低温排蜡工艺制备堇青石多孔陶瓷的研究

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摘要：本文采用低温排蜡工艺，在低温阶段排除热压铸坯体中80%左右的石蜡，高温烧成过程排除剩余的石蜡。蜂窝陶瓷产品采用该工艺后，每窑的装载量由3600件/窑提高到4800件/窑：热利用率由不足30%提高到80%以上；每窑的烧成费用从7000元降到3000元；产品合格率由60%左右提高到85%；生产周期大大缩短。生产实践表明：低温排蜡工艺具有工艺简单、产品合格率高、节能效果显著等优点，值得进一步推广。

关健词：蜂窝陶瓷；热压铸；低温排蜡

1 前言

目前，国内外制备蜂窝陶瓷大多采用热压铸成形、挤出成形法。方孔多孔陶瓷一般采用挤出成形工艺；而圆孔多孔陶瓷一般采用热压铸成形工艺。热压铸生产工艺是依据石蜡的热塑性，加热熔化遇冷凝固的特性来实现的。其具体操作方法为将预处理好的无机粉料均匀地拌入熔化好的石蜡溶液中，形成流动的蜡浆，然后通过压缩空气把浆料铸入金属模具中，冷却后得到一定形状的坯体。热压铸成形工艺具有操作简单、产品寿命较长、尺寸规格比较精密、生产效率高等优点，因此被广泛采用。但是该工艺存在一定的缺点：首先，它对成形料浆的温度及流动性要求比较高，温度及流动性控制不好就容易造成坯体缺陷，如缺铸、凹坑、皱纹、气泡、变形、开裂等。特别是对于开孔率高、孔壁薄的蜂窝陶瓷产品来说，对料浆的性能要求更高。容易造成产品“缺肉”，不饱满的现象。因此，必须采用大量的石蜡材料，以保证料浆的流动性。蜂窝陶瓷成形所需要的料浆中石蜡的含量一般在20%～25%；其次，在烧制前需进行长时间的“排蜡”处理。传统的排蜡工艺一般以多孔氧化铝粉为吸附剂。首先将坯体与铝粉装入匣钵，排蜡最终温度控制在1100～1200℃，排蜡周期长达3-4天，排蜡后的坯体完全无石蜡，并且具有一定的强度；然后将坯体取出，用压缩空气吹掉表面的铝粉；最后将坯体装入窑内进行高温烧结。因此，整个生产周期大概为7～8天，能源损耗较大，而且产品合格率较低。本文主要介绍了一种新型的低温排蜡工艺，该工艺具有生产成本低、合格率高、节能降耗、产品外观性能好等优点。

2 实验内容

2.1实验原料

本实验以堇青石为主要的无机原料。有机物主要有石蜡、油酸、硬脂酸，以多孔结构的氧化铝粉为吸附剂。

2.2压铸成形工艺流程

将无机粉料和熔化的石蜡、硬脂酸、蜂蜡油酸等有机成份，经搅拌混合均匀后，倒入热压铸机中，用压缩空气把加热熔化的料浆压入金属模腔内，使料浆在模具内冷却成形。其T艺流程如图l所示。

2.3排蜡过程

按照热压铸成形工艺流程，在自制的热压铸机械和模具上，制备规格为75mm×134mm×13mm的坯体。将制备好的坯体平整放入自制的不锈钢托盘内；然后把氧化铝粉倒入托盘内，将坯体完全掩埋，并轻轻震动托盘使铝粉密室，防止排蜡过程中坯体变形开裂；最后将托盘整齐放入排蜡烘箱内。其排蜡温度曲线见图2。

低温排蜡丁艺要严格控制升温速度，要使坯体慢慢预热，这时石蜡等有机物开始熔化并缓慢地扩散于吸附剂中，此阶段如果控制不当，坯体最易产生鼓泡、开裂等现象。当温度升至160℃时，石蜡等有机物大量排除，此阶段应停止加热，利用排蜡烟气本身的温度进行排蜡，同时加强烟气排放，防止烟气过浓着火。当烟气变淡时。此时坯体中80%的石蜡已经排放，然后开始降温，防止坯体中的石蜡完全挥发，使排蜡后的坯体有足够的强度进行后续工序。

2.4烧成过程

将排蜡后的坯体用压缩空气吹净其表面及孔内的铝粉，然后将坯体整齐摆放在碳化硅板上，在6m3梭式窑内进行烧成。烧成温度为1330～C。因为低温排蜡后的坯体依然含有20%的石蜡，所以低温过程升温速度不能过快。图3为烧成工序的温度曲线。

