CN116924778A - 一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，旨在解决对于尺寸较长且内部有一定特征的长条采用干压成型或者冷等静压成型难以成功的不足。该发明包括以下步骤：S1，将氧化铝粉体、分散剂、水混合搅拌得到混合料浆；S2，将混合料浆置于真空脱泡机中进行抽真空脱泡，去除混合料浆中的气泡；S3，将混合料浆装入压力注浆机中；S4，通过压力注浆机将混合料浆注入多孔树脂模具中持续加压成型；S5，脱模后干燥得到陶瓷生坯；S6，将陶瓷生坯装入烧结炉进行烧制成型。本专利申请采用压力注浆方式成型陶瓷产品，能成型出尺寸大且带有内部特征的陶瓷产品，克服大尺寸产品难成型和内部特征难加工的现状。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体地说，它涉及一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法。
背景技术
从传统陶瓷到先进陶瓷，陶瓷产品始终贯穿着人类生活和现代化建设。陶瓷产品的成型方式很多，目前我司在陶瓷生产过程中采用的成型方式为干压成型和冷等静压成型，在成型过程中对于尺寸较大且内部有一定特征的陶瓷长条采用干压成型或者冷等静压成型难以实现，一方面干压成型会因为径向、轴向的压力分布不均匀而引起坯体的分层、开裂和密度不均等现象，成型出坯体强度不是太高，且对于带有内部特征的陶瓷是无法采用干压成型的；另一方面，采用冷等静压成型可能会由于成型坯体不同部位收缩率不同导致坯体密度不均匀造成坯体中间细两端相对粗的现象，并且冷等静压容量有限，深度达不到要求，对于结构复杂的陶瓷，采用冷等静压成型易破坏结构特征，且成型后不易脱模。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供了一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，它采用压力注浆方式成型陶瓷产品，不仅可以减少坯体的干燥收缩和脱模后坯体的水分，而且还可以成型出尺寸大且带有内部特征的陶瓷产品，克服大尺寸产品难成型和内部特征难加工的现状。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，包括以下步骤：
S1，将氧化铝粉体、分散剂、水混合搅拌得到混合料浆；
S2，将混合料浆置于真空脱泡机中进行抽真空脱泡，去除混合料浆中的气泡；
S3，将混合料浆装入压力注浆机中；
S4，通过压力注浆机将混合料浆注入多孔树脂模具中成型；
S5，脱模后干燥得到陶瓷生坯；
S6，将陶瓷生坯装入烧结炉进行烧制成型。
混合料浆搅拌后更加均匀，分散剂能够提高料浆的流动性，便于将料浆注入多孔树脂模具中。混合料浆置于真空脱泡机中进行抽真空脱泡，避免混合料浆中残留气泡而影响产品品质。采用多孔树脂模具进行压力注浆成型，模具强度高，承受压力冲击强，模具使用寿命长，无需干燥即可连续使用，且模具内有微孔结构，更有利于排水，提高注浆效率。采用压力注浆成型，产品各个位置的受力均匀，使产品各个位置的密度均匀，且能够成型出大尺寸和具有内部特征的陶瓷生坯。
本专利申请采用压力注浆方式成型陶瓷产品，不仅可以减少坯体的干燥收缩和脱模后坯体的水分，而且还可以成型出尺寸大且带有内部特征的陶瓷产品，克服大尺寸产品难成型和内部特征难加工的现状。
作为优选，以质量份计，混合料浆中氧化铝粉体含量为80-85份，水含量为15-20份，分散剂含量为0.5-1份。
混合料浆的配比合理，保证了产品品质。
作为优选，氧化铝粉体纯度为99.9%，平均粒径0.5～1um之间。
选用合适的氧化铝粉体粒径，保证料浆不产生沉积，有利于料浆流动，防止氧化铝粉体过细进入模具微孔中，造成堵塞。
