技术领域
[0001] 本
发明属于陶瓷制造技术领域，特别涉及一种陶瓷素坯烧结装置及烧结方法。
背景技术
[0002] 陶瓷材料因其具有良好的机械强度、化学
稳定性、耐
腐蚀性、高绝缘性等优点广泛应用于宇航、通信、
电子信息及互联网等领域。无论采取何种成型方式，陶瓷粉末成型的素坯在烧结后都会发生一定量的收缩，而且烧结过程中素坯的收缩往往存在
各向异性，导致烧结后陶瓷毛坯发生
变形。对于棒状、柱状、筒状或长条状陶瓷素坯，烧结过程中由于素坯轴向与径向收缩不一致，导致烧结后陶瓷毛坯产生较大的
翘曲变形，给后续陶瓷毛坯的加工带来很大的困难，尤其当陶瓷素坯长径比较大时，烧结后陶瓷毛坯的翘曲变形更加严重，常常会作为废品处理掉，影响了产品的合格率及生产周期，并造成了一定程度的资源浪费。
[0003] 目前文献和
专利报道有关棒状、柱状或筒状陶瓷烧结的方法包括承烧板波浪槽烧结法，是将陶瓷素坯
单层放置于表面带有波浪槽的承烧板中，所述波浪槽防止陶瓷素坯滚动，烧结过程中未在陶瓷素坯上表面施加压
力，烧结过程无法消除陶瓷向上翘曲的问题，此外由于单层放置烧结，还存在生产效率低等缺点。
发明内容
[0004] 本发明的主要目的在于提供一种陶瓷素坯烧结装置及烧结方法，所述烧结装置及烧结方法的烧结全过程加压，有效解决了长棒状、柱状、筒状或长条状陶瓷烧结后翘曲变形大的问题，而且可以批量烧结，提高了生产效率，同时所述
挡板的
角度可调整，能够适用于多种规格的陶瓷素坯，从而更加适于实用。
[0005] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种陶瓷素坯烧结装置，其包括：两
块挡板，所述挡板的一端对接并连接在一起以形成凹槽；
压板，所述压板为矩形板；所述烧结装置用于烧结陶瓷素坯时，将待烧结的陶瓷素坯放入凹槽内，所述压板放入所述凹槽内并
覆盖在所述陶瓷素坯上；所述压板与所述陶瓷素坯
接触，且与挡板之间具有间隙。
[0006] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0007] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其还包括：
基座，所述挡板位于所述基座上方；位于所述基座上方且位于所述挡板两侧的立柱，两块所述挡板分别抵靠于两侧的立柱形成凹槽；两块挡板的底端连接在一起。
[0008] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述基座上设置
导轨槽，所述立柱安装于所述导轨槽内并能沿着所述导轨槽运动。
[0009] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述挡板为平板或者弯板。
[0010] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述档板的内表面粗糙度≤0.05μm；所述压板的下表面为平面，其表面粗糙度≤0.05μm。
[0011] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述压板的上表面设置有用于码放
配重块的
箱体。
[0012] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中陶瓷罩，所述陶瓷罩具有4个
侧壁，所述侧壁设置有直径为2-10mm的通孔；环形卡槽，所述环形卡槽设置于所述基座上，且其尺寸与所述陶瓷罩的开口端的口径尺寸配合；当所述烧结装置进行烧结时，所述陶瓷罩倒扣在所述基座上；所述陶瓷罩的开口端插入所述卡槽内。
[0013] 本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种陶瓷素坯烧结方法，应用前述的陶瓷素坯烧结装置，其包括以下步骤：
[0014] 1)烧结装置组装及待烧结的陶瓷素坯码放：
[0015] A、根据待烧结的长棒状、柱状、筒状或长条状陶瓷素坯的径向尺寸，调节两块档板形成合适的夹角，将其紧固在一起；
