Введение: Революция основного оборудования в керамической промышленности

Керамические материалы из - за их высокой температуры, коррозионной стойкости, высокой прочности и других превосходных характеристик, от традиционной бытовой посуды до современной аэрокосмической, электронной информации и других областей, занимают незаменимое положение. Преимущества и недостатки производительности керамических изделий, ядро зависит от ключевого процесса « спекания» - через высокотемпературное действие частиц керамического порошка происходит уплотнение, кристаллизация и рост зерна, в конечном итоге формирование структурной стабильности, производительность соответствует процессу готовой продукции. Керамическая агломерационная печь в качестве основного оборудования для реализации этого процесса, после технологической итерации от традиционных земляных печей и угольных печей до современных интеллектуальных термостатов, в настоящее время превратилась в точное оборудование, объединяющее высокотемпературное управление, регулирование атмосферы, точное управление скоростью, непосредственно определяет плотность, прочность, износостойкость керамической продукции и другие основные показатели, стала ключевой поддержкой для продвижения керамической промышленности к высокопроизводительному, многофункциональному и химическому развитию. От серийного производства домашней керамики до индивидуальной обработки специальной керамики для аэрокосмической промышленности керамические спекатели всегда были « высокотемпературными кузнечниками » в цепочке керамической промышленности.

Основные принципы: тайна уплотнения керамики при высоких температурах

Суть спекания керамики заключается в том, чтобы использовать высокотемпературную активацию атомной диффузионной способности частиц керамического порошка, через перемещение материала между частицами, контактное слияние и устранение пористости, чтобы реализовать переход от рыхлой порошковой заготовки к компактному керамическому телу, основной процесс включает в себя три основных физико - химических механизма, и конструкция печи спекания вокруг этих механизмов точно регулирует условия окружающей среды:

Контакт частиц и сцепление: керамическая заготовка (из керамического порошка и связующего вещества, диспергирующего агента и других смесей) после входа в печь спекания, с повышением температуры, поверхность частицы порошка увеличивается атомной кинетической энергией, точка контакта между частицами происходит сцепление, образуя начальную структуру соединения шеи, так что заготовка предварительно затвердевает. Эта фаза в основном зависит от поверхностной диффузии, и печь для спекания должна обеспечивать стабильную скорость нагрева (обычно 5 - 50°С / мин), чтобы избежать слишком быстрого нагрева, ведущего к растрескиванию заготовки.

Плотность и устранение пористости: При повышении температуры до температуры спекания керамического материала (обычно в 0,5 - 0,8 раза выше температуры плавления материала), скорость атомной диффузии значительно возрастает, шея между частицами продолжает расти, воздушные отверстия внутри заготовки постепенно заполняются, исключаются, плотность при объемном сжатии значительно увеличивается (что приводит к увеличению плотности с первоначальных 50% - 60% до более чем 95%). Этот этап является ключом к определению свойств керамики, и печь для спекания должна точно контролировать равномерность температуры (разница температур составляет ±5°C), чтобы избежать неравномерности производительности, вызванной локальным перегревом или недостаточной температурой.

Рост зерна и структурная стабильность: на этапе высокотемпературной изоляции керамические зерна достигают роста и оптимизации за счет миграции границ зерна, образуя стабильную кристаллическую структуру (например, корундовую структуру, структуру шпинеля и т. Д.), так что керамика обладает конкретными механическими, электрическими или тепловыми свойствами. В это время контроль атмосферы в печи для спекания имеет решающее значение - например, окислительная атмосфера удаляет органические связующие вещества из заготовки, восстановительная атмосфера предотвращает окисление металлической оксидной керамики, а вакуумная среда уменьшает помехи газа росту зерна.

Короче говоря, основная миссия керамической агломерационной печи заключается в том, чтобы обеспечить прецизионную среду для керамических заготовок посредством точного управления « температурной кривой » (температура - изоляция - скорость охлаждения), « атмосферной средой» (воздух, инертный газ, восстановительный газ, вакуум) и « условиями давления» (атмосферное давление, высокое давление) и в конечном итоге реализовать керамическую готовую продукцию с контролируемой производительностью.

