制备石英坩埚的模具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种制备石英坩埚的模具，模具包括模盖、四周边墙和模芯，模盖上设有与坩埚成型区相连通的浇注口，模盖以及四周边墙与模芯之间能围成坩埚成型区，模盖、四周边墙和模芯与坩埚成型区相对的部分分别设置有滤板，模盖、四周边墙和模芯的内部分别形成模腔，模腔通过滤板与坩埚成型区连通。上述制备石英坩埚的模具抗压强度及过滤精度较高，制备的石英坩埚尺寸偏差小。
【专利说明】制备石英坩埚的模具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石英坩埚生产领域，特别是涉及制备石英坩埚的模具。
【背景技术】
[0002]石英坩埚生产工艺主要有双面吸浆法、单面吸浆法和注凝法，为了把浆料中的水分快速除去，传统的石英坩埚生产工艺中一般使用石膏模具，利用它的吸水性可以排出水分，然后使坩埚成型。随着坩埚越做越大，根据生产需要，石膏模具也必须越来越大。然而石膏模具强度低，每次成型后修模，刀子就会刮削掉一层石膏，导致模具内的型腔变得越来越大，使得产品变形大，有凸凹不平的缺陷，最终造成产品尺寸偏差过大，成品密度低，强度差，合格率低，直到无法使用。另外，现有石膏模具成型技术，消耗了大量的石膏，寿命低，报废后污染环境。
[0003]有的公司使用多孔树脂模具来成型坩埚，但由于石英坩埚的浆料很稀，含水量很大，多孔树脂模具不能良好的排除水分。因此，一般采用压滤的方法。一开始石英浆料可以流动时，加压可以排除一部分水分，但是，当石英浆料中的水分一旦减少到使石英浆料无法流动时，压力无法在多孔树脂模具内传递，此时压滤法失效。因此，只用树脂模具压滤是无法完成坩埚成型的。一般，大家在树脂模具内部嵌入石膏模，利用石膏模把残余的水分吸干。
[0004]另外，压滤法要使用高压泵向模具注压，如果使用压滤，将在每个模具面上产生很大的压力，使用多孔树脂模具根本承受不了这个强度，模具很快就会报废。使用多孔树脂模具来成型坩埚要使用昂贵的树脂材料，根本无法推广，模具复杂，过滤精度达不到要求，成型效果不理想。
实用新型内容
[0005]基于此，有必要针对成型石英坩埚时石膏模具容易导致产品尺寸偏差过大和多孔树脂模具抗压强度低、过滤精度低的问题，提供一种制备石英坩埚的抗压强度高和过滤精度高的模具，利用这种模具制得的石英坩埚的产品尺寸偏差小。
[0006]一种制备石英坩埚的模具，所述模具包括模盖、四周边墙和模芯，所述模盖上设有与所述坩埚成型区相连通的浇注口，所述模盖以及所述四周边墙与所述模芯之间能围成坩埚成型区，所述模盖、所述四周边墙和所述模芯与所述坩埚成型区相对的部分分别设置有滤板，所述模盖、所述四周边墙和所述模芯的内部分别形成模腔，所述模腔通过所述滤板与所述坩埚成型区连通。
[0007]在其中一个实施例中，所述滤板与所述模盖、所述四周边墙或所述模芯为可拆卸式组合，所述滤板将所述模腔遮盖。
[0008]在其中一个实施例中，所述滤板与所述模盖、所述四周边墙或所述模芯为一体成型，所述滤板设置在所述模盖、所述四周边墙或所述模芯与所述坩埚成型区相对部分的表面。
[0009]在其中一个实施例中，所述模腔为中空夹层模腔，所述模腔的一侧设有用来连接外接管路的接头。
[0010]在其中一个实施例中，所述各个滤板与所述坩埚成型区相对的面形成用以成型坩埚的主成型面，所述各个滤板上分别设有分布均匀的微孔，所述各个滤板的微孔连通所述坩埚成型区和所述坩埚成型区对应的模腔。
[0011]在其中一个实施例中，所述模具为金属模具，所述滤板为金属滤板、陶瓷滤板或树脂滤板，所述金属滤板为多层不锈钢丝网滤板。
