本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種高性能石英陶瓷燒成控制方法，選擇99.00%以上高純度石英砂原料和合理的顆粒級配加水進(jìn)行球磨，然后進(jìn)行均化，均化完成后，再加入另外兩種原料進(jìn)行二次顆粒級配，然后攪拌將動態(tài)槳料注模固化，在間歇式窯爐或連續(xù)式窯爐內(nèi)通過低溫階段、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變階段、再次氧化分解與燒成階段、高溫保溫階段、冷卻階段，再冷卻階段六步法燒制得到高性能石英陶瓷。本發(fā)明專利技術(shù)的燒成方法節(jié)約能源，促進(jìn)高性能石英陶瓷原料、天然氣的開發(fā)利用，有效的控制高性能石英陶瓷燒成溫度曲線，且燒結(jié)生產(chǎn)出的石英陶瓷內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)非常均勻，具有優(yōu)異的熱震穩(wěn)定性和抗炸裂能力；運行過程穩(wěn)定，實現(xiàn)了低碳、低污染排放。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種高性能石英陶瓷，具體涉及一種該石英陶瓷在間歇式窯爐或連續(xù)式窯爐中燒成控制的工藝方法，屬于新材料制備領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
當(dāng)今世界，常規(guī)能源供應(yīng)短缺危機日益嚴(yán)重，環(huán)境問題不斷加劇，太陽能作為新興能源有著無污染、可持續(xù)、總量大、分布廣、應(yīng)用形式多樣等優(yōu)點，世界各國對這一新興能源的利用率及低碳環(huán)保方面競爭異常激烈。高性能石英陶瓷也是用于多晶硅鑄錠用的耐高溫容器，是太陽能多晶硅生產(chǎn)過程中不可替代的關(guān)鍵消耗材料。在高性能石英陶瓷的制備過程中，高性能石英陶瓷的燒成是高性能石英陶瓷生產(chǎn)過程中能耗最大的一部分，約占整個石英陶瓷生產(chǎn)能耗的50%以上。在國家“十二五”規(guī)劃中，非常突出地強調(diào)了一個原則集約節(jié)約地利用各種資源，更進(jìn)一步地提高各種能源的利用率。為應(yīng)對國際日益增長的能源挑戰(zhàn)，因此縮短石英陶瓷的燒成周期、降低能耗就成了高性能石英陶瓷燒成新型工藝的發(fā)展方向。燒成是高性能石英陶瓷生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，它對高性能石英陶瓷的物理化學(xué)性能有很大的影響。熔融高性能石英陶瓷燒結(jié)的工藝過程中，燒成溫度制度(燒結(jié)溫度、保溫時間、升降溫速率)是非常重要的工藝參數(shù)，它不僅影響著石英陶瓷的燒成性能，而且還與胚體中方石英析晶及 晶粒長大密切相關(guān)。傳統(tǒng)的高性能石英陶瓷燒成工藝方法因為溫差的原因，容易產(chǎn)生裂紋，通過增加保溫時間來避免微裂紋的延伸，但是保溫時間一長一是增加能耗，二是熱膨脹系數(shù)顯著增大，高性能石英陶瓷強度下降。高性能石英陶瓷燒成氣氛有氧化氣氛、還原氣氛以及中性氣氛，不同的燒成氣氛下高性能石英陶瓷表現(xiàn)出的析晶能力也不同，由于目前控制系統(tǒng)的局限性，高性能石英陶瓷的燒成氣氛全部都是采用氧化氣氛燒成，氧化性氣體易于與粉體顆粒表面結(jié)合，且較高濃度的氧化性氣體能夠促進(jìn)其往石英內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)部滲透、擴(kuò)散，從而達(dá)到形成方石英所必需的Si/0化學(xué)計量比，進(jìn)而析晶長大生成方石英，使得燒結(jié)后的高性能石英陶瓷強度下降，熱膨脹系數(shù)急劇升高，力學(xué)性能和抗熱震性惡化。高性能石英陶瓷的燒成受石英陶瓷胚體顆粒級配的影響，石英陶瓷胚體顆粒級配不合理，石英陶瓷胚體在燒成過程中很難達(dá)到結(jié)構(gòu)致密，表現(xiàn)為密度下降，強度下降。粉體顆粒過粗，表面能力低，且不利于堆積，成型胚體空隙多，原子擴(kuò)散難度大，提高了燒成溫度和延長了燒成時間，不利于方石英結(jié)晶的抑制；粉體顆粒過細(xì)，增加了燒結(jié)推動力，縮短了原子擴(kuò)散距離，細(xì)顆粒優(yōu)先完成擴(kuò)散或熔化，同樣容易造成析晶，且冷卻過程容易開裂，另外，顆粒越細(xì)，顆粒體系中斷鍵或懸掛鍵就越多，這些處于激發(fā)狀態(tài)的鍵極易與外間滲透進(jìn)入的02發(fā)生作用，從而促進(jìn)析晶行為。