Einleitung: Kernausrüstungsrevolution in der Keramikindustrie

Keramikmaterialien haben aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohen Festigkeit ausgezeichnete Eigenschaften, von herkömmlichen Alltagsgeräten bis hin zu modernen Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Informationsbereichen einen unersetzlichen Platz. Und die Leistung von Keramikprodukten ist schlecht, der Kern hängt von dem Schlüsselprozess des "Sinterns" ab - durch die Wirkung von hohen Temperaturen werden Keramikpulverpartikel verdichtet, kristallisiert und das Kornwachstum entsteht, was schließlich den Prozess der Strukturstabilität und Leistungsstandard erreicht. Keramischer Sinterofen als Kernausrüstung für die Realisierung dieses Prozesses, durch die technologische Iteration von traditionellen Erdöfen, Kohleöfen bis hin zu modernen intelligenten Temperaturregleröfen, hat sich jetzt zu einer Präzisionsausrüstung entwickelt, die die Dichte, Festigkeit, Verschleißbeständigkeit und andere Kernindikatoren von Keramikprodukten direkt bestimmt, um die Keramikindustrie zu einer hohen Leistung, Vielseitigkeit und Entwicklung zu unterstützen. Von der Massenproduktion von Hauskeramik bis hin zur maßgeschneiderten Bearbeitung von Spezialkeramiken für die Luft- und Raumfahrt sind Keramiksinterofen immer ein "Hochtemperaturschmieder" in der Keramikindustriekette.

2. Kernprinzip: Geheimnis der Keramikverdichtung bei hohen Temperaturen

Das Wesen des Keramiksinterns besteht darin, die Atomdiffusionsfähigkeit von Keramikpulverpartikel mit hoher Temperatur zu aktivieren, durch die Migration von Substanzen zwischen den Partikeln, die Kontaktfusion und die Beseitigung von Poren zu erreichen, um den Wandel von losen Pulverlagen zu dichten Keramikpartikel zu erreichen, der Kernprozess umfasst drei physikalisch-chemische Mechanismen, und das Design des Sinterofens ist genau um diese Mechanismen herum, um die Umweltbedingungen genau zu regulieren:

Partikelkontakt und Verklebung: Keramischer Leergut (aus Keramikpulver mit Bindemitteln, Dispersionsmitteln und anderen Mischungsformen) nach dem Sinterofen, mit erhöhter Temperatur, erhöht sich die atomische kinetische Energie der Oberfläche des Pulverpartikel, die Verklebung am Kontaktpunkt zwischen den Partikeln auftritt und bildet die anfängliche Halsverbindungsstruktur, so dass der Leergut vorläufig ausgehärtet wird. Diese Phase hängt hauptsächlich von der Oberflächendiffusion ab, und der Sinterofen muss eine stabile Erwärmungsgeschwindigkeit (in der Regel 5-50 ° C / min) liefern, um zu vermeiden, dass eine zu schnelle Erwärmung zu einem Riss der Leergut führt.

Verdichtung und Porenbesichtung: Wenn die Temperatur auf die Sintertemperatur von Keramikmaterialien steigt (in der Regel 0,5-0,8-mal der Schmelzpunkt des Materials), erhöht sich die Atomdiffusionsrate erheblich, der Hals zwischen den Partikeln wächst weiter, die Luftporen im Inneren des leeren Körpers werden allmählich gefüllt und ausgeschlossen, und die Dichte wird erheblich erhöht (Dichte von den ursprünglichen 50% -60% auf mehr als 95%). Diese Phase ist der Schlüssel zur Bestimmung der Keramikleistung, und der Sinterofen muss die Temperaturgleichmäßigkeit genau kontrollieren (Temperaturdifferenz ≤ ± 5 ° C), um eine ungleichmäßige Leistung durch eine lokale Überhitzung oder eine unzureichende Temperatur zu vermeiden.

