温,并加强通风。在这两个阶段升温同样不能太快,否则会导致制品开裂和起泡等缺陷的产生,更有甚者会产生燃蜡现象。

300-600℃是烧除剩余粘合剂阶段,此时升温速度可稍快些。

600-1100℃是提高坯体强度阶段。此阶段升温速度可相对稍快些。

1100-1250℃,该阶段时间相对较长,升温缓慢,以使反应能够充分进行,在达到最高烧成温度后保温1个小时,然后自然冷却,最后制品出窑,再经过相应的后序处理,成为合格的红外线蜂窝陶瓷板产品。

红外线蜂窝陶瓷板的制备方法:热压铸法和挤压法

二、挤压成形

采用挤压成形,必须在主原料中加入各种添加剂来提高泥坯的可塑性和流动性。添加剂包括水溶性和非水溶性两大类。主要有:粘结剂、增塑剂、解胶剂、润滑剂、润湿剂等。此外,还有保水剂、鳌合剂、静电防止剂、保护胶体剂和表面活性剂等。目前大都采用淀粉 、羧甲基纤维素、聚乙烯醇作为粘结剂,桐油、硬脂酸等作润滑剂,甘油作增塑剂。

以水溶性粘结剂为例,将水78%、羧甲基纤维素12%、蜡乳浊液7%、硬脂酸3%、甘油3%搅拌均匀后,与挤出蜂窝陶瓷粉料70-75%充分混练,经陈腐、过滤杂质后即可挤出。对水系较难挤出的粉料,可加入适量蜡、聚乙烯、醋酸乙烯树脂、增塑剂、润滑剂等作为粘结剂。

由于红外线蜂窝陶瓷板的蜂巢结构由模具的形状所决定,模具的设计和制造是红外线蜂窝陶瓷板生产的关键。挤出模具一般用45号钢或模具钢制造。在挤出成形前需对泥料进行过滤净化和预均化处理。图3为挤压成形模芯结构的示意图。

一件整体模芯分为两个层面,一是导泥孔层面,二是出料槽层面。导泥孔的中心与出料槽的中心线应保证同心。导泥孔的排布方式、出料槽间的中心距e,出料槽宽度a,导泥孔孔径d等结构参数需要根据所生产的红外线蜂窝陶瓷板的开孔密度、壁厚、材料收缩率及选 择的供泥料的成份、颗粒度大小及含水率等来确定。另外对模芯的厚度、导泥孔的深度则应视载体大小及模具的强度等而确定。

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