[0012]上述制备石英坩埚的模具，包括模盖、四周边墙和模芯，坩埚成型时，模盖以及四周边墙与模芯之间能围成坩埚成型区，石英浆料首先通过模盖上的浇注口进入坩埚成型区。模盖、四周边墙和模芯与坩埚成型区相对的部分分别设置有滤板，滤板既可以把浆料中的水分快速滤除，而又不让石英浆料中的颗粒流失。同时，模盖、四周边墙和模芯的内部分别形成模腔。坩埚成型过程中抽真空时，模腔连通真空系统，模具的各个组成部分在各自的模腔中抽真空，相互之间没有压力，不会造成模具变形，因此，上述制备石英坩埚的模具抗压强度及过滤精度较高，制备的石英坩埚尺寸偏差小。另外，采用这样的模具可以不使用脱模剂，降低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为制备石英坩埚的模具的零件图；
[0014]图2(a)为制备石英坩埚的模具的边墙的主视图；
[0015]图2(b)为制备石英坩埚的模具的边墙的剖面图；
[0016]图3为一实施方式的石英坩埚的制备工艺的流程图；
[0017]图4为制备石英坩埚的模具的组装图；
[0018]图5为制备石英坩埚的模具和坩埚坯体的示意图。
[0019]图中:模具100，模盖110，浇注口 112，模盖滤板114，边墙120，边墙滤板122，模腔124，接头126，加强板128，模芯130，模芯滤板132，料斗200，真空管300，坩埚坯体400。
【具体实施方式】
[0020]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。
[0021]实施方式的制备石英坩埚的模具100包括模盖110、四周边墙120和模芯130。如图1所示，模盖110上设有与坩埚成型区相连通的浇注口 112。将模具100组装之后，模盖100以及四周边墙120与模芯130之间围成坩埚成型区。模盖110、四周边墙120和模芯130与坩埚成型区相对的部分分别设置有模盖滤板114、边墙滤板122和模芯滤板132。各个滤板与坩埚成型区相对的面形成用以成型坩埚的主成型面。各个滤板上分别设有分布均匀的微孔。模盖110、四周边墙120和模芯130的内部分别形成模腔，模腔通过滤板与坩埚成型区连通。模腔的一侧设有用来连接外接管路的接头。各个滤板的微孔连通坩埚成型区和坩埚成型区对应的模腔。
[0022]制备石英坩埚的模具的边墙120的正视图如图2(a)所示，图2(a)中的边墙120进行剖面得到图2(b)。边墙滤板122位于边墙120上用于形成主成型面的一侧，边墙120的内部形成的中空夹层为模腔124，模腔的外侧设有接头126，接头126用来连接外接管路。边墙滤板122用加强板128来固定。加强板128与边墙滤板122之间形成可以使石英浆料中的水分通过的缝隙，与模腔124相连通。组装好模具100之后，进行石英坩埚成型时，使用真空系统吸滤石英浆料中的水分，此时石英浆料中的水分经过边墙滤板122上的微孔进入模腔124，随后被排出。而石英浆料中的颗粒不能通过微孔则被截留下来。
[0023]模盖110和模芯130的内部也均为连通的中空夹层模腔，模腔的一侧同样设有用来连接外接管路的接头。这样可以保证在石英坩埚成型过程中，真空系统能够均匀吸滤石英浆料中的水分，使成型后的石英坩埚密度均匀，质量精良。
[0024]该制备石英坩埚的模具100为金属模具，滤板通过加强板固定，金属模具的内腔的承压结构可以承受0.6MPa的压力，抗压强度高，石英坩埚成型过程中不会造成模具变形。
[0025]滤板可以为金属滤板、陶瓷滤板或树脂滤板。