[0016] B、将待烧结的陶瓷素坯依次以轴向垂直于所述导轨槽的方向放入凹槽内；
[0017] C、将压板平压在待烧结的陶瓷素坯上；
[0018] D、在压板的箱体内放置配重块，使得待烧结的陶瓷素坯的压强在0.01KPa-0.5KPa；
[0019] E、将陶瓷罩倒扣在基座的卡槽内；
[0020] 2)烧结：
[0021] F、将组装好的烧结装置放置于高温炉内，按下述升温速度升温至烧结
温度，在所述烧
结温度下保温1-4h；升温速度为：
[0022] 室温-200℃区间内的升温速度为2-10℃/min；
[0023] 200℃-1000℃区间内的升温速度为1-5℃/min；
[0024] 1000℃以上的升温速度为0.1-2℃/min；
[0025] G、然后，随炉冷却到室温，获得陶瓷毛坯。
[0026] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0027] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结方法，其中所述压板，其以待烧结的陶瓷素坯长度的方向作为长度，以相邻的方向作为宽度；所述压板的长度大于等于待烧结的陶瓷素坯的长度；所述压板的宽度为：D＝(N-1)·d，其中，D为压板的宽度；N为凹槽内铺满顶层可码放的陶瓷素坯的数量；d为顶层码放的陶瓷素坯的直径。
[0028] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结方法，其中待烧结的陶瓷素坯在凹槽内的码放层数为2-15层；从下而上，每层码放陶瓷素坯的数量以等差数列的方式递增。
[0029] 借由上述技术方案，本发明提出的一种陶瓷素坯烧结装置及烧结方法至少具有下列优点：
[0030] 本发明解决了长棒状、柱状、筒状或长条状陶瓷烧结后翘曲变形大的问题，获得的陶瓷毛坯翘曲变形小、尺寸
精度高。在未采用所述陶瓷素坯烧结装置及烧结方法时，
现有技术最好的烧结结果，棒状陶瓷素坯烧结后翘曲度高达2mm/英寸，而采用本发明的陶瓷素坯烧结装置及烧结方法后，棒状陶瓷素坯烧结后翘曲度可降至0.05mm/英寸，棒状陶瓷毛坯的尺寸精度提高达40倍以上。由此可见，所述陶瓷素坯烧结装置及烧结方法极大地提高了陶瓷素坯烧结后的尺寸精度。同时，本发明简化了陶瓷素坯的烧结过程，通过将素坯码放至烧结装置上进行烧结，使用一套烧结装置即可一次性烧结多根陶瓷素坯，可批量化作业，且陶瓷素坯一次性码放，整体性烧结，简化了工艺流程，提高了生产效率。
[0031] 所述陶瓷素坯烧结装置及烧结方法的烧结过程中，陶瓷素坯所受的外力来源于烧结装置的凹槽。所述陶瓷素坯烧结装置与陶瓷素坯直接接触并为其提供外力的凹槽形状可以为V形、U形、四边形、圆柱形、类球形、多边形及以上各形状的倒立形式，其采用上部
大底部小的设计，且素坯码放时从下而上数量等差递增，使得素坯的受力更均匀，可更有效地提高其尺寸精度。
[0032] 所述陶瓷素坯烧结装置及烧结方法的烧结过程中，陶瓷素坯所受的外力还来源于压板，在凹槽使用过程中可通过其他压板和配重块等外物或装置加大陶瓷素坯烧结过程所受外力，使得素坯的受力更均匀，可更有效地提高其尺寸精度。
[0033] 为保证烧结过程中陶瓷素坯受力的均匀性，所述陶瓷素坯烧结装置与陶瓷接触的凹槽的两侧或两侧切线与
水平方向夹角大小相同。
[0034] 所述陶瓷素坯烧结装置及烧结方法在烧结过程中陶瓷素坯采用叠层摆放，彼此之间通过相互作用彼此受力，烧结过程中可彼此抑制烧结变形，解决陶瓷烧结后翘曲变形问题，还有助于提高生产效率。
[0035] 所述陶瓷素坯烧结装置中的长棒状、柱状、筒状或长条状陶瓷素坯，在烧结的全过程中始终受到外力的作用，有效解决了致密化烧结后陶瓷翘曲变形大的问题，提高陶瓷烧结后的尺寸精度。
[0036] 所述陶瓷素坯烧结装置还配置有陶瓷罩，基座上设置卡槽，将陶瓷罩倒扣在基座上可以给陶瓷素坯提供一个相对封闭的空间，有利于提高温度场的均匀性，减小了由于烧结过程中温度分布不均而产生的热