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于針對上述存在的技術(shù)問題，提供一種高性能石英陶瓷的燒成控制方法，使用該種方法可以縮短高性能石英陶瓷燒成周期，降低能耗，確保高性能石英陶瓷的物理化學(xué)性能。有鑒于此，本專利技術(shù)提供ー種高性能石英陶瓷的燒成方法，主要過程包括選擇ニ氧化硅含量達(dá)99. 00 %以上高純度石英砂塊狀原料和顆粒原料加水進(jìn)行球磨，然后進(jìn)行均化，均化完成后，再加入ニ氧化硅含量達(dá)99. 00 %以上另外兩種目數(shù)高純度石英砂原料進(jìn)行二次顆粒級配，攪拌形成漿料；然后攪拌將動態(tài)槳料注模固化成型，在間歇式窯爐或連續(xù)式窯爐內(nèi)通過低溫階段(由室溫 300°C)、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變階段(300 950°C)、再次氧化分解與燒成階段(950 1136°C)、高溫保溫階段(1136°C)、冷卻階段(1136 400°C)，再冷卻階段。C (400 室溫)六步法燒制得到高性能石英陶瓷。選擇ニ氧化硅含量達(dá)99. 00%以上高純度塊狀石英砂原料和4-20目的高純度石英砂顆粒料按1:2的(質(zhì)量比例)。配加純凈水進(jìn)行12-13小時球磨，然后轉(zhuǎn)入勻化罐均化，均化6天到15天完成后，達(dá)到料漿設(shè)計控制范圍，顆粒大小直徑(D10%)在1. 46-1. 49um之間，密度在1820-1830g/cm3之間，粘度在240-500cPs之間。再按料漿55% - 75% (重量百分比)，50-100目高純度石英砂顆粒料20% - 30%(重量百分比)，100-200目高純度石英砂顆粒料5% -15% (重量百分比)的比率進(jìn)行二次顆粒級配配比，再加入0. 1% - 1.3% (重量百分比)的膠水進(jìn)行攪拌，快速、慢速分別攪拌5 - 15分鐘后，測試粘度值達(dá)到1800-2600cPs，實現(xiàn)合理的顆粒級配，形成漿料。本專利技術(shù)通過該控制方法將傳統(tǒng)的高性能石英陶瓷燒成周期從23個小時縮減到了14個小吋，每ー窯減少9個小吋。且提高本專利技術(shù)產(chǎn)品的燒成質(zhì)量。附圖說明下面結(jié)合附 圖和具體實施方式對本專利技術(shù)做更進(jìn)一歩地具體說明本專利技術(shù)的上述或其它方面要點會更加清楚。圖1為傳統(tǒng)エ藝石英陶瓷燒成周期。圖2為本專利技術(shù)的ー種高性能石英陶瓷燒成周期。具體實施例方式實施例一種多晶硅鑄錠用高性能石英陶瓷燒成控制方法，其主要步驟選擇ニ氧化硅含量達(dá)99. 00%，大小為0-60mm塊狀石英砂原料IlOOKg和4_20目的高純度石英砂顆粒料2200Kg。配加純凈水1000L進(jìn)行12小時球磨，然后轉(zhuǎn)入勻化罐均化，均化6天后，達(dá)到料漿設(shè)計控制范圍，顆粒大小直徑(D10%)在1. 47um，密度在1825g/cm3之間，粘度260cPs。再按料漿75% (重量百分比)，50-100目高純度石英砂顆粒料20% (重量百分比)，100-200目高純度石英砂顆粒料5% (重量百分比)的比率進(jìn)行二次顆粒級配配比，再加入0. 1% (重量百分比)的膠水進(jìn)行攪拌，快速、慢速分別攪拌5分鐘后，測試粘度值達(dá)到1800cPs，形成漿料。以下根據(jù)本專利技術(shù)的圖2溫度曲線，詳細(xì)解析各階段高性能石英陶瓷燒成物理化學(xué)性能變化及相應(yīng)的溫度控制方法。低溫階段(由室溫 300°C)，高性能石英陶瓷胚體在間歇式窯爐或連續(xù)式窯爐內(nèi)進(jìn)行燒成吋，首先是排除在干燥過程中尚未除去的殘留水分。這些殘余水分主要是吸附水和少量的游離水，其重約為2…5%。隨著水分排除固體顆粒緊密靠攏，少量的收縮。但這種收縮并不能完全填補水分所遺留的空間，因此物料的強度和氣孔率都相應(yīng)的增加。在120…140°C之前，由于坯體內(nèi)顆粒間尚有一定的空隙，水分可以自由的排除，可以迅速升溫，速度為2-10°C /分鐘。隨著溫度進(jìn)ー步提高，石英陶瓷坯體中毛細(xì)管逐漸變小，石英陶瓷坯體內(nèi)汽化加劇，使得開裂傾向増大。例如，當(dāng)加熱至120°C時，一克水占有的水蒸氣容積為22. 4 X (1+120/273)/18=1.79(升)。