3 低温排蜡工艺分析

本实验按照传统排蜡工艺和低温排蜡工艺方法。分别做了大量的对比实验，其实验结果如下。

3.1装载方式及装载量的比较

按照传统的一次排蜡烧成工艺，烧成时坯体必须用匣钵加氧化铝粉作为吸附剂进行装载埋烧，而且每窑的装载量为3600件/窑。采用低温排蜡工艺后，排蜡后的坯体可以直接用SiC板进行装载裸烧，装载量为4800件/窑。装载量提高了30%以上。

3.2能源利用率的比较

每个装载好的匣钵总重12kg，其中匣钵重2kg、吸附剂重7kg、多孔陶瓷板重3kg（仅占总重量的25%）。大量热量（70%以上）被匣钵和吸附剂消耗，热利用率不足30%。SiC板具有强的导热系数和辐射系数，对热量具有强烈的辐射作用，绝大多数热量（80%以上）由多孔陶瓷板吸收，即热利用率可以达到80%以上。按照过去传统工艺，每窑的烧成费用为7000元左右，现在的烧成费用只有3000元/窑。

3.3烧成后产品的外观的比较

传统的工艺，由于采用埋烧，多孔陶瓷周围及孔内填塞满吸附剂，通过高温烧成后，虽然采用了压缩空气吹去多孔陶瓷板表面及孔内的吸附剂，但是仍有少量吸附剂烧结在陶瓷板孔内和表面，造成外观性能差，孔内无法分离的吸附剂对其使用性能有很大的影响。而在低温排蜡工艺中，一般是在低温阶段就排掉坯体中80%的蜡，然后利用压缩空气吹掉表面及孔内的吸附剂。因为该阶段温度比较低，避免了高温阶段出现铝粉与坯体粘结在一起的现象，所以产品表面与孔中的铝粉很容易吹掉。因此，在梭式窑内进行高温烧结时，避免了传统工艺中出现粘结吸附剂的现象。

3.4产品合格率的比较

按照传统的工艺方法，一般是在梭式窑内进行的，由于窑内温度均匀性差，靠近火枪的范围升温速度快，这样容易造成靠近火枪附近的坯体升温过快，出现变形、鼓泡、分层、开裂、流蜡等现象，产品合格率为60%左右。低温排蜡工艺可在烘箱里进行排蜡，一般温度控制在160℃左右，排蜡周期仅为2天，排蜡后坯体含石蜡20%左右，坯体具有一定的强度，只要严格控制低温排蜡工艺升温制度，排蜡合格率可高达95%以上；再通过后期的烧成工序，产品的最终合格率可以达到85%左右。

3.5加热方式的比较

低温排蜡一般只需要在普通的烘箱内进行，而且所需的温度较低。因此该工艺的加热方式可以有多种选择，如电加热、燃气加热、窑炉烟气余热利用加热等。窑炉是陶瓷生产中不可缺少的主要耗能设备，现阶段陶瓷工业窑炉的热效率普遍较低，主要原因是窑炉排出烟气带走了炉内大部分的热量，能源浪费相当严重。因此，回收利用好这部分热量是提高窑炉能源利用率的有效手段。在生产过程中我们采用了利用窑炉烟气余热的加热方式进行低温排蜡，效果非常好。该种工艺降低了企业的生产成本，响应了国家提出的节能降耗的号召。

4 结论

热压铸蜂窝陶瓷产品，采用低温排蜡工艺，通过严格控制低温排蜡工艺及后期的烧成升温制度，可以获得比传统排蜡工艺更高的效益。

（1）采用低温排蜡工艺，避免了烧成时坯体必须用匣钵加氧化铝粉作为吸附剂进行装载埋烧的工序。排蜡后的坯体可以直接用SiC板进行装载裸烧，装载量提高了30%以上。

（2）采用低温排蜡工艺，热效率利用率可以达到80%以上，每次烧成费用为3000元左右。而传统工艺的热量（70%以上）被匣钵和吸附剂消耗，热利用率不足30%，每窑的烧成费用为7000元左右。

（3）传统的工艺，由于采用埋烧，通过高温烧成后，会有少量吸附剂烧结在陶瓷板孔内和表面，造成外观性能差，孔内无法分离的吸附剂对其使用性能有较大的影响。而在低温排蜡工艺中，避免了吸附剂粘结现象的出现，产品表面美观整洁。

（4）传统的工艺方法，产品合格率为60%左右。而低温排蜡工艺产品的最终合格率可以达到80%左右。

（5）低温排蜡工艺可以利用窑炉烟气余热的加热方式进行排蜡。该种方法节能降耗，降低了企业的生产成本。