[0026]金属滤板可以为多层不锈钢丝网滤板，该多层不锈钢丝网滤板采用600目的多层不锈钢网经过特殊叠层压制，经真空烧结而成的具有较高强度及整体钢性的一种过滤材料。多层不锈钢网的标准五层网由保护层，精度控制层，分散层及多层加强层组成。其各层丝网的网孔相互交错，形成一种均一而理想的过滤构造，既可以把浆料中的颗粒完好的截留在模腔中，又可以迅速地把水分在真空系统中排除。具有优良的过滤精度、过滤阻抗、机械强度、耐磨性、耐热性、耐寒性和被加工性，对抗压强度要求及过滤精度要求均一的过滤尤为理想。
[0027]多层不锈钢丝网滤板的过滤精度为2 μ m?300 μ m，可耐用于从_200°C?650°C的连续过滤。清洗时由于采用极佳的逆流清洗效果的表层过滤结构，因此清洗简单。
[0028]陶瓷滤板由分布均匀的无数微孔组成，采用先进的无机膜制备工艺，孔径为0.5μηι?5μηι。透水性好，透水量为1200kg/h.m2?1500kg/h.m2,反冲压力可达
0.15MPa及以上。当流体从这些微小孔洞通过时，颗粒被截留在过滤介质表面。微孔陶瓷滤板具有耐腐蚀、耐高温、机械强度高和无有害物溶出的优点，即使在流体压力作用下，微孔不易变形，易清洗，使用寿命长，不会产生二次污染。
[0029]树脂滤板可以为微孔树脂材料制备成的滤板，微孔树脂材料可以是由无机填料、环氧树脂、固化剂、稀释剂、基体增强剂、水和离子型无机盐等按一定组分混合制备而成的。树脂滤板的制备工艺简单，成孔方法独特，便于生产操作。同时，成本较低，不易老化，耐冲刷。
[0030]上述模盖滤板114、边墙滤板122和模芯滤板132与模盖110、四周边墙120或模芯130为可拆卸式组合，模盖滤板114、边墙滤板122和模芯滤板132将模腔124遮盖。但滤板不限于此种设置方式，滤板也可以与模盖、四周边墙或模芯为一体成型，此时，滤板设置在模盖、四周边墙或模芯与坩埚成型区相对部分的表面，采用这样的模具可以不使用脱模剂，降低了成本。
[0031]上述制备石英坩埚的模具，包括模盖、四周边墙和模芯，坩埚成型时，模盖以及四周边墙与模芯之间能围成坩埚成型区，石英浆料首先通过模盖上的浇注口进入坩埚成型区。模盖、四周边墙和模芯与坩埚成型区相对的部分分别设置有滤板，滤板既可以把浆料中的水分快速滤除，而又不让石英浆料中的颗粒流失。同时，模盖、四周边墙和模芯的内部分别形成模腔。坩埚成型过程中抽真空时，模腔连通真空系统，模具的各个组成部分在各自的模腔中抽真空，相互之间没有压力，不会造成模具变形，因此，上述制备石英坩埚的模具抗压强度及过滤精度较高，制备的石英坩埚尺寸偏差小。
[0032]如图3所示的使用上述模具制备石英坩埚的工艺，包括如下步骤:
[0033]S10、组装制备石英坩埚的模具，模具包括模盖、四周边墙和模芯，模盖上设有与坩埚成型区相连通的浇注口，模盖以及四周边墙与模芯之间能围成坩埚成型区，模盖、四周边墙和模芯与坩埚成型区相对的部分分别设置有滤板，模盖、四周边墙和模芯的内部分别形成模腔，模腔通过滤板与坩埚成型区连通。
[0034]组装时，把模芯水平放置在地面上，吹净成型面上的杂质，安装四个边墙，锁紧各边墙，防止漏浆。接着安装模盖，安装完之后检查各密封面的密封情况，保证密封面的密封良好。
[0035]S20、将石英浆料注入组装好的模具，注满料斗并保持一定的料位。
[0036]模具的模盖上设有与坩埚成型区相连通的浇注口，在浇注口上连接料斗，将石英浆料通过料斗缓缓注入组装好的模具中。当石英浆料注满料斗后，料斗的料位不再变化，则保持此料位。
[0037]S30、将形成在模具上的模腔接入真空系统，启动真空系统，吸滤模具的模腔内从石英浆料中滤过滤板的水分，直到料斗内的石英浆料硬化成型，关闭真空系统，得到硬化成型后的坩埚坯体。