Kornwachstum und strukturelle Stabilität: In der Phase der hohen Temperaturisolierung erreichen Keramikkörner das Wachstum und die Optimierung durch die Migration der Kristallgrenze und bilden eine stabile Kristallstruktur (wie Kordum-Struktur, Spitzenstruktur usw.), so dass Keramik spezifische mechanische, elektrische oder thermische Eigenschaften hat. Zu diesem Zeitpunkt ist die Atmosphärenkontrolle im Sinterofen von entscheidender Bedeutung - z. B. kann die Oxidationsatmosphäre organische Bindemittel aus den Leerblöcken entfernen, die Reduktionsatmosphäre verhindert die Oxidation von Metalloxidkeramiken und die Vakuumübung kann die Störungen des Gases im Kornwachstum reduzieren.

Kurz gesagt, die Kernmission des Keramiksinterofens besteht darin, durch die präzise Steuerung der "Temperaturkurve" (Erwärmung-Isolierung-Abkühlungsgeschwindigkeit), "Atmosphäre" (Luft, Inertgas, Reduktionsgas, Vakuum) und "Druckbedingungen" (Normaldruck, Hochdruck) eine dichte Umgebung für keramische Leerblöcke bereitzustellen, um letztendlich leistungssteuerbare keramische Fertigprodukte zu erreichen.

Kernstruktur und Klassifizierung:

Heizsystem: Der "Wärmekern" des Ofens ist für die Bereitstellung einer stabilen und gleichmäßigen Umgebung mit hohen Temperaturen verantwortlich. 1. Widerstandsbeheizung (häufig verwendete Komponenten sind Silizium-Molybdenum-Stäbe, Silizium-Kohlenstoffstabe, Chrom-Nickel-Legierungsdraht, Anwendungstemperaturbereich 800-1800 ° C, weit verbreitet bei Mittel- und Hochtemperatur-Keramiksintern); ② Induktionsheizung (mit elektromagnetischer Induktion, um Wirbelstrombeheizung zu erzeugen, schnelle Erwärmungsgeschwindigkeit, gute Temperaturgleichmäßigkeit, geeignet für 1200-2200 ° C Hochtemperatur Sintern, wie Spezialkeramikverarbeitung); Mikrowellenheizung (durch Mikrowellen, die innere Atomschwingung des Leerkompresses erzeugt, hohe Wärmeeffizienz, Energieeinsparung und Umweltschutz, geeignet für 600-1600 ° C, besonders für feine Keramiksinterung); Gasbeheizung (mit Erdgas, Flüssiggas als Brennstoff, niedrige Kosten, schnelle Erwärmung, geeignet für die tägliche Keramikproduktion in großem Umfang, Temperaturbereich 800-1300 ℃).

Isolation und Ofenstruktur: Der Schlüssel zur Gewährleistung der Temperaturstabilität im Ofen und zur Reduzierung der Wärmeverluste. Das Gehäusematerial muss eine hohe Temperaturbeständigkeit und niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzen, häufig verwendete Aluminiumfaser, Moleistfaser, Graphitfilz usw. (Graphitfilz ist für Vakuum- oder inerte Atmosphären geeignet); Das Gehäuse des Ofens besteht aus kaltgewalztem Stahlblech, in der Mitte mit Isolationsmaterial gefüllt, einige Ofenkörper verfügen auch über Kühlwasserwege, um eine schnelle Kühlung und den Ofenschutz zu erreichen.