作为优选，S5陶瓷坯料在烘箱中干燥，烘箱温度设定110-120℃，升温速率为3-5℃/min。
采用合适的干燥温度和升温速率进行干燥，有利于陶瓷生坯干燥，防止干燥过程中造成坯体开裂，提高合格率。
作为优选，S6烧结炉内装有细烧结砂，陶瓷生坯放置在细烧结砂进行烧结。
采用细烧结砂进行隔离，有利于陶瓷生坯烧结收缩顺畅。
作为优选，S4压力注浆机的注浆压力0.8-1.2 MPa，保压15-25min。
设定合适的注浆压力和保压时间，保证陶瓷生坯的密度和强度达到要求。
作为优选，S6陶瓷生坯烧结过程依次包括脱脂阶段、晶粒长大阶段、降温阶段。脱脂阶段温度缓慢升高到580-600℃，时间110-130h，保温4.5-5.5h；晶粒长大阶段温度先升高到1250-1350℃，时间40-50h，保温1.5-2.5h，然后温度继续升高到1550-1650℃，时间20-30h，保温2.5-3.5h；降温阶段温度先缓慢降低到580-600℃，时间60-70h，然后自然冷却到室温。
脱脂阶段对陶瓷产品排胶脱脂。晶粒长大阶段进行晶粒的生长，坯体成瓷。降温阶段缓慢降温，防止极冷极热，导致产品开裂。
作为优选，多孔树脂模具外包覆金属定型套筒，多孔树脂模具上端盖合金属盖板，金属盖板与金属定型套筒上端连接；金属定型套筒外壁上密布若干排水孔。
金属定型套筒对多孔树脂模具起到了定型的作用，避免注浆高压使多孔树脂模具变形。排水孔的设置便于多孔树脂模具排出的水流能够快速排出。
作为优选，多孔树脂模具包括模筒和模芯，模芯安装在模筒中，模筒上端安装模盖，模盖下表面上设置压力塞，压力塞套装在模芯外壁和模筒内壁之间，压力塞连接若干根顶杆，顶杆穿出模盖；金属定型套筒下方设置振动机构，金属定型套筒安装在振动机构上，S4时振动机构工作驱动金属定型套筒振动；S4之后，S5之前通过顶杆对压力塞施加压力，直到压力到达设定值后停止施加压力。
注浆开始阶段通过振动机构驱动金属定型套筒振动，有利于快速排水。保压阶段振动机构停止工作。保压完成后，对压力塞施加压力，进一步压实陶瓷产品，有利于提高产品质量，压力到达设定值后停止施加压力，之后再进行脱模。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本专利申请采用压力注浆方式成型陶瓷产品，不仅可以减少坯体的干燥收缩和脱模后坯体的水分，而且还可以成型出尺寸大且带有内部特征的陶瓷产品，克服大尺寸产品难成型和内部特征难加工的现状。
附图说明
图1是本发明的实施例1的多孔树脂模具示意图；
图2是本发明的实施例1的多孔树脂模具***图；
图3是本发明的实施例2的多孔树脂模具剖视图；
图中：1、金属定型套筒，2、金属盖板，3、排水孔，4、模筒，5、模芯，6、模盖，7、插孔，8、凸环，9、注浆孔，10、通孔，11、压力塞，12、顶杆，13、压板，14、定位螺套，15、工作台，16、振动盘，17、振动电机，18、顶块，19、推动盘，20、推动块，21、振动弹簧，22、安装槽。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例1：一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，包括以下步骤：
S1，将氧化铝粉体、分散剂、水混合搅拌得到混合料浆；以质量份计，混合料浆中氧化铝粉体含量为80-85份，水含量为15-20份，分散剂含量为0.5-1份；本实施例中，混合料浆中氧化铝粉体含量为82份，水含量为18份，分散剂含量为0.8份；将混合料浆装入球磨罐中适当搅拌，再放入行星球磨机上球磨半小时，转速为20r/min，得到混合料浆；氧化铝粉体纯度为99.9%，平均粒径0.5～1um之间；
S2，将混合料浆置于真空脱泡机中进行抽真空脱泡，去除混合料浆中的气泡；真空脱泡机抽真空脱泡时，真空度为-0.09MPa ~ -0.1MPa，本实施例中真空度为-0.095MPa，同时对混合料浆缓慢搅拌；一边搅拌一边脱泡，有利于提高脱泡效果；