[0038]真空系统由旋片真空泵提供，将模腔通过真空管连接到分离罐。模具注满浆料后启动真空阀，真空阀的阀门根据料斗浆料的情况进行调节开度。首先，先将模腔中的水分和空气排出。其次，随着真空系统的运行，石英浆料中的气泡会被抽出。随后，石英浆料中的多余水分，会沿着模具中滤板的毛细孔排出。随着浆料中的水分减少，与滤板接触的石英浆料开始硬化，石英衆料中间的水分继续从料斗补充进入模具。当水分继续减少，直到衆料无法流动时，模具内的坩埚坯体开始整体成型。由于滤板与坩埚坯体的接触面在不断的把水分抽走，在毛细管的作用下，就会使坩埚坯体中间的水分不断的向坩埚坯体表面迁移，最后成型。
[0039]成型时，各个成型面在各自的真空腔中抽真空，相互之间没有压力，不会造成模具变形。模具过滤成型面只承受很小的压力，不会产生变形。因为使用真空抽出，所以六个成型面承受的负压非常均匀。
[0040]真空系统运行时，真空度为-0.05MPa?-0.08MPa,吸滤的时间为120min?200mino
[0041]成型时也可不使用真空系统进行吸滤，此时石英浆料中的多余水分会沿着模具中的滤板缓慢排出，所需成型时间较长，同时由于多余水分的存在而后续干燥时水分蒸发留下微孔，容易导致最终成型的石英坩埚比较疏松，强度较小。
[0042]S40、将坩埚坯体自然干燥后开模，开模时管路中通入低压空气，使坩埚坯体与滤板脱离。
[0043]将坩埚坯体自然干燥的操作中，所述自然干燥的温度为20°C?25°C，时间为200min ?300min。
[0044]开模时管路中通入低压空气的操作中，所述低压空气的压力为0.1MPa?0.2MPa。
[0045]S50、脱掉模芯，拆除四周边墙，得到坩埚坯体，烘干之后将坩埚坯体烧制成型得到石英坩埚。
[0046]脱模芯时，使用行车和翻转架把模具吊起，反转180度，使模芯朝上，然后使用模芯起吊器拔模。
[0047]检查石英坩埚内壁成型质量，拆模具的四面边墙，得到坩埚坯体。此时坩埚坯体除了外底面，其余各面都暴露在空气中，静置1h?20h保持干燥，这样可以提高坩埚的强度。
[0048]烧制成型的条件是将温度由室温升至1050°C?1150°C，保温时间为2h?4h，保持湿度为O?5%。
[0049]下面为【具体实施方式】:
[0050]实施例1
[0051]组装制备石英坩埚的模具，组装完成的模具如图4所示。
[0052]将石英浆料通过料斗200注入组装好的模具，注满料斗200并保持一定的料位。
[0053]将设置在模具上的真空管300接入真空系统，启动真空系统，真空度设置为-0.05MPa，石英浆料中的水分经滤板上的微孔进入模具的模腔内，模腔内的水分随后通过真空管300被吸滤出去。每隔20min使用探针插入料斗，检查石英浆料的硬化程度，直到浇料斗内的石英浆料硬化成型，关闭真空系统，停止抽吸，吸滤时间大约为120min，得到硬化成型后的坩埚坯体。
[0054]将坩埚坯体放在20°C的环境中自然干燥，保持200min的成型时间后开模，开模时管路中通入低压空气，低压空气的压力为0.1MPa，使坩埚坯体与滤板脱离。
[0055]脱模芯时，使用行车和翻转架把模具吊起，反转180度，使模芯朝上，然后使用模芯起吊器拔模，如图5所示。检查石英坩埚内壁成型质量，拆模具的四面边墙，得到坩埚坯体400。此时坩埚坯体400除了外底面，其余各面都暴露在空气中，静置1h保持干燥，这样可以提高最终制备得到的石英坩埚的强度。
[0056]之后将坩埚坯体烧制成型得到石英坩埚。干燥成型的条件是将温度由室温升至1050°C，保温时间2h，保持湿度为O。然后在隧道窑内烧制成型。
[0057]实施例2
[0058]组装制备石英坩埚的模具。
[0059]将石英浆料通过料斗注入组装好的模具，注满料斗并保持一定的料位。
