一種凝膠注模成型技術(shù)制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種凝膠注模成型技術(shù)制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法。該方法利用凝膠注模技術(shù)利于成型復(fù)雜材料的優(yōu)點，將其應(yīng)用到通孔型供氣元件的制備。該方法為：先配制好所需高固相含量的氧化鋁凝膠漿料，使用玻璃點樣毛細(xì)管預(yù)制氣孔通道，從而準(zhǔn)備好所需的直孔型模具，然后在漿料加入催化劑和引發(fā)劑之后，將其注入模具中成型，接著進(jìn)行干燥，脫脂，燒結(jié)。本發(fā)明制備工藝簡單，操作方便，成本低廉，在素坯階段由于具有較高強(qiáng)度，就可以進(jìn)行機(jī)加工，制備的供氣元件通氣流暢，在冶金領(lǐng)域有著較大的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種凝膠注模成型技術(shù)制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷材料制備以及冶金領(lǐng)域，具體涉及一種凝膠注模成型技術(shù)制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]供氣元件是冶金工業(yè)鋼包吹煉重要的組成部分。最早期使用的是單管式噴嘴型供氣元件，適用于非氧化氣體Ar，N2等，但使用時，氣體流量調(diào)節(jié)范圍小，不能滿足工藝要求。后來，西歐出現(xiàn)了透氣磚型供氣元件，磚內(nèi)由無數(shù)呈蜂窩狀分布的微孔組成，但是具有氣孔率高，磚的致密性差，壽命低，氣流通過的阻力大等缺點。直孔型透氣磚內(nèi)分布很多貫通的直孔道，氣流由直孔道進(jìn)入爐內(nèi)，阻力小，避免了鋼板包殼磚容易漏氣和氣流分布不均勻的缺點，另外，這種磚致密度比彌散型好。
[0003]凝膠注模成型技術(shù)是美國橡樹嶺國家重點實驗室提出的一種近凈尺寸成型技術(shù)，能夠制備復(fù)雜的形狀，它是將傳統(tǒng)的陶瓷成型工藝和聚合物化學(xué)結(jié)合起來的原位成型技術(shù)。凝膠注模技術(shù)的基本原理是向陶瓷懸浮體中加入有機(jī)單體、交聯(lián)劑，利用催化劑和引發(fā)劑的作用使單體聚合與交聯(lián)，構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)，使陶瓷懸浮體原位凝固，從而形成陶瓷坯體。相對于其它液態(tài)成型方法，凝膠注模技術(shù)具有以下優(yōu)點:具有可成形各種復(fù)雜形狀和尺寸的零件;成形坯體組分均勻、密度均勻、缺陷少;凝固定型時間較短且可控;對模具無特殊要求;坯體強(qiáng)度較高，并可對其進(jìn)行機(jī)加工;燒結(jié)體可保持成形時的形狀和尺寸比例等。對于制備這種直孔型供氣原件，優(yōu)先需要解決的是預(yù)制氣孔通道的材料的選擇。玻璃點樣毛細(xì)管是一種由玻璃材料制備的細(xì)管，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，不易折斷，用它來預(yù)制氣孔通道，在凝膠注模原位成型過程中，能夠很好的抵抗住漿料的壓力不被破環(huán)，從而保持預(yù)先設(shè)計的直通型氣孔通道，在成型樣品燒結(jié)過程中，此玻璃材料會發(fā)生熔化而脫除，從而留下直通的氣孔通道，不會對供氣元件產(chǎn)生破壞，完全能夠滿足制備需要。另外，玻璃毛細(xì)管具有不同的尺寸規(guī)格，能夠滿足不同尺寸氣孔通道的制備要求，而且其制備成本低廉。
[0004]本發(fā)明提出一種凝膠注模成型技術(shù)制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法，該制備方法簡單，在素坯階段就可以進(jìn)行機(jī)加工，制備的供氣元件供氣比較均勻、穩(wěn)定和使用壽命長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明的目的在于開發(fā)一種新的制備直孔型供氣元件的方法，實現(xiàn)其制備過程的簡單化和可行性。
