低溫排蠟工藝制備堇青石多孔陶瓷的研究

摘要：本文采用低溫排蠟工藝，在低溫階段排除熱壓鑄坯體中80%左右的石蠟，高溫燒成過程排除剩余的石蠟。蜂窩陶瓷產品采用該工藝后，每窯的裝載量由3600件/窯提高到4800件/窯：熱利用率由不足30%提高到80%以上；每窯的燒成費用從7000元降到3000元；產品合格率由60%左右提高到85%；生產周期大大縮短。生產實踐表明：低溫排蠟工藝具有工藝簡單、產品合格率高、節能效果顯著等優點，值得進一步推廣。

關健詞：蜂窩陶瓷；熱壓鑄；低溫排蠟

1 前言

目前，國內外制備蜂窩陶瓷大多采用熱壓鑄成形、擠出成形法。方孔多孔陶瓷一般采用擠出成形工藝；而圓孔多孔陶瓷一般采用熱壓鑄成形工藝。熱壓鑄生產工藝是依據石蠟的熱塑性，加熱熔化遇冷凝固的特性來實現的。其具體操作方法為將預處理好的無機粉料均勻地拌入熔化好的石蠟溶液中，形成流動的蠟漿，然后通過壓縮空氣把漿料鑄入金屬模具中，冷卻后得到一定形狀的坯體。熱壓鑄成形工藝具有操作簡單、產品壽命較長、尺寸規格比較精密、生產效率高等優點，因此被廣泛采用。但是該工藝存在一定的缺點：首先，它對成形料漿的溫度及流動性要求比較高，溫度及流動性控制不好就容易造成坯體缺陷，如缺鑄、凹坑、皺紋、氣泡、變形、開裂等。特別是對于開孔率高、孔壁薄的蜂窩陶瓷產品來說，對料漿的性能要求更高。容易造成產品“缺肉”，不飽滿的現象。因此，必須采用大量的石蠟材料，以保證料漿的流動性。蜂窩陶瓷成形所需要的料漿中石蠟的含量一般在20%～25%；其次，在燒制前需進行長時間的“排蠟”處理。傳統的排蠟工藝一般以多孔氧化鋁粉為吸附劑。首先將坯體與鋁粉裝入匣缽，排蠟最終溫度控制在1100～1200℃，排蠟周期長達3-4天，排蠟后的坯體完全無石蠟，并且具有一定的強度；然后將坯體取出，用壓縮空氣吹掉表面的鋁粉；最后將坯體裝入窯內進行高溫燒結。因此，整個生產周期大概為7～8天，能源損耗較大，而且產品合格率較低。本文主要介紹了一種新型的低溫排蠟工藝，該工藝具有生產成本低、合格率高、節能降耗、產品外觀性能好等優點。

2 實驗內容

2.1實驗原料

本實驗以堇青石為主要的無機原料。有機物主要有石蠟、油酸、硬脂酸，以多孔結構的氧化鋁粉為吸附劑。

2.2壓鑄成形工藝流程

將無機粉料和熔化的石蠟、硬脂酸、蜂蠟油酸等有機成份，經攪拌混合均勻后，倒入熱壓鑄機中，用壓縮空氣把加熱熔化的料漿壓入金屬模腔內，使料漿在模具內冷卻成形。其T藝流程如圖l所示。

2.3排蠟過程

按照熱壓鑄成形工藝流程，在自制的熱壓鑄機械和模具上，制備規格為75mm×134mm×13mm的坯體。將制備好的坯體平整放入自制的不銹鋼托盤內；然后把氧化鋁粉倒入托盤內，將坯體完全掩埋，并輕輕震動托盤使鋁粉密室，防止排蠟過程中坯體變形開裂；最后將托盤整齊放入排蠟烘箱內。其排蠟溫度曲線見圖2。

低溫排蠟丁藝要嚴格控制升溫速度，要使坯體慢慢預熱，這時石蠟等有機物開始熔化并緩慢地擴散于吸附劑中，此階段如果控制不當，坯體最易產生鼓泡、開裂等現象。當溫度升至160℃時，石蠟等有機物大量排除，此階段應停止加熱，利用排蠟煙氣本身的溫度進行排蠟，同時加強煙氣排放，防止煙氣過濃著火。當煙氣變淡時。此時坯體中80%的石蠟已經排放，然后開始降溫，防止坯體中的石蠟完全揮發，使排蠟后的坯體有足夠的強度進行后續工序。

2.4燒成過程

將排蠟后的坯體用壓縮空氣吹凈其表面及孔內的鋁粉，然后將坯體整齊擺放在碳化硅板上，在6m3梭式窯內進行燒成。燒成溫度為1330～C。因為低溫排蠟后的坯體依然含有20%的石蠟，所以低溫過程升溫速度不能過快。圖3為燒成工序的溫度曲線。