应力，进一步降低了烧结过程中陶瓷素坯的翘曲变形，保证了陶瓷毛坯的尺寸精度。
[0037] 所述陶瓷罩的前后左右各设置有通孔，所述通孔的直径为2mm-10mm，该独特的结构设计保证了烧结过程中所述烧结装置内与炉体气氛一致，所述陶瓷罩能够给待烧结的陶瓷素坯提供一个相对密闭的环境，防止陶瓷素坯被污染。
[0038] 所述陶瓷素坯烧结装置包括可沿导轨槽活动的立柱，可以
支撑挡板形成角度不同的凹槽以适应多种规格尺寸的陶瓷素坯。
[0039] 所述陶瓷素坯烧结装置及烧结方法还具有操作简单，成本低廉的优点。
[0040] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照
说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳
实施例并配合
附图详细说明如后。
附图说明
[0041] 图1是本发明提出的陶瓷素坯烧结装置(V形)的结构示意图；
[0042] 图2是本发明提出的陶瓷素坯烧结装置(梯形)的结构示意图。
具体实施方式
[0043] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种陶瓷素坯烧结装置及烧结方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0044] 如图1-图2所示，本发明的一个实施例提出的一种陶瓷素坯烧结装置，其包括：两块挡板4，所述挡板4的一端对接并连接在一起以形成凹槽；压板6，所述压板6为矩形板；所述烧结装置用于烧结陶瓷素坯5时，将待烧结的陶瓷素坯5放入凹槽内，所述压板6放入所述凹槽内并覆盖在所述陶瓷素坯5上；所述压板6与所述陶瓷素坯5接触，且与挡板4之间具有间隙。
[0045] 待烧结的陶瓷素坯5烧结过程中，通过压板6给陶瓷素坯5施加一定的压力，可有效消除烧结后陶瓷毛坯翘曲变形大的问题，进一步提高了陶瓷的尺寸精度。
[0046] 所述挡板4的尺寸依据被烧结的陶瓷素坯5调整；所述挡板4在水平面的投影长度大于等于所述陶瓷素坯5的长度，所述陶瓷素坯5完全放置于凹槽内。
[0047] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其还包括：基座1，所述挡板4位于所述基座1上方；位于所述基座1上方且位于所述挡板4两侧的立柱3，两块所述挡板4分别抵靠于两侧的立柱3形成凹槽；两块挡板4的底端连接在一起，所述挡板4之间在水平方向距离从下而上逐渐增大。
[0048] 所述基座1用于安装和连接各部件，且保证所述陶瓷素坯5烧结装置的稳定性。
[0049] 所述立柱3在所述挡板4的两侧对称设置，分别支撑两块挡板4形成对称的凹槽。
[0050] 当所述烧结装置用于烧结所述陶瓷素坯5时，所述陶瓷素坯5以轴向垂直于所述导轨槽11的方向码放至所述凹槽内。
[0051] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述基座1上设置导轨槽11，所述立柱3安装于所述导轨槽11内并能沿着所述导轨槽11运动。
[0052] 所述立柱3沿着所述导轨槽11运动，通过调整所述立柱3的
位置，可以调节所述挡板4的方向以及两块挡板4的距离，从而调节其所形成的凹槽的尺寸。
[0053] 两块所述挡板4形成的凹槽尺寸可以调节，能够适用于尺寸不同的陶瓷素坯5的烧结使用。
[0054] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述立柱3结构相同，数量相等且位置对称。
[0055] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述挡板4为平板或者弯板。
[0056] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述挡板4为平板；两块所述档板形成的夹角为10°-160°。