[0006]—種凝膠注模成型技術(shù)制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法，其特征包括以下步驟:
A.漿料的制備:首先將有機(jī)單體丙烯酰胺、交聯(lián)劑亞甲基雙丙烯酰胺、去離子水按照質(zhì)量比為1:0.05?0.1: 10?20的比例配置成預(yù)混液，加入0.lwt%分散劑(占氧化鋁的質(zhì)量百分比)，再按照55?65vol%的體積分?jǐn)?shù)往預(yù)混液中添加氧化鋁粉末，球磨24小時之后形成漿料。
[0007]B.模具的準(zhǔn)備:模具材料使用PVC塑料管，首先將塑料圓管分割成兩部分，兩部分之間用石錯粘結(jié)住，在低板上用石錯饒注成5?I Omm的厚度，在石錯上固定直徑為0.5?2mm的玻璃點樣毛細(xì)管，將PVC塑料管放置在布置好毛細(xì)管的石蠟上，塑料管與底座接觸處也用石蠟密封。
[0008]C.成型:在配制好的漿料中先加入適量催化劑，接著加入引發(fā)劑，攪拌均勻后，注入模具當(dāng)中，在10分鐘左右就會發(fā)生反應(yīng)固化，從而得到素坯。
[0009]D.干燥和脫模:在室溫干燥大約12小時之后，待素坯有一定的強(qiáng)度，脫除外部的PVC塑料管，接著在40°C的恒溫下干燥12個小時，再升高溫度到120°C下干燥12小時，脫除里面的水分。
[0010]E.燒結(jié):首先升溫到600°C保溫2小時，脫除里面的有機(jī)物高分子，接著升溫到1400°01600°C保溫2小時，隨爐冷卻，即可獲得直通型供氣元件。
[0011]本發(fā)明采用凝膠注模技術(shù)結(jié)合預(yù)制氣孔通道的方法制備直孔型供氣元件，使其制造工藝簡單化，成本降低，在素坯階段具有較強(qiáng)的強(qiáng)度，就可以進(jìn)行機(jī)加工，而且可以根據(jù)對氣流分布的不同要求，來制備不同類型的直通型供氣元件。燒結(jié)后的孔道通氣流暢，阻力非常小。同時這種制造工藝簡單，操作方便，成本低廉，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1為凝膠注模技術(shù)的工藝流程圖。
[0013]圖2為布置好毛細(xì)管的PVC塑料模具示意圖(主視圖)。
[0014]圖3為布置好毛細(xì)管的PVC塑料模具示意圖(俯視圖)。
[0015]圖4為按照實施例一制備的通氣元件實物圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
實施例1
將有機(jī)單體丙烯酰胺、交聯(lián)劑亞甲基雙丙烯酰胺、去離子水按照質(zhì)量比20:1:200的比例進(jìn)行混合，利用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，使有機(jī)單體和交聯(lián)劑完全溶解，接著添加0.1被％的分散劑檸檬酸按(占氧化鋁的質(zhì)量百分比)。繼續(xù)攪拌5分鐘左右，即制得所需要的預(yù)混液。按照固相體積分?jǐn)?shù)60vol%的比例計算、稱量所需的氧化鋁粉末;首先將預(yù)混液緩慢的注入球磨罐中，再將氧化鋁粉末在不斷攪拌的情況下加入預(yù)混液中；再按照球、料質(zhì)量比為2:1的比例稱量研磨球，將其緩慢加入球磨罐中，在滾筒式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨24小時，獲得所需的漿料；首先將100°C下熔融的石蠟在低板上澆注出5mm的厚度，將直徑為0.6mm、長度為200mm的毛細(xì)管均勾的插制在還沒完全固化的石錯板上，將直徑為100mm、長度為200mm的PVC塑料管分為兩部分，再用石蠟將兩部分粘合在一起，將其放置在插有毛細(xì)管的石蠟板上，底部用石蠟完全密封住;將制備的氧化鋁漿料，在不斷攪拌的條件下先加入0.8vol%的催化劑(占水體積的0.8%)，再加入lvol%的引發(fā)劑(占水體積的1.0%)，攪拌均勻后，將漿料緩慢的倒入模具中，經(jīng)過10分鐘左右，漿料發(fā)生固化，形成素坯;將制得的素坯在室溫下干燥12小時，待素坯有一定強(qiáng)度，脫除外部的塑料管，將素坯放置在40 °C下恒溫干燥箱中干燥12小時，接著升溫到120°C下干燥12小時，將干燥后的素坯放置在耐火磚上，傾斜45度，按照2°C/min的升溫速率加熱到600°C保溫2小時，脫除里面的有機(jī)物，接著按照2°C/min的升溫速率再升溫到1600°C，保溫2小時，隨爐冷卻。毛細(xì)管在高溫階段熔化后會流出通道，即制得具有直通型氣孔通道的陶瓷元件。