S3，将混合料浆装入压力注浆机中；
S4，通过压力注浆机将混合料浆注入多孔树脂模具中成型；压力注浆机的注浆压力0.8-1.2 MPa，保压15-25min，本实施例中注浆压力1MPa，保压20min；
S5，脱模后干燥得到陶瓷生坯；陶瓷坯料在烘箱中干燥，烘箱温度设定110-120℃，升温速率为3-5℃/min，本实施例中烘箱温度设定115℃，升温速率为4℃/min；
S6，将陶瓷生坯装入烧结炉进行烧制成型。烧结炉内装有细烧结砂，陶瓷生坯放置在细烧结砂进行烧结。烧结炉内搭制台板，台板表面铺有一层细烧结砂，陶瓷生坯放置在台板上进行烧结。陶瓷生坯烧结过程依次包括脱脂阶段、晶粒长大阶段、降温阶段。
脱脂阶段温度缓慢升高到580-600℃，时间110-130h，保温4.5-5.5h；晶粒长大阶段温度先升高到1250-1350℃，时间40-50h，保温1.5-2.5h，然后温度继续升高到1550-1650℃，时间20-30h，保温2.5-3.5h；降温阶段温度先缓慢降低到580-600℃，时间60-70h，然后自然冷却到室温。
本实施例中脱脂阶段温度缓慢升高到600℃，时间120h，保温5h；晶粒长大阶段温度先升高到1300℃，时间45h，保温2h，然后温度继续升高到1600℃，时间25h，保温3h；降温阶段温度先缓慢降低到600℃，时间65h，然后自然冷却到室温。
如图1、图2所示，多孔树脂模具外包覆金属定型套筒1，多孔树脂模具上端盖合金属盖板2，金属盖板与金属定型套筒上端连接；金属定型套筒外壁上密布若干排水孔3。多孔树脂模具包括模筒4和模芯5，模芯安装在模筒中，模筒上端安装模盖6，模筒底部设有插槽，模盖上设置插孔7，模芯下端插装在插槽中，模芯上端插装在插孔中。模筒上端设置凸环8，模盖下端面上设置凹槽，凹槽与凸环适配连接。模盖上设置注浆孔9，金属盖板上设置通孔10，通孔与注浆孔对准。料浆从通孔、注浆孔注入到模芯外壁和模筒内壁之间的模腔中。
混合料浆球磨搅拌后更加均匀，分散剂能够提高料浆的流动性，便于将料浆注入多孔树脂模具中。混合料浆置于真空脱泡机中进行抽真空脱泡，避免混合料浆中残留气泡而影响产品品质。采用多孔树脂模具进行压力注浆成型，模具强度高，承受压力冲击强，模具使用寿命长，无需干燥即可连续使用，且模具内有微孔结构，更有利于排水，提高注浆效率。采用压力注浆成型，产品各个位置的受力均匀，使产品各个位置的密度均匀，且能够成型出大尺寸和具有内部特征的陶瓷生坯。
实施例2：一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，其步骤与实施例1相似，主要不同点在于本实施例中多孔树脂模具包括模筒和模芯，模芯安装在模筒中，模筒上端安装模盖，如图3所示，模盖下表面上设置压力塞11，压力塞上和注浆孔对应设置入浆孔，压力塞套装在模芯外壁和模筒内壁之间，压力塞连接若干根顶杆12，顶杆穿出模盖和金属盖板；金属盖板上方设置压板13，顶杆均与压板连接。顶杆上螺纹连接定位螺套14，定位螺套抵接在金属盖板上，定位螺套对压力塞进行定位。金属定型套筒下方设置振动机构，金属定型套筒安装在振动机构上，S4时振动机构工作驱动金属定型套筒振动；S4之后，S5之前松开定位螺套，通过顶杆对压力塞施加压力，直到压力到达设定值后停止施加压力。振动机构包括工作台15、振动盘16和振动电机17，振动盘下表面上周向均布设置若干顶块18，顶块下表面沿周向倾斜设置，振动电机输出轴上安装推动盘19，推动盘上表面上设置若干推动块20，推动块与顶块一一对应设置，推动块上表面沿周向倾斜设置推动块与振动盘贴合；振动盘可升降安装在工作台上，振动盘和工作台之间安装振动弹簧21。工作台上和振动盘对应设置安装槽22，振动盘与安装槽适配连接，金属定型套筒安装在振动盘上。振动电机工作带动推动盘转动，通过推动盘上的推动块与振动盘上的顶块配合接触，实现振动盘的上下振动。其它步骤与实施例1相同。