[0057] 两块挡板4均为弯板时，其形成的凹槽为U形槽、梯形槽或者类圆形槽；两块挡板4的形状相同或不同，由其形成的凹槽为轴对称或非轴对称。
[0058] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述档板的内表面粗糙度[0059] ≤0.05μm；所述压板6的下表面为平面，其表面粗糙度≤0.05μm。
[0060] 所述压板6的下表面进行
抛光处理，防止划伤待烧结的陶瓷素坯5表面，保证烧结后陶瓷素坯5的表面精度。同时，挡板4的内表面粗糙度小，在烧结过程中降低了陶瓷素坯5与挡板4之间的
摩擦力，保证陶瓷素坯5的均匀收缩。
[0061] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述压板6的上表面设置有用于码放配重块的箱体7。
[0062] 通过配重块可调节陶瓷素坯上的压力
载荷，保证了陶瓷素坯烧结过程中始终有一定的压力，有效抑制了烧结过程中陶瓷素坯的翘曲变形。
[0063] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述压板6的上下表面的平行度≤0.1mm。
[0064] 所述压板6的上下表面平行旨在保证烧结过程中陶瓷素坯5受力均匀。
[0065] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中陶瓷罩2，所述陶瓷罩2具有4个侧壁，所述侧壁设置有直径为2-10mm的通孔；环形卡槽，所述环形卡槽设置于所述基座1上，且其尺寸与所述陶瓷罩2的开口端的口径尺寸配合；当所述烧结装置进行烧结时，所述陶瓷罩2倒扣在所述基座1上；所述陶瓷罩2的开口端插入所述卡槽内。
[0066] 所述基座1上设置卡槽，可以保证陶瓷罩2顺利的倒扣在基座1上，给陶瓷素坯5提供一个相对封闭的空间，有利于提高温度场的均匀性，减小了由于烧结过程中温度分布不均而产生的
热应力，进一步降低了烧结过程中陶瓷素坯的翘曲变形，保证了陶瓷毛坯的尺寸精度。
[0067] 所述陶瓷罩2的前后左右各设置有通孔，所述通孔的直径为2mm-10mm，该独特的结构设计保证了烧结过程中所述烧结装置内与炉体气氛一致，所述陶瓷罩2能够给待烧结的陶瓷素坯5提供一个相对密闭的环境，防止陶瓷素坯被污染。
[0068] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结装置，其中所述烧结装置的各部件均选用高温耐火材料制成。
[0069] 所述基座1的材质为
氧化
铝陶瓷、氧化锆陶瓷、
纤维板、刚玉板等。
[0070] 所述陶瓷罩2、立柱3的材质均为高温耐火材料。
[0071] 所述挡板4由氧化铝陶瓷板、氧化锆陶瓷板、氮化物陶瓷板、
碳化物陶瓷板、高温纤维板等耐火材料制成。所述挡板4的尺寸依据实际需求可进行定制。
[0072] 所述压板6和配重块的材质选用高温耐火材料。
[0073] 本发明还提出一种陶瓷素坯烧结方法，应用前述的陶瓷素坯烧结装置，其包括以下步骤：
[0074] 1)烧结装置组装及待烧结的陶瓷素坯码放：
[0075] A、根据待烧结的长棒状、柱状、筒状或长条状陶瓷素坯5的径向尺寸，通过立柱3沿导轨槽11运动以调节两块档板形成合适的夹角，将其紧固在一起；
[0076] B、将待烧结的陶瓷素坯5依次以轴向垂直于所述导轨槽11的方向放入凹槽内；
[0077] C、将压板6平压在待烧结的陶瓷素坯5上；
[0078] D、在压板6的箱体7内放置配重块，使得待烧结的陶瓷素坯5的压强在0.01KPa-0.5KPa；
[0079] E、将陶瓷罩2倒扣在基座1的卡槽内；
[0080] 2)烧结：
[0081] F、将组装好的烧结装置放置于高温炉内，按下述升温速度升温至烧结温度，在所述烧结温度下保温1-4h；升温速度为：
[0082] 室温-200℃区间内的升温速度为2-10℃/min；
[0083] 200℃-1000℃区间内的升温速度为1-5℃/min；
[0084] 1000℃以上的升温速度为0.1-2℃/min；