[0017] 實施例2
將有機(jī)單體丙烯酰胺、交聯(lián)劑亞甲基雙丙烯酰胺、去離子水按照質(zhì)量比20:1:200的比例進(jìn)行混合，利用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌，使有機(jī)單體和交聯(lián)劑完全溶解，接著添加0.1被％的分散劑檸檬酸按(占氧化鋁的質(zhì)量百分比)。繼續(xù)攪拌5分鐘左右，即制得所需要的預(yù)混液。按照固相體積分?jǐn)?shù)55vol%的比例計算、稱量所需的氧化鋁粉末;首先將預(yù)混液緩慢的注入球磨罐中，再將氧化鋁粉末在不斷攪拌的情況下加入預(yù)混液中；再按照球、料質(zhì)量比為2:1的比例稱量研磨球，將其緩慢加入球磨罐中，在滾筒式球磨機(jī)上進(jìn)行球磨24小時，獲得所需的漿料；首先將100°C下熔融的石蠟在低板上澆注出5mm的厚度，將直徑為0.6mm、長度為200mm的毛細(xì)管均勾的插制在還沒完全固化的石錯板上，將直徑為100mm、長度為200mm的PVC塑料管分為兩部分，再用石蠟將兩部分粘合在一起，將其放置在插有毛細(xì)管的石蠟板上，底部用石蠟完全密封住;將制備的氧化鋁漿料，在不斷攪拌的條件下先加入0.8vol%的催化劑(占水體積的0.8%)，再加入lvol%的引發(fā)劑(占水體積的1.0%)，攪拌均勻后，將漿料緩慢的倒入模具中，經(jīng)過10分鐘左右，漿料發(fā)生固化，形成素坯;將制得的素坯在室溫下干燥12小時，待素坯有一定強(qiáng)度，脫除外部的塑料管，將素坯放置在40 °C下恒溫干燥箱中干燥12小時，接著升溫到120°C下干燥12小時，將干燥后的素坯放置在耐火磚上，傾斜45度，按照2°C/min的升溫速率加熱到600°C保溫2小時，脫除里面的有機(jī)物，接著按照2°C/min的升溫速率再升溫到1550°C，保溫2小時，隨爐冷卻。毛細(xì)管在高溫階段熔化后會流出通道，即制得具有直通型氣孔通道的陶瓷元件。
【主權(quán)項】
1.一種凝膠注模成型技術(shù)制備氧化鋁直孔型供氣元件的方法，其特征在于該方法包括以下步驟: A.漿料的制備:首先將有機(jī)單體丙烯酰胺、交聯(lián)劑亞甲基雙丙烯酰胺、去離子水按照質(zhì)量比為I: 0.05-0.1: 10?20的比例配置成預(yù)混液，加入占氧化鋁的質(zhì)量百分比為0.05?.0.5wt%分散劑，再按照55?65vol%的體積分?jǐn)?shù)往預(yù)混液中添加氧化鋁粉末，球磨24小時之后形成楽料； B.模具的準(zhǔn)備:模具材料使用PVC塑料管，首先將塑料圓管分割成兩部分，兩部分之間用石錯粘結(jié)住，在低板上用石錯饒注成5?1mm的厚度，在石錯上固定直徑為0.5?2mm的玻璃點樣毛細(xì)管，將PVC塑料管放置在布置好毛細(xì)管的石蠟上，塑料管與底座接觸處也用石蠟密封； C.成型:在配制好的漿料中先加入適量催化劑，接著加入引發(fā)劑，攪拌均勻后，注入模具當(dāng)中，在10分鐘就會發(fā)生反應(yīng)固化，從而得到素坯； D.干燥和脫模:在室溫干燥大12小時之后，待素坯有一定的強(qiáng)度，脫除外部的PVC塑料管，接著在40°C的恒溫下干燥12個小時，再升高溫度到120°C下干燥12小時，脫除里面的水分； E.燒結(jié):首先升溫到600°C保溫2小時，脫除里面的有機(jī)物高分子，接著升溫到1400°0.1600°C保溫2小時，隨爐冷卻，即可獲得直通型供氣元件。
【文檔編號】B28B1/26GK105884339SQ201610230527
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】余建波, 謝信亮, 楊治剛, 郭西良, 鄧康, 任忠鳴
【申請人】上海大學(xué)