石英陶瓷坩堝工藝簡述及干燥器升降門的特點

惠 濤 賈書雄 李 路 李 雯 陳 鵬 白培杰

(咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000)

前言

石英陶瓷坩堝使用條件極其苛刻，對外觀缺陷、內在質量、尺寸精度等都有嚴格的要求。其生產(chǎn)工藝及干燥過程直接影響著坩堝的外觀缺陷與內在質量，因此干燥在生產(chǎn)中的作用不容忽視。我國現(xiàn)階段陶瓷制品的干燥普遍采用室式干燥器，其門的打開方式與密封效果直接影響著干燥器的產(chǎn)品合格率和生產(chǎn)效率。

1 石英陶瓷坩堝的定義及其制備工藝

1.1 定義

石英陶瓷坩堝全稱為高純熔融石英陶瓷坩堝(二氧化硅含量≥99.9%)，是以高純熔融石英為原料做成的陶瓷質坩堝。一般情況下，它的形狀主要有方形和圓筒形。其中，方形的高純石英坩堝用在多晶硅鑄錠環(huán)節(jié)，充當多晶硅化料和長晶的容器；圓形的高純石英坩堝則用在單晶硅中拉單晶的環(huán)節(jié)。

1.2 制備工藝

石英陶瓷坩堝有注漿成形法和注凝成形法2種成形方法。

注漿成形法是將已配制好的石英陶瓷漿料注入高性能的石膏模具中成形，依靠石膏模具的吸水性使?jié){料凝固，得到石英坩堝坯體，再經(jīng)過干燥、燒成，最終得到石英陶瓷坩堝。此方法在陶瓷生產(chǎn)工藝中使用時間較長，易于掌握，是目前使用的較為普遍的成形方法。因其使用石膏模具固化漿料脫模時間較長，生產(chǎn)效率相對較低。制備的產(chǎn)品密度高，耐磨性好，顯氣孔率低。

注凝成形法是在初配的石英陶瓷漿料中加入一種有機添加劑，并注入特殊模具成形，漿料中的單體分子會發(fā)生聚合反應形成凝膠網(wǎng)絡，從而使石英陶瓷漿料固化成為陶瓷坯體，經(jīng)干燥、高溫燒結得到石英陶瓷坩堝。使用此方法成形具有一定的技術難度，因而目前國內僅有少數(shù)廠家掌握。該成形方法成形的坯體能夠快速成形，易于脫模，而且脫模后強度較高，適用于大規(guī)模快速化生產(chǎn)，是未來發(fā)展的方向。制備的坩堝具有很高的生坯強度，更適合制作超大尺寸產(chǎn)品。同時其結構均勻，具有優(yōu)異的抗熱震能力和耐高溫能力。

干燥在兩種石英陶瓷坩堝生產(chǎn)工藝過程中起著至關重要的作用，干燥器升降門對坯體的干燥質量不容忽視，下面就將我們開發(fā)設計的干燥器升降門機構做一詳細介紹：

2 干燥器升降門機構介紹

2.1 干燥器升降門機構的結構

石英陶瓷坩堝干燥器設備升降門的結構示意圖如圖1所示。

1-啟門電機支撐架 2-鋼絲繩 3-密封門 4-滑道 5-限位滾輪 6-壓板 7-加緊裝置 8-啟門電視 9-滾筒 10-密封條 11-滾筒支撐架 12-安全裝置

干燥器升降門機構主要由升降門電機、支撐架、滾筒、鋼絲繩、加緊裝置、安全裝置等部件組成。

2.2 升降門機構工作原理

最新的外置式卷門電機作為動力來源，用鏈條將動力轉移到滾筒上，借助滾筒的旋轉使門完成升降。放到產(chǎn)品前，點擊升降門電機上升按鈕，電機開始運轉并且?guī)訚L筒轉動，鋼絲繩隨之被纏繞在轉動的滾筒上與鋼絲繩連接的門被提升起來，到達上限位后立即停止；放入產(chǎn)品，然后點擊升降門電機下降按鈕，電機開始運轉并且?guī)訚L筒轉動，鋼絲繩被轉動的滾筒釋放，與鋼絲繩連接的門平穩(wěn)下降，到達下限位后立即停止，并借助門的自重完成密封。

2.3 升降門機構主要參數(shù)

1) 提升重量：300 kg;

2) 滾筒規(guī)格：直徑138 mm×2 924 mm；

3) 提升速度：1.8 m/min;

4) 配備功率：210 W;

5) 提升高度：1 800 mm。

2.4 升降門機構特點

1) 選用最新的外置式卷門電機，價格低廉，采購方便。配備專用遙控器，可遠距離操控啟動、停止；并配有手動裝置，以備故障時應急操作。

2) 整個支撐架采用型材制作，不需要特殊加工，可靠耐用不易變形，制作安裝簡便。

3) 利用槽鋼自身的特點，不需要深加工更不需要另外制作安裝滑道，使門在其內壁空間內自由滑動，運行平穩(wěn)可靠，而且置于其中的門能非常方便的拆卸?；琅c干燥室鋼結構主體采用高強度螺栓連接，地面用膨脹螺栓固定，使整個結構穩(wěn)定、耐用。

4) 滾筒預先焊接成可調節(jié)的，安裝時一邊與電機采用活動式扣接；另一邊根據(jù)實際需要，調節(jié)滾筒長度，將其搭接在固定板上。

5) 特殊設計的密封體系，根據(jù)密封門高度、提升高度和門厚度設計加緊裝置、安裝位置及其方式。加緊裝置設計為斜面帶直段式，當門下降通過斜面時，利用門自身重量，使門同時受到向內與向下的力，迫使與門框緊密貼合。通過直段繼續(xù)向下時，僅受到向下的重力，到達下限停止。貼合處采用耐高溫、耐腐蝕、重復使用率高的特殊設計的空心橡膠材料作為密封原件，方便擠壓變形，工作時受到向內與向下的作用力，使其徹底完成密封，效率可達到98%以上。此體系密封件設置在門框上，方便更換。

6) 特殊設計的安全裝置，在完全不影響升降門提升的情況下，自動鎖定，防止因門出現(xiàn)意外自由降落造成危險，當門需要下降時用手動解除鎖定。

7) 此種機構幾乎不占用多余空間。普通的對開式門需要大約為7 m2(門的操作空間)，要占用大量的門前空間。而此機構緊靠門框設置，可以說不需要操作空間，門前可以臨時堆放空窯車，方便其它干燥室裝窯，空間利用率較高。

2.5 開發(fā)的升降門機構與普通的對開式門的對比(見表1)

表1 升降門(已開發(fā))與普通對開門的對比

3 結語

此機構的設計成功將有效地減少了陶瓷干燥器門縫熱氣體的溢出，從而使門內附近的熱氣體能夠更加均勻的循環(huán)流動，保證了干燥器內部熱氣均勻性，大大提升了整個設備的產(chǎn)品合格率。這種機構已在多個石英陶瓷坩堝廠家得到應用，效果顯著，受到了用戶以及業(yè)內人士的一致好評。