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高硅氧玻璃耐火制品的制备工艺

基本信息

  • 申请号 CN00111493.X 
  • 公开号 CN1262243A 
  • 申请日 2000/01/25 
  • 公开日 2000/08/09 
  • 申请人 华东理工大学  
  • 优先权日期  
  • 发明人 胡一宸 蔡美蝶 颜维生 王中俭 陆剑英 丰美珍 王淙  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 200237上海市梅陇路130号 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 华东理工大学专利事务所 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 罗大忱 
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

本发明提供了一种高硅氧玻璃耐火制品的制备工艺,该工艺采用特殊的陶瓷注浆成型加工工艺,可以用于制备以高硅氧多孔玻璃为材料的大型、异型、高精耐火制品,尤其是高硅氧玻璃料碗的制备。
所说的方法所制备的制品性能优异,完全能满足工艺的需要。
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权利要求书


1.一种高硅氧玻璃耐火制品的制备工艺,其特征在于,主要包括如 下步骤: ①高硅氧玻璃耐火制品的成型:       将清洗干燥后的高硅氧多孔玻璃,球磨制浆,在石膏模   型中浇注成型; ②脱模干燥:       待吸浆完成后脱模干燥,在温度为30℃~50℃,湿度大   于90%的条件下持续2~3天;然后每天升温20℃~30℃,   升温至110℃~130℃; ③高硅氧玻璃耐火制品的烧结:       第一阶段由室温至780℃~820℃;       第二阶段将温度升至1100℃~1200℃;       第三阶段将温度升至1450℃~1500℃,即可获得所说的 高硅氧玻璃耐火制品。

2.如权利要求1所述的制备工艺,其特征在于,球磨制浆在料水比 为1∶(0.4~0.6)重量比的条件下进行的。

3.如权利要求1所述的制备工艺,其特征在于,步骤③所获得的高 硅氧玻璃耐火制品,采用常规的玻璃材料冷加工方法进行加工。

4.如权利要求1所述的制备工艺,其特征在于,步骤③第一阶段升 温速率为10℃/min~30℃/min;第二阶段每隔100℃保温40min ~60min;第三阶段升温速率为80~100℃/min。

5.如权利要求1所述的制备工艺,其特征在于:可以用于制备高硅 氧玻璃料碗。
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说明书