3 低溫排蠟工藝分析

本實驗按照傳統排蠟工藝和低溫排蠟工藝方法。分別做了大量的對比實驗，其實驗結果如下。

3.1裝載方式及裝載量的比較

按照傳統的一次排蠟燒成工藝，燒成時坯體必須用匣缽加氧化鋁粉作為吸附劑進行裝載埋燒，而且每窯的裝載量為3600件/窯。采用低溫排蠟工藝后，排蠟后的坯體可以直接用SiC板進行裝載裸燒，裝載量為4800件/窯。裝載量提高了30%以上。

3.2能源利用率的比較

每個裝載好的匣缽總重12kg，其中匣缽重2kg、吸附劑重7kg、多孔陶瓷板重3kg（僅占總重量的25%）。大量熱量（70%以上）被匣缽和吸附劑消耗，熱利用率不足30%。SiC板具有強的導熱系數和輻射系數，對熱量具有強烈的輻射作用，絕大多數熱量（80%以上）由多孔陶瓷板吸收，即熱利用率可以達到80%以上。按照過去傳統工藝，每窯的燒成費用為7000元左右，現在的燒成費用只有3000元/窯。

3.3燒成后產品的外觀的比較

傳統的工藝，由于采用埋燒，多孔陶瓷周圍及孔內填塞滿吸附劑，通過高溫燒成后，雖然采用了壓縮空氣吹去多孔陶瓷板表面及孔內的吸附劑，但是仍有少量吸附劑燒結在陶瓷板孔內和表面，造成外觀性能差，孔內無法分離的吸附劑對其使用性能有很大的影響。而在低溫排蠟工藝中，一般是在低溫階段就排掉坯體中80%的蠟，然后利用壓縮空氣吹掉表面及孔內的吸附劑。因為該階段溫度比較低，避免了高溫階段出現鋁粉與坯體粘結在一起的現象，所以產品表面與孔中的鋁粉很容易吹掉。因此，在梭式窯內進行高溫燒結時，避免了傳統工藝中出現粘結吸附劑的現象。

3.4產品合格率的比較

按照傳統的工藝方法，一般是在梭式窯內進行的，由于窯內溫度均勻性差，靠近火槍的范圍升溫速度快，這樣容易造成靠近火槍附近的坯體升溫過快，出現變形、鼓泡、分層、開裂、流蠟等現象，產品合格率為60%左右。低溫排蠟工藝可在烘箱里進行排蠟，一般溫度控制在160℃左右，排蠟周期僅為2天，排蠟后坯體含石蠟20%左右，坯體具有一定的強度，只要嚴格控制低溫排蠟工藝升溫制度，排蠟合格率可高達95%以上；再通過后期的燒成工序，產品的最終合格率可以達到85%左右。

3.5加熱方式的比較

低溫排蠟一般只需要在普通的烘箱內進行，而且所需的溫度較低。因此該工藝的加熱方式可以有多種選擇，如電加熱、燃氣加熱、窯爐煙氣余熱利用加熱等。窯爐是陶瓷生產中不可缺少的主要耗能設備，現階段陶瓷工業窯爐的熱效率普遍較低，主要原因是窯爐排出煙氣帶走了爐內大部分的熱量，能源浪費相當嚴重。因此，回收利用好這部分熱量是提高窯爐能源利用率的有效手段。在生產過程中我們采用了利用窯爐煙氣余熱的加熱方式進行低溫排蠟，效果非常好。該種工藝降低了企業的生產成本，響應了國家提出的節能降耗的號召。

4 結論

熱壓鑄蜂窩陶瓷產品，采用低溫排蠟工藝，通過嚴格控制低溫排蠟工藝及后期的燒成升溫制度，可以獲得比傳統排蠟工藝更高的效益。

（1）采用低溫排蠟工藝，避免了燒成時坯體必須用匣缽加氧化鋁粉作為吸附劑進行裝載埋燒的工序。排蠟后的坯體可以直接用SiC板進行裝載裸燒，裝載量提高了30%以上。

（2）采用低溫排蠟工藝，熱效率利用率可以達到80%以上，每次燒成費用為3000元左右。而傳統工藝的熱量（70%以上）被匣缽和吸附劑消耗，熱利用率不足30%，每窯的燒成費用為7000元左右。

（3）傳統的工藝，由于采用埋燒，通過高溫燒成后，會有少量吸附劑燒結在陶瓷板孔內和表面，造成外觀性能差，孔內無法分離的吸附劑對其使用性能有較大的影響。而在低溫排蠟工藝中，避免了吸附劑粘結現象的出現，產品表面美觀整潔。

（4）傳統的工藝方法，產品合格率為60%左右。而低溫排蠟工藝產品的最終合格率可以達到80%左右。

（5）低溫排蠟工藝可以利用窯爐煙氣余熱的加熱方式進行排蠟。該種方法節能降耗，降低了企業的生產成本。