III. Основная структура и классификация:

Система нагрева: "ядро источника тепла" корпуса печи, отвечает за обеспечение стабильной, однородной высокотемпературной среды. В зависимости от нагревательных элементов можно разделить на: (1) резистивное нагревание (обычно используемые элементы - силиконовый молибденовый стержень, силиконовый углеродный стержень, хромоникелевая проволока, применимый температурный диапазон 800 - 1800°C, широко используется в средневысокотемпературном керамическом спекании); 2) индукционное нагревание (использование электромагнитной индукции для получения вихревого нагрева, быстрой скорости нагрева, хорошей однородности температуры, применяется высокотемпературное спекание 1200 - 2200°C, например, специальная керамическая обработка); 3) микроволновое нагревание (нагревание путем микроволнового возбуждения внутренней атомной вибрации заготовки, высокая эффективность нагрева, энергосбережение и охрана окружающей среды, применение 600 - 1600 °C, особенно для тонкого керамического спекания); (4) Газовое нагревание (природный газ, сжиженный газ в качестве топлива, низкая стоимость, быстрое нагревание, подходит для крупномасштабного производства бытовой керамики, температурный диапазон 800 - 1300°C).

Термоизоляция и структура камеры: ключ к обеспечению стабильности температуры в печи и снижению потерь тепла. Материал печи должен обладать высокой температурой, низкой теплопроводностью, обычно используется глиноземное волокно, волокно моллита, графитовый войлок и т. Д. (графитовый войлок подходит для вакуумных или инертных высокотемпературных печей); Корпус печи использует холоднокатаную стальную пластину, заполненную теплоизоляционным материалом посередине, часть корпуса также имеет охлаждающий водный путь для достижения быстрого охлаждения и защиты корпуса печи.

Система управления атмосферой: регулирование газовой среды в печи для потребностей спекания различных керамических материалов, основные компоненты включают газовые резервуары, расходомеры, клапаны, уплотнения и так далее. Существуют следующие типы атмосфер: (1) атмосфера воздуха (без дополнительного контроля, для оксидной керамики, такой как глиноземная керамика); инертная атмосфера (аргон, азот, предотвращающий окисление металлической керамики или неоксидной керамики, такой как керамика из нитрида кремния); 3) восстановительная атмосфера (водород, окись углерода, для восстановления спекания керамики, содержащей оксиды металлов, такие как карбид вольфрама керамика); Вакуумная среда (давление 10 ⁻Па, уменьшение воздействия примесей газа на спекание, повышение чистоты керамики, подходит для электронной керамики).

Система контроля и контроля температуры: для достижения точного контроля температуры и мониторинга в реальном времени, состоит из датчика температуры (термопара, инфракрасный термометр), прибора контроля температуры (PID - контроллер, система PLC), регистратора. Точность контроля температуры в современных печах для спекания может достигать ±1°C, поддерживая программное потепление (по умолчанию многоступенчатая кривая нагрева - изоляции - охлаждения), некоторые модели также имеют функцию автоматической калибровки температурной однородности.

Трансмиссия и погрузочно - разгрузочная система: облегчает вход и выход заготовленного тела из печи, включая толкатели, поддоны, конвейеры (непрерывные агломерационные печи) или подъемные механизмы (прерывистые агломерационные печи), материал должен быть высокотемпературным, не деформированным, часто используемый корунд, карбид кремния или графитовый материал.

Технологические преимущества: основная конкурентоспособность современных агломерационных печей

Точность управления температурой: Благодаря усовершенствованной системе управления температурой и однородной конструкции печи равномерность температуры повышается с ±50°C в традиционной печи до ±5°C, избегая деформации, растрескивания или неравномерной производительности керамики из - за колебаний температуры, особенно в соответствии с жесткими требованиями керамики к согласованности.

Контролируемая атмосферная среда: разнообразная способность регулировать атмосферу для удовлетворения потребностей в спекании керамики из различных материалов, таких как азотная защита может предотвратить окисление керамики из нитрида кремния, вакуумная среда может улучшить изоляционные свойства керамики из оксида алюминия, расширить границы применения керамических материалов.