本发明属于无机材料的成型技术领域,涉及一种耐火制品的制 备工艺,尤其涉及以高硅氧多孔玻璃为材料的大型、异形、高精耐 火制品的制备工艺。
“高硅氧玻璃”是由美国康宁公司于1934年首先发明,1939 年便以Vycor命名出售相关产品。
高硅氧玻璃是由硼硅酸盐玻璃首 先经分相、酸处理制成高硅氧多孔玻璃,再经烧结而成。
其SiO2含 量约为96%,并具有类似于熔融石英玻璃的诸多优点,如耐热温度 高(800℃以下可以反复使用),膨胀系数小(<8×10-7/℃), 耐温急变性好(可经受1000℃以上的温度急变)等。
主要应用于制 作一些耐热、透光、薄壁的玻璃制品,如大功率灯管,烧器等。
而 高硅氧多孔玻璃则可用于催化剂担体,液体过滤,气体吸收以及掺 杂处理等材料。
由于材料在酸处理过程中会产生较大的溶胀效应, 在烧结过程中出现较大的体积收缩,所以非常容易开裂甚至破碎, 这就限制了高硅氧玻璃制品的尺寸和形状,最大厚度通常不超过 10mm。
许多专利、文献公开或报导了与高硅氧多孔玻璃相关的技术, 如: [1]“微孔玻璃的制造”硅酸盐学报[1](1989)38~44 [2]″Method of Making High Silica Glass″USP 2355746(1944) [3]″Properties of Some Vycor-Brand Glass″J.Am.Ceram.Soc.27[10] (1944)299~305 [4]″Method of Making Ulatraviolet Transmitting High Silica Glass″ USP 2505001(1950) [5]″Method of Leaching High Silica Glass Having 0.5~2.0%P2O5″USP 3785793(1974) [6]″Effect of Heat-treatment on the Density and Constitution of High- silica Glasses of the Borosilicate Type″J.Am.Ceram.Soc.31[7](1948) 177~86 [7]″Scanning Electron Micrographs of Phase-separated Glasses in The System Na2O-B2O3-SiO2″J.Am.Ceram.Soc.53[1](1970)64 [8]″HCl Leaching Rate and Microstructuer of Phase-Separated Borosilicate Glasses″J.Am.Ceram.Soc.61[11~12](1978)509~12。
上述的专利或文献涉及的内容主要为:硼硅酸盐玻璃的组成范 围,分相机理,高硅氧多孔玻璃的制备工艺、高硅氧玻璃的烧结工 艺,高硅氧玻璃的性能及可能的应用等等。
而以高硅氧多孔玻璃为 原料制备大型、异形耐火制品方面的技术未见报导。
陶瓷注浆成型是一种生产陶瓷或耐火材料制品的传统工艺,即 将陶瓷原料制成料浆,浇注在石膏模型中成型,脱模后干燥再烧结 的工艺。
简单地套用陶瓷注浆成型及烧结工艺生产以高硅氧多孔玻 璃为原料的大型耐火制品显然是不可能的,必须采用特殊的加工工 艺。
由于高硅氧玻璃材质的耐火制品具有与其他耐火材料明显不同 的优异性能,如:SiO2含量高(>95%),对硅酸盐玻璃熔体不会产 生污染;显气孔率小(<1%),玻璃熔体中不易引入气泡,并增强 制品的抗侵蚀性;膨胀系数小(<8×10-7/℃),抗温急变性好(能 经受1000℃以上的温度急变),耐火制品可以直接放入高温(>1000 ℃)中使用,不会炸裂。
因此,尽快开发以高硅氧多孔玻璃为材料 的高精耐火制品的制备工艺已成为产业部门尤其是彩色和黑白显像 管玻壳生产企业的迫切需要。
本发明的目的在于提供一种以高硅氧多孔玻璃为材料的高精耐 火制品的制备工艺,尤其是高硅氧玻璃料碗的制备工艺,以满足有 关部门的需要。
本发明的构思是这样的: 以高硅氧多孔玻璃为原料,在特定的工艺条件下,采用陶瓷注 浆法成型,再经干燥、烧结,冷加工,制备各类大型、异形、高致 密度的耐火制品。
根据上述构思,本发明提出了如下所述的技术方 案: ①首先采用现有技术制备一种SiO2含量约为96%,玻璃孔隙率 达到30~40%,孔径<100nm的多孔高硅氧玻璃,制备过程简述如 下: 选择硼硅酸盐玻璃组成为:SiO2 60~65%,B2O3 25~30%, Na2O 5~10%,再加入少量Al2O3(<3%)控制玻璃的分相。
在1400 ℃~1450℃条件下高温熔制,达到澄清、均化后出料。
硼硅酸盐三元 相图可以提供该系统玻璃在较宽的温度及组成范围内具有分相特 性,即分为高硅相和钠硼相。