如果石英陶瓷坯體中含有4…5%的游離水，則100克坯體的水蒸氣體積達(dá)7. 16^8. 95升，相當(dāng)于坯體體積的155倍。這些水蒸氣主要由坯體的邊角部位排出。為了保證水分排出不致使坯體開裂，在此階段應(yīng)注意均勻升溫1_2°C /min,速率要慢，時間控制在110分鐘至120分鐘之間，溫度由120_140°C逐漸加溫到300°C。如圖2中O-A段溫度曲線。在此過程中，要求通風(fēng)良好，以便使排出的水蒸氣能迅速排出窯夕卜，避免冷聚在石英陶瓷坯體表面。具體通風(fēng)エ藝參數(shù)如下在此過程中，需要通風(fēng)排濕，排濕的エ藝條件是干燥爐內(nèi)濕度達(dá)到60% ；當(dāng)通風(fēng)排濕后濕度降低到30%以下時，停止通風(fēng)排濕。氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變階段(300 950°C )，這ー階段高性能石英陶瓷胚體內(nèi)部發(fā)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種高性能石英陶瓷燒成控制方法，其特征在于：步驟如下：?選擇二氧化硅含量達(dá)99.00%?以上高純度塊狀石英砂原料和4?20目的高純度石英砂顆粒料按1:2的質(zhì)量比例混合，配加純凈水進(jìn)行12?13小時球磨，然后轉(zhuǎn)入勻化罐均化，均化6天到15天完成后，達(dá)到石英陶瓷料漿控制范圍，顆粒大小直徑D10%，在1.46?1.49um之間，密度在1820?1830g/cm3之間，粘度在240?500cPs之間；再按料漿55%???75%重量百分比，50?100目高純度石英砂顆粒料20%???30%重量百分比，100?200目高純度石英砂顆粒料5%??15%重量百分比的比率進(jìn)行二次顆粒級配配比，再加入0.1%???1.3%?重量百分比的膠水進(jìn)行攪拌，快速、慢速分別攪拌5???15分鐘后，測試粘度值達(dá)到1800?2600cPs，實現(xiàn)合理的顆粒級配，形成漿料。攪拌將動態(tài)槳料注模固化，固化的工藝條件是干燥，排濕。在間歇式窯爐或連續(xù)式窯爐內(nèi)通過低溫階段、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變階段、再次氧化分解與燒成階段、高溫保溫階段冷卻階段，再冷卻階段六步法燒制得到高性能石英陶瓷。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種高性能石英陶瓷燒成控制方法，其特征在于步驟如下 選擇二氧化硅含量達(dá)99. 00%以上高純度塊狀石英砂原料和4-20目的高純度石英砂顆粒料按1:2的質(zhì)量比例混合,配加純凈水進(jìn)行12-13小時球磨，然后轉(zhuǎn)入勻化罐均化，均化6天到15天完成后，達(dá)到石英陶瓷料漿控制范圍，顆粒大小直徑D10%，在1. 46-1. 49um之間，密度在1820-1830g/cm3之間，粘度在240-500cPs之間；再按料漿55% - 75%重量百分t匕，50-100目高純度石英砂顆粒料20% - 30%重量百分比，100-200目高純度石英砂顆粒料5% -15%重量百分比的比率進(jìn)行二次顆粒級配配比，再加入O. 1% - 1.3%重量百分比的膠水進(jìn)行攪拌，快速、慢速分別攪拌5 - 15分鐘后，測試粘度值達(dá)到1800-2600cPS，實現(xiàn)合理的顆粒級配，形成漿料。攪拌將動態(tài)槳料注模固化，固化的工藝條件是干燥，排濕。在間歇式窯爐或連續(xù)式窯爐內(nèi)通過低溫階段、氧化分解與晶型轉(zhuǎn)變階段、再次氧化分解與燒成階段、高溫保溫階段冷卻階段，再冷卻階段六步法燒制得到高性能石英陶瓷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高性能石英陶瓷燒成控制方法，其特征在于所述低溫階段為溫度由室溫升至300°C ±20°C的過程，該過程份兩步具體如下在室溫-(120 140) °C，迅速升溫，速度為2-10°C /分鐘；在(120-140) °C-300°C，均勻升...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳德慧，
申請(專利權(quán))人：江蘇中硅工程材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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