Atmosphärenkontrollsystem: Regeln Sie die Gasumgebung im Ofen für die Sinteranforderungen verschiedener Keramikmaterialien. Die Kernkomponenten umfassen Gasspeichertanks, Durchflussmesser, Ventile, Dichtungseinrichtungen usw. Die verfügbaren Atmosphärentypen sind: ① Luftatmosphäre (keine zusätzliche Kontrolle erforderlich, geeignet für oxidierte Keramiken wie Aluminiumoxidkeramik); ② inerte Atmosphäre (Argon, Stickstoff, um die Oxidation von Metallkeramik oder Nichtoxidkeramik wie Siliziumnitrid-Keramik zu verhindern); ② Reduktionsatmosphäre (Wasserstoff, Kohlenmonoxid, geeignet für das Reduktionssintern von Keramiken mit Metalloxiden, wie Wolframkarbidkeramik); 4. Vakuumumgebung (Druck ≤ 10-3 Pa, reduzieren Sie den Einfluss von Gasverschmutzungen auf das Sintern, verbessern Sie die Keramikreinheit, eignet sich für elektronische Keramik).

Temperatur- und Prüfsysteme: Genaue Temperaturregelung und Echtzeitüberwachung, bestehend aus Temperatursensoren (Thermoelektronen, Infrarot-Thermometer), Temperaturmessgeräten (PID-Controller, SPS-System) und Loggeräten. Die Temperaturgenauigkeit des modernen Sinterofens kann bis zu ± 1 ° C erreicht werden, unterstützt die Erwärmung des Programms (vorgegebene Mehrstufenwärme-Isolierungs-Kühlkurve), einige Modelle verfügen auch über eine automatische Kalibrierfunktion der Temperaturgleichmäßigkeit.

Antriebs- und Entlastungssystem: Einfaches Einreisen von Leergütern aus dem Ofen, einschließlich Schubplatten, Paletten, Förderbänder (kontinuierlicher Sinterofen) oder Hubmechanismen (intermittenter Sinterofen), Materialien, die hohe Temperaturen beständig sind, nicht verformt werden, häufig verwendet werden Kordon, Siliziumkarbid oder Graphitmaterial.

4. Technologievorteile: Kernkompetenz moderner Sinterofen

Präzision der Temperaturregelung: Durch ein fortschrittliches Temperaturregelsystem und ein einheitliches Ofendesign erhöht sich die Temperatureinheitlichkeit von ±50 ° C auf ±5 ° C im herkömmlichen Ofen, um Keramikverformungen, Risse oder ungleichmäßige Leistungen aufgrund von Temperaturschwankungen zu vermeiden.

Atmosphäre Umgebung kontrollierbar: Vielfältige Atmosphäre Regulierung Fähigkeit, um die Sintern Bedürfnisse der Keramik verschiedener Materialien zu erfüllen, wie zum Beispiel Stickstoffschutz kann die Oxidation von Siliciumnitrid-Keramik verhindern, Vakuum-Umgebung kann die Isolationseigenschaften von Aluminiumoxid-Keramik verbessern und die Anwendungsgrenzen von Keramikmaterialien erweitern.

Automatisierung des Prozesses: Integration des PLC-Steuersystems und des Touchscreen-Betriebs, Unterstützung der Programmerwärmung, der automatischen Isolierung und der automatischen Kühlung, einige kontinuierliche Ofen können auch mit dem Aufladen und Abladen-Roboter verbunden werden, um die unmannte Produktion zu erreichen, um sowohl die Produktionseffizienz zu verbessern (kontinuierliche Ofenproduktion kann bis zu 10.000 Stück pro Tag erreichen) als auch menschliche Betriebsfehler zu verringern.

Energieeinsparung und Umweltschutz: durch die Verwendung neuer Isolationsmaterialien (wie Keramikfasern) und hocheffizienter Heizelemente wird die Wärmeeffizienz von unter 30% auf mehr als 60% des herkömmlichen Ofens erhöht und der Energieverbrauch erheblich reduziert; Zur Gewährleistung der Produktionssicherheit sind auch Sicherheitsmaßnahmen wie Übertemperatur-Alarm, Leckageschutz, Explosionsschutz (Atmosphäreofen zur Reduzierung) ausgestattet.