当组成和热处理温度选择得当,可以 得到连通型分相,有利于钠硼相的沥滤。
分相温度控制在550℃~ 650℃为好,分相时间10~30小时。
再用1~3N盐酸或硫酸沥滤处 理,待钠硼相完全溶出,再水洗烘干,获得一种SiO2含量约为96 %,玻璃孔隙率达到30~40%,孔径<100nm的多孔高硅氧玻璃; ②采用陶瓷注浆成型再烧结的工艺制备以高硅氧多孔玻璃为 材料的高精耐火制品,尤其是高硅氧玻璃料碗。
由于高硅氧多孔玻璃材料的多孔特性,在料浆制备、注浆成型、 干燥以及烧结过程中必须严格控制其各项工艺参数,以免制品产生 不均匀,形成气孔,甚至出现显著变形或开裂。
该过程主要包括以 下步骤: (1)高硅氧玻璃耐火制品的成型: 清洗干燥后的高硅氧多孔玻璃,在料水比为1∶(0.4~0.6)(重 量比)的条件下球磨制浆,获得平均粒径为5~15μm的料浆,在石 膏模型中浇注成型,吸浆时间根据制品厚度而不同,对于最大厚度 为30~50mm的制品,一般控制在12~24小时,吸浆温度须高于10 ℃,最好为15℃~25℃; (2)脱模干燥: 待吸浆完成后脱模干燥,干燥过程必须严格控制温度和湿度, 通常在高湿恒温条件下(温度:30~50℃,湿度:大于90%)持续2~ 3天,再逐步升温减湿,3~4天内逐渐升温至110℃~130℃,每天 升温约20~30℃,湿度降至20%以下,使制品达到恒重。
充分干燥 是制成合格产品的必要条件; (3)高硅氧玻璃耐火制品的烧结: 由于该制品是以多孔高硅氧玻璃为原料,低温干燥后的素坯在 纳米级微孔中仍含有一定量的水份,只有在烧结过程中才能进一步 脱除,为防止制品开裂,在水份完全脱除以前必须严格控制升温速 率。
在800~1200℃之间制品中微孔将产生收缩,若升温过快或炉内 温度分布不均,会产生较大的收缩应力,以致于破坏制品,所以在 此温度范围内必须适当保温。
泥浆颗粒浇注形成的微米级孔隙需要 更高的温度才能排除,这也是致密化烧结的关键,通常在接近软化 温度条件下烧结,但必须防止析晶,否则在制品冷却或后步加工过 程中会出现开裂; 烧结过程分为三个阶段: 第一阶段为充分干燥阶段:室温至780℃~820℃,升温速率 10℃/min~30℃/min; 第二阶段为纳米级微孔收缩阶段:将温度升至1100℃~1200℃, 每隔100℃保温40min~60min; 第三阶段为颗粒堆积气孔排除阶段:将温度升至1450~1500℃, 升温速率为80~100℃/min; (4)高硅氧玻璃耐火制品的冷加工: 高硅氧玻璃耐火制品,尤其是高硅氧玻璃料碗在使用中必须与 料盆、加热圈等良好配合,出料口的尺寸也因出料量不同须严格控 制,各部位表面因接触物不同有着不同的光洁度要求。
可以采用玻 璃材料常规冷加工方法,如金刚石等硬质砂轮研磨等,即可获得所 说的高硅氧玻璃耐火制品。
以下将通过实施例对本发明的有关细节作进一步的说明。
                      实施例1 前已述及,料碗是彩色和黑白显像管玻壳生产中关键的消耗性 部件,图1为所说的料碗的示意图。
图2为图1的俯视图。
最大的 厚度δ为30mm,制品毛坯厚度为40mm,其制备过程如下: (1)高硅氧多孔玻璃的制备: 硼硅酸盐玻璃组成:SiO2 60%,B2O3 30%,Na2O 7.5%,Al2O3 2.5 %,熔制温度:1440℃,分相温度:600℃分相20小时,酸处理:3N 硫酸95℃处理48小时,即获得所说的高硅氧多孔玻璃。
(2)高硅氧玻璃料碗成型: 将上述高硅氧多孔玻璃放入球磨机中制浆,料水比为1∶0.5,料 浆的平均粒径为10μm,将上述料浆注入石膏模中成型,吸浆时间 为18小时,吸浆温度为20℃,20小时之后脱模干燥; 将素坯放在温度为40℃,湿度为95%的条件下干燥2天,以每 天20℃升温速率升温至120℃,使制品达到恒重; (3)高硅氧玻璃料碗烧结 将干燥制品置于烧结炉中,以20℃/小时的升温速率升至800 ℃,然后在900℃、1000℃、1100℃、1200℃各保温50分钟, 然后以80℃/小时升温速率升至1500℃保温10分钟后关炉冷却,即 可获得所说的高硅氧玻璃料碗毛坯,再经过冷加工完成制备。
经测试,高硅氧多孔玻璃料碗的性能如下: (1)材质为高硅氧玻璃体,SiO2含量大于95%。
(2)膨胀系数小于8×10-7/℃。
(3)体积密度大于2.1g/cm3
(4)气孔率小于1%。
(5)制品表面光洁,无气孔,无裂纹。
(6)抗热震性能好,高温(1100℃)更换料碗不发生开裂。
由上述公开的技术方案和实施例可见,所说的方法所制备的制 品性能优异,完全能满足工艺生产的需要。
显然,根据本发明公开 的技术,有关人员可以举一翻三地用于制作其他类型的高硅氧玻璃 制品。
这也在本发明的范围之内。
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