專利名稱：石英玻璃陶瓷型芯的燒結(jié)方法
石英玻璃陶瓷型芯的燒結(jié)方法所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及鑄造領(lǐng)域，尤其是涉及一種石英玻璃陶瓷型芯的燒結(jié)方法。
背景技術(shù)：
燒結(jié)，是把粉狀物料轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅荏w，是一個(gè)傳統(tǒng)的工藝過程。人們很早就利用這個(gè)工藝來生產(chǎn)陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高溫材料等。一般來說，粉體經(jīng)過成型后，通過燒結(jié)得到的致密體是一種多晶材料，其顯微結(jié)構(gòu)由晶體、玻璃體和氣孔組成。燒結(jié)過程直接影響顯微結(jié)構(gòu)中的晶粒尺寸、氣孔尺寸及晶界形狀和分布。無機(jī)材料的性能不僅與材料組成(化學(xué)組成與礦物組成)有關(guān)，還與材料的顯微結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
為了使陶瓷型芯具有所希望的性能，除嚴(yán)格控制型芯的成分配比外，還必須嚴(yán)格控制型芯的燒結(jié)。本發(fā)明提供一種石英玻璃陶瓷型芯的燒結(jié)方法，不僅保證了陶瓷型芯的性能，還提高了燒結(jié)效率。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:石英玻璃陶瓷型芯的燒結(jié)是在燒結(jié)溫度下，由于表面能的作用。細(xì)小的石英玻璃粉末和石英玻璃碎屑邊緣產(chǎn)生熔融，微量雜質(zhì)的存在將會加速熔融過程。熔融的液體填充于顆粒之間，由于微管壓力作用而使陶瓷粉料粘結(jié)成具有一定形狀和強(qiáng)度的燒結(jié)體。顆粒愈小，氣孔愈多，分布愈均勻。微管壓力愈大，燒結(jié)后制品強(qiáng)度愈高。影響燒結(jié)的主要因素是粉料的顆粒度、燒結(jié)溫度和液相粘度。顆粒度變細(xì)，燒結(jié)強(qiáng)度增加，燒成收縮增大，而抗變形能力降低。對于石英玻璃陶瓷型芯，顆粒度選取50 150微米的混合粒度。燒結(jié)溫度提高，系統(tǒng)的表面能，擴(kuò)散系數(shù)、空位濃度和燒結(jié)速率都將增加，液相量也增加。對于石英玻璃陶瓷型芯，燒結(jié)溫度控制在1200°C以內(nèi)。降低液相的粘度可提高燒結(jié)速率，但粘度和顆粒度這兩個(gè)主要因素要配合恰當(dāng)，粘度過低，在顆粒度變大時(shí)將產(chǎn)生重力流動變形。因陶瓷型芯在高溫下需要經(jīng)受金屬液的沖擊，所以液相粘度要大些，以減少變形。對于石英玻璃陶瓷型芯，堿金屬或堿土金屬控制在0.05%以內(nèi)能獲得滿意的使用性能。
具體實(shí)施例方式粉料顆粒度的影響組成陶瓷粉料的固態(tài)粉末，不但幾何形狀不同，尺寸大小不一，堆積方式各異.而且在不同狀態(tài)下，高度分散的粉末顆粒比較塊狀料具有大得多的表面能。因此，系統(tǒng)的總表面能很大.同時(shí)固態(tài)粉末是用機(jī)械粉碎的，粉末表面殘留著很大的機(jī)械應(yīng)力、結(jié)構(gòu)變形，表面缺陷等，都將使粉末顆 粒內(nèi)部表而能進(jìn)一步增大。極大的表面能使系統(tǒng)極不穩(wěn)定.根據(jù)熱力學(xué)原理，系統(tǒng)的表面能對固態(tài)粉料的熔化溫度有顯著的影響.表面能增加，粉料的熔化溫度將降低.其下降值A(chǔ)T可用下式進(jìn)行計(jì)算:_1] AT=W由上式可見，粉料相對熔點(diǎn)的變化與粉料顆粒半徑R，粉料比重d.粉料熔融潛熱Q成反比；與粉料的表面張力Y.粉料的分子量M或正比(T為粉料的標(biāo)準(zhǔn)熔化溫度).粉料顆粒愈小，系統(tǒng)的表面能愈大，粉料的熔點(diǎn)降低也愈多.因此顆粒細(xì)小的石英玻璃粉末和石英玻璃碎屑邊緣，由于表面能的作用，在燒結(jié)溫度下開始熔化成液體，冷卻后成為玻璃相且互相連結(jié)成網(wǎng)狀。同時(shí)，顆粒度變細(xì)，使粉料的堆積密度增大，顆粒之同的接觸面積增加.因此在同樣的條件下，細(xì)顆粒較粗顆粒易于燒結(jié)。如果顆粒度從10微米減小到I微米，燒結(jié)速率可提高10倍.但顆粒度變細(xì)，耐火度將降低.以耐火粘土和石英砂各半的混合料試駐，石英顆粒度從0.5毫米變?yōu)?.06毫米，其耐火度實(shí)測值從1710°C變?yōu)?640°C。從石英玻璃陶瓷型芯粗細(xì)粒度對比，粒度從100 150微米減少為40 70微米時(shí)，常溫抗彎強(qiáng)度從40 60公斤/cm2，提高到140 160公斤/cm2。