Модернизация технологической автоматизации: интегрированная система управления PLC и работа с сенсорным экраном, поддерживающая нагревание программы, автоматическую изоляцию, автоматическое охлаждение, часть непрерывной печи также может быть связана с роботом верхней и нижней загрузки для достижения беспилотного производства, как для повышения эффективности производства (ежедневная производительность непрерывной печи до 10 000 штук выше), так и для уменьшения человеческой ошибки работы.

Энергосбережение, охрана окружающей среды и безопасность: использование новых изоляционных материалов (например, керамических волокон) и высокоэффективных нагревательных элементов, тепловая эффективность от традиционных печей менее 30% до более чем 60%, потребление энергии значительно снижается; В то же время оснащен сигнализацией о перегреве, защитой от утечки электроэнергии, взрывозащищенным устройством (печь для восстановления атмосферы) и другими мерами безопасности для обеспечения безопасности производства.

Широкий диапазон адаптации: от низкотемпературной керамики (например, цветная керамика, 800 ° C) до сверхвысокой температуры керамики (например, карбид циркония керамика, 2200 ° C), от массовой бытовой керамики до специальной керамики по заказу, современная печь спекания может регулировать способ нагрева, тип атмосферы и технологические параметры для удовлетворения производственных потребностей различных сценариев.

V. Многопрофильное применение:

Сцена применения керамической агломерационной печи покрывает всю цепочку керамической промышленности, от традиционной керамики до передовой керамики, ее способность « высокотемпературной ковки» проходит через:

Традиционная керамическая область: (1) бытовая керамика (чаша, тарелка, ваза и т. Д.), использование газовой туннельной печи или печи с сопротивлением толкателя, спекание в атмосфере воздуха 1100 - 1300 °C для достижения уплотнения заготовки и плавления глазури; б) строительная керамика (плитка, сантехника), серийное производство через непрерывные газовые печи, температура спекания 1000 - 1200°C, чтобы обеспечить износостойкость и водонепроницаемость плитки; (3) Художественная керамика (фиолетовый песок, зеленый фарфор), использование прерывистой коробчатой печи, точное управление скоростью нагрева и временем изоляции, восстановление традиционного процесса горения, представляет уникальный цвет и текстуру.

Электронная керамическая область: (1) электронные компоненты на основе пластин (оксид алюминия, нитрид алюминия), использование вакуумной или азотной защитной резисторной печи, спекание при 1500 - 1800°C, требует высокой плотности и изоляционных свойств, для упаковки чипа, платы; б) пьезоэлектрическая керамика (титанат бария, цирконий титанат свинца керамика), через атмосферную печь для управления средой спекания, обеспечения ее пьезоэлектрического эффекта, для датчиков, ультразвуковых преобразователей; 3) Магнитная керамика (феррит), спеченная в атмосфере окисления 1200 - 1400 °C, используется в трансформаторах, индуктивных и других электронных элементах.

Специальная керамическая область: ① Конструктивная керамика (нитрид кремния, карбид кремния керамика), с использованием индукционной печи или вакуумной печи, спеченной в инертной атмосфере 1600 - 2000°C, с высокой прочностью, высокотемпературными свойствами, для лопастей двигателя, режущих инструментов; б) биокерамика (гидроксифосфат, глиноземная керамика), спеченная при низких температурах в микроволновой печи или вакуумной печи (800 - 1200°C) для поддержания биологической совместимости, для искусственных суставов, зубных имплантатов; 3) Космическая аэрокосмическая керамика (оксид циркония, вязкая глиноземная керамика, карбид бора керамика), спеченная с использованием сверхвысокотемпературной вакуумной печи (2000 - 2200°C), устойчивая к температуре и коррозии, используется в тепловых экранах космических аппаратов, ракетных соплах.

Другие специальные области: (1) керамические краски и глазурь, использование коробчатой резистивной печи, спекание при 800 - 1100°C для достижения цвета и стабильности краски; б) керамический мембранный материал, путем управления температурой спекания и атмосферой, образует пористую структуру для обработки воды, разделения газов; 3) Керамика для ядерной промышленности (керамика из оксида урана), спеченная в вакуумной высокотемпературной печи, обеспечивает стабильность и безопасность ядерного топлива.