注浆开始阶段通过振动机构驱动金属定型套筒振动，有利于快速排水。保压阶段振动机构停止工作。保压完成后，对压力塞施加压力，进一步压实陶瓷产品，有利于提高产品质量，压力到达设定值后停止施加压力，之后再进行脱模。
以上所述的实施例只是本发明较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，其特征是，包括以下步骤：
S1，将氧化铝粉体、分散剂、水混合搅拌得到混合料浆；
S2，将混合料浆置于真空脱泡机中进行抽真空脱泡，去除混合料浆中的气泡；
S3，将混合料浆装入压力注浆机中；
S4，通过压力注浆机将混合料浆注入多孔树脂模具中持续加压成型；
S5，脱模后干燥得到陶瓷生坯；
S6，将陶瓷生坯装入烧结炉进行烧制成型。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，其特征是，以质量份计，混合料浆中氧化铝粉体含量为80-85份，水含量为15-20份，分散剂含量为0.5-1份。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，其特征是，氧化铝粉体纯度为99.9%，平均粒径0.5～1um之间。
4.根据权利要求1所述的一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，其特征是，S5陶瓷坯料在烘箱中干燥，烘箱温度设定110-120℃，升温速率为3-5℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，其特征是，S6烧结炉内装有细烧结砂，陶瓷生坯放置在细烧结砂进行烧结。
6.根据权利要求1所述的一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，其特征是，S4压力注浆机的注浆压力0.8-1.2 MPa，保压15-25min。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，其特征是，S6陶瓷生坯烧结过程依次包括脱脂阶段、晶粒长大阶段、降温阶段。
8.根据权利要求7所述的一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，其特征是，脱脂阶段温度缓慢升高到580-600℃，时间110-130h，保温4.5-5.5h；晶粒长大阶段温度先升高到1250-1350℃，时间40-50h，保温1.5-2.5h，然后温度继续升高到1550-1650℃，时间20-30h，保温2.5-3.5h；降温阶段温度先缓慢降低到580-600℃，时间60-70h，然后自然冷却到室温。
9.根据权利要求1所述的一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，其特征是，多孔树脂模具外包覆金属定型套筒，多孔树脂模具上端盖合金属盖板，金属盖板与金属定型套筒上端连接；金属定型套筒外壁上密布若干排水孔。
10.根据权利要求9所述的一种大尺寸氧化铝陶瓷成型方法，其特征是，多孔树脂模具包括模筒和模芯，模芯安装在模筒中，模筒上端安装模盖，模盖下表面上设置压力塞，压力塞套装在模芯外壁和模筒内壁之间，压力塞连接若干根顶杆，顶杆穿出模盖；金属定型套筒下方设置振动机构，金属定型套筒安装在振动机构上，S4时振动机构工作驱动金属定型套筒振动；S4之后，S5之前通过顶杆对压力塞施加压力，直到压力到达设定值后停止施加压力。
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