[0085] G、然后，随炉冷却到室温，获得陶瓷毛坯。
[0086] 在烧结陶瓷素坯时，要求同批次烧结的陶瓷素坯规格型号一致。
[0087] 待烧结的陶瓷组分为：氧化物陶瓷粉、氮化物陶瓷粉、碳化物陶瓷粉、
硅化物陶瓷粉、多元电子陶瓷粉或它们的两种及以上的复合陶瓷粉。
[0088] 烧结完成后，依次取下配重块、压头及陶瓷毛坯，清理所述烧结装置；将陶瓷毛坯入库备用。
[0089] 所述烧结方法可适用于
马弗炉、硅钼棒高温炉、气氛炉静态烧结及
隧道窑连续烧结等多种烧结形式。
[0090] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结方法，其中所述压板6，其以待烧结的陶瓷素坯5长度的方向作为长度，以相邻的方向作为宽度；所述压板6的长度大于等于待烧结的陶瓷素坯5的长度；所述压板的宽度为：D＝(N-1)·d，其中，D为压板的宽度；N为凹槽内铺满顶层可码放的陶瓷素坯的数量；d为顶层码放的陶瓷素坯的直径。
[0091] 优选的，前述的陶瓷素坯烧结方法，其中待烧结的陶瓷素坯5在凹槽内的码放层数为2-15层；从下而上，每层码放陶瓷素坯5的数量以等差数列的方式递增。
[0092] 陶瓷素坯5叠放至凹槽后，所述凹槽的横截面形状可为轴对称图形或非轴对称图形。
[0093] 所述陶瓷素坯5叠层摆放，此烧结方式提高了生产效率。
[0094] 实施例1：
[0095] 取30g丙烯酰胺、5g N N-亚甲基双丙烯酰胺、200g去离子水、1000g氧化铝粉(95％)、分散剂(C-6)8g、消泡剂(C-20)1g加入2L尼龙球磨罐中，其m(球)：m(料)＝1:1，球磨20h后获得料浆，料浆经
真空除气后添加引发剂(APS)和催化剂(TEMED)各0.1g，注模后放入烘箱60℃
固化1h，脱模后得到尺寸为 的陶瓷素坯，经干燥、排胶、预烧后得到棒状陶瓷素坯备用。
[0096] 准备陶瓷素坯烧结装置，调节立柱的位置，使挡板夹角呈90°，两挡板与水平方向的夹角均为45°；将待烧结棒状陶瓷素坯依次叠放入微变形烧结装置内，共叠放6层；将压板平压在陶瓷素坯上表面，压板上的箱体内放置配重块，使陶瓷素坯上的压强为0.4KPa，将陶瓷罩倒扣在基座上，然后把组装好的陶瓷素坯烧结装置移至高温炉中，烧结工艺如下：室温-200℃区间内升温速率为10℃/min，200℃-1000℃区间内升温速率为3℃/min，1000℃-1500℃区间内升温速率为1.5℃/min，在1500℃保温3h，保温结束后随炉冷却至室温，获得陶瓷毛坯。
[0097] 烧结后的陶瓷毛坯的表面翘曲度为0.052mm/英寸。
[0098] 实施例2：
[0099] 同实施例1，挡板调整为折板；所述折板的弯曲角度为120度；调节立柱位置，使两块挡板底端对接后呈180°，形成倒立的等腰梯形的凹槽。
[0100] 烧结后的陶瓷毛坯的表面翘曲度为0.055mm/英寸。
[0101] 对比例：
[0102] 采用相同工艺制备20mm×90mm棒状陶瓷素坯，经干燥、排胶、预烧后，单层码放于波浪槽承烧板上常压烧结。
[0103] 烧结后的陶瓷毛坯的表面翘曲度为2.02mm/英寸。
[0104] 效果对比：
[0105] 1、对比例中未采用本发明的烧结装置盛装陶瓷素坯，烧结后的棒状陶瓷毛坯翘曲度为2.02mm/英寸，而实施例1和实施例2采用本发明提出的烧结装置及烧结方法进行烧结，棒状陶瓷微变形烧结后翘曲度分别减小为0.052mm/英寸和0.055mm/英寸。由此可见，采用本发明提出的烧结装置及烧结方法烧结的棒状陶瓷的尺寸精度得到了较大的提高。
[0106] 2、实施例1和实施例2中采用本发明提出的烧结装置和烧结方法，使用一套烧结装置即可一次性烧结多根陶瓷素坯，且陶瓷素坯一次性码放，整体性烧结，简化了工艺流程，提高了生产效率。
[0107] 本发明
权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
[0108] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