Breite Anpassungspalette: Von Tieftemperaturkeramik (z. B. Farbkeramik, 800 ° C) bis hin zu Ultrahochtemperaturkeramik (z. B. Zirconiumkarbid-Keramik, 2200 ° C), von der täglichen Menge von Porzellan bis hin zu maßgeschneiderten Spezialkeramiken, können moderne Sinterofen die Produktionsanforderungen verschiedener Szenarien erfüllen, indem sie die Heizmethode, den Atmosphärentyp und die Prozessparameter anpassen.

5. Mehrbereichsanwendungen:

Die Anwendungsszenarien von Keramiksinterofen decken die gesamte Kette der Keramikindustrie ab, von herkömmlicher Keramik bis hin zu fortgeschrittener Keramik, deren "Hochtemperaturschmiede" -Fähigkeit sich immer über:

Traditionelle Keramikbereich: ① tägliche Keramik (Schüssel, Teller, Vase usw.), mit Gastunnelofen oder Widerstandsschiebeofen, in der Luftatmosphäre von 1100-1300 ° C gesintert, um die Leergut-Dichtung und die Verglasung zu erreichen; ② Baukeramik (Fliesen, Badegeräte), durch kontinuierliche Gasofen Massenproduktion, Sintertemperatur 1000-1200 ° C, um die Verschleißbeständigkeit und Wasserdichtigkeit der Fliesen zu gewährleisten; ② Kunstkeramik (purpurer Sand, grünes Porzellan), mit intermittenten Kastenofen, präzise Kontrolle der Erwärmungsgeschwindigkeit und der Isolationszeit, die Reduzierung des traditionellen Brennprozesses und die Darstellung einer einzigartigen Farbe und Textur.

Elektronische Keramikbereich: ① Elektronische Komponenten-Basis (Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid-Basis), mit Vakuum- oder Stickstoffschutz-Widerstandsofen, bei 1500-1800 ° C gesintert, erfordert hohe Dichte und Isolationseigenschaften für Chipkapsel, Leiterplatten; ② piezoelektrische Keramik (Barium-Titanat, Zirconium-Titanat-Blei-Keramik), durch den Atmosphäreofen, um die Sinterumgebung zu kontrollieren, um ihren piezoelektrischen Effekt zu gewährleisten, für Sensoren, Ultraschallwandler; Magnetische Keramik (Eisenoxid), bei 1200-1400 ° C Oxidationsatmosphäre gesintert, für Transformatoren, Induktionen und andere elektronische Komponenten.

Spezialkeramikbereich: ① Strukturkeramik (Siliziumnitrid, Siliziumkarbid-Keramik), mit Induktionsöfen oder Vakuumofen, in einer inerten Atmosphäre von 1600-2000 ° C gesintert, mit hoher Festigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit, für Motorblatt, Schneidwerkzeuge; ② Biokeramik (Hydroxyphosphat, Aluminiumkeramik), durch Mikrowelle oder Vakuumofen mit Tieftemperatursinter (800-1200 ° C), zur Aufrechterhaltung der Biokompatibilität für künstliche Gelenke, Zahnimplantate; ② Keramik für die Luftfahrt (Zirkoxid-Aluminiumkeramik, Borkarbid-Keramik), mit Ultra-Hochtemperatur-Vakuumofen (2000-2200 ℃) Sintern, Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit, für die Raumschiff-Wärmeschutz, Raketendüse.

Andere Spezialgebiete: ① Keramikpigmente und Glasuren, mit einem Kastenwiderstandsofen, bei 800-1100 ° C gesintert, um die Haarfarbe und Stabilität des Pigments zu erreichen; ② Keramisches Membranmaterial, durch die Kontrolle der Sintertemperatur und der Atmosphäre, die Bildung einer porösen Struktur für die Wasserbehandlung und die Gastrennung; 3. Keramik für die Kernindustrie (Uranoxidkeramik), in Vakuum-Hochtemperaturofen gesintert, um die Stabilität und Sicherheit des Kernbrennstoffs zu gewährleisten.