高溫?fù)隙仍龃?，即顆粒度變細(xì)，燒結(jié)強(qiáng)度增加，燒成收縮增大，而抗變形能力陣低。燒結(jié)溫度的影響將石英玻璃陶瓷芯的燒結(jié)溫度從1200°C提高到1300°C，燒結(jié)體內(nèi)無規(guī)的新生無色透明玻璃相含量將增加到6 8%。在低倍顯微鏡下，能清楚地看到，并且互相連結(jié)成網(wǎng)。石英玻璃碎屑的外形已經(jīng)發(fā)生較大的變化，而它是1200°C下燒結(jié)的，雖有極細(xì)小的新生玻璃相，但石英玻璃碎屑的外形仍較完整。同時(shí)燒結(jié)溫度增高，制品的燒成收縮增大，變形基增加，且玻璃化的過程也加劇。從無定型的石英玻璃碎屑中析出結(jié)晶型方石英，數(shù)量將迅速增加。經(jīng)1300°C燒結(jié)的型芯在約220°C時(shí)有明顯的方石英轉(zhuǎn)變吸熱峪，方石英已顯著增加。由于低溫方石英在約220°C轉(zhuǎn)變成高溫方石英時(shí)體積膨脹約6%。這樣制品再次升溫時(shí)，就容易折斷或開裂。因此 ，石英玻璃陶瓷型芯的燒結(jié)溫度控制在1200°C以內(nèi)為宜(T燒/T熔 0.7)。關(guān)于燒結(jié)過程的升溫速率，我們曾作過三種速率一50°C /h, IOO0C /h和200°C /h升至800°C，然后以最高功率升到1200°C，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)明顯差異。液相粘度的影響石英玻璃粘度較大，在1600°C時(shí)η =8Χ108泊(玻璃拉絲時(shí)的粘度η = IO9泊)。但有堿金屬或堿土金屬加入時(shí)，液相粘度將顯著降低。陽離子對液相粘度有嚴(yán)重的影響，尤為一價(jià)陽離子，大大降低液相的粘度。在石英玻璃陶瓷粉料中加入少許硅酸鈉作添加劑，繞結(jié)后抗彎強(qiáng)度很高，但再次升溫時(shí)，制品幾乎全部折斷。所以對于有少量液相參與燒結(jié)的陶瓷型芯粉料中，堿金屬含量需嚴(yán)格控制。一般應(yīng)控制在0.05%以內(nèi)。按上述條件獲得的型芯，在真空下澆注耐熱合金空心零件是滿意的。
權(quán)利要求
1.一種石英玻璃陶瓷型芯的燒結(jié)方法，其特征是:在燒結(jié)溫度下，由于表面能的作用，細(xì)小的石英玻璃粉末和石英玻璃碎屑邊緣產(chǎn)生熔融，微量雜質(zhì)的存在將會加速熔融過程。熔融的液體填充于顆粒之間，由于微管壓力作用而使陶瓷粉料粘結(jié)成具有一定形狀和強(qiáng)度的燒結(jié)體。顆粒愈小，氣孔愈多，分布愈均勻。微管壓力愈大，燒結(jié)后制品強(qiáng)度愈高。影響燒結(jié)的主要因素是粉料的顆粒度、燒結(jié)溫度和液相粘度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英玻璃陶瓷型芯的燒結(jié)方法，其特征是:對于石英玻璃陶瓷型芯，顆粒度選取50 150微米的混合粒度。顆粒度變細(xì)，燒結(jié)強(qiáng)度增加，燒成收縮增大，而抗變形能力降低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英玻璃陶瓷型芯的燒結(jié)方法，其特征是:對于石英玻璃陶瓷型芯，燒結(jié)溫度控制在1200°C以內(nèi)。燒結(jié)溫度提高，系統(tǒng)的表面能，擴(kuò)散系數(shù)、空位濃度和燒結(jié)速率都將增加,液相量也增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英玻璃陶瓷型芯的燒結(jié)方法，其特征是:對于石英玻璃陶瓷型芯，堿金屬或堿土金屬控制在0.05%以內(nèi)能獲得滿意的使用性能。降低液相的粘度可提高燒結(jié)速率，但粘度和顆粒度這兩個(gè)主要因素要配合恰當(dāng)，粘度過低，在顆粒度變大時(shí)將產(chǎn)生重力流動變形。因陶瓷型芯在高溫下需要經(jīng)受金屬液的沖擊，所以液相粘度要大些，以減少變 形。
全文摘要
一種石英玻璃陶瓷型芯的燒結(jié)方法，在燒結(jié)溫度下，由于表面能的作用，細(xì)小的石英玻璃粉末和石英玻璃碎屑邊緣產(chǎn)生熔融，微量雜質(zhì)的存在將會加速熔融過程。熔融的液體填充于顆粒之間，由于微管壓力作用而使陶瓷粉料粘結(jié)成具有一定形狀和強(qiáng)度的燒結(jié)體。顆粒愈小，氣孔愈多，分布愈均勻。微管壓力愈大，燒結(jié)后制品強(qiáng)度愈高。影響燒結(jié)的主要因素是粉料的顆粒度、燒結(jié)溫度和液相粘度。
文檔編號C03B32/02GK103159406SQ20111043948
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者薛鐵山 申請人:洛陽奇潤電力科技有限公司