[0060]将设置在模具上的真空管接入真空系统，启动真空系统，真空度设置为-0.06MPa，石英浆料中的水分经滤板上的微孔进入模具的模腔内，模腔内的水分随后通过真空管被吸滤出去。每隔20min使用探针插入料斗，检查石英浆料的硬化程度，直到浇料斗内的石英浆料硬化成型，关闭真空系统，停止抽吸，吸滤时间大约为150min，得到硬化成型后的坩埚坯体。
[0061]将坩埚坯体放在23°C的环境中自然干燥，保持250min的成型时间后开模，开模时管路中通入低压空气，低压空气的压力为0.15MPa，使坩埚坯体与滤板脱离。
[0062]脱模芯时，使用行车和翻转架把模具吊起，反转180度，使模芯朝上，然后使用模芯起吊器拔模。检查石英坩埚内壁成型质量，拆模具的四面边墙，得到坩埚坯体。此时坩埚坯体除了外底面，其余各面都暴露在空气中，静置15h保持干燥，这样可以提高最终制备得到的石英坩埚的强度。
[0063]之后将坩埚坯体烧制成型得到石英坩埚。烧制成型的条件是将温度由室温升至1130°C，保温时间3h，保持湿度为3%。然后在隧道窑内烧制成型。
[0064]实施例3
[0065]组装制备石英坩埚的模具。
[0066]将石英浆料通过料斗注入组装好的模具，注满料斗并保持一定的料位。
[0067]将设置在模具上的真空管接入真空系统，启动真空系统，真空度设置为-0.0SMPa,石英浆料中的水分经滤板上的微孔进入模具的模腔内，模腔内的水分随后通过真空管被吸滤出去。每隔20min使用探针插入料斗，检查石英浆料的硬化程度，直到浇料斗内的石英浆料硬化成型，关闭真空系统，停止抽吸，吸滤时间大约为200min，得到硬化成型后的坩埚坯体。
[0068]将坩埚坯体放在25°C的环境中自然干燥，保持300min的成型时间后开模，开模时管路中通入低压空气，低压空气的压力为0.2MPa，使坩埚坯体与滤板脱离。
[0069]脱模芯时，使用行车和翻转架把模具吊起，反转180度，使模芯朝上，然后使用模芯起吊器拔模。检查石英坩埚内壁成型质量，拆模具的四面边墙，得到坩埚坯体。此时坩埚坯体除了外底面，其余各面都暴露在空气中，静置20h保持干燥，这样可以提高最终制备得到的石英坩埚的强度。
[0070]之后将坩埚坯体烧制成型得到石英坩埚。烧制成型的条件是将温度由室温升至1150°C，保温时间4h，保持湿度为O?5%。然后在隧道窑内烧制成型。
[0071]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种制备石英坩埚的模具，其特征在于，所述模具包括模盖、四周边墙和模芯，所述模盖上设有与所述坩埚成型区相连通的浇注口，所述模盖以及所述四周边墙与所述模芯之间能围成坩埚成型区，所述模盖、所述四周边墙和所述模芯与所述坩埚成型区相对的部分分别设置有滤板，所述模盖、所述四周边墙和所述模芯的内部分别形成模腔，所述模腔通过所述滤板与所述坩埚成型区连通。
2.根据权利要求1所述的制备石英坩埚的模具，其特征在于，所述滤板与所述模盖、所述四周边墙或所述模芯为可拆卸式组合，所述滤板将所述模腔遮盖。
3.根据权利要求1所述的制备石英坩埚的模具，其特征在于，所述滤板与所述模盖、所述四周边墙或所述模芯为一体成型，所述滤板设置在所述模盖、所述四周边墙或所述模芯与所述坩埚成型区相对部分的表面。
4.根据权利要求1所述的制备石英坩埚的模具，其特征在于，所述模腔为中空夹层模腔，所述模腔的一侧设有用来连接外接管路的接头。
5.根据权利要求1所述的制备石英坩埚的模具，其特征在于，所述各个滤板与所述坩埚成型区相对的面形成用以成型坩埚的主成型面，所述各个滤板上分别设有分布均匀的微孔，所述各个滤板的微孔连通所述坩埚成型区和所述坩埚成型区对应的模腔。
6.根据权利要求1、2、3或5中任一项所述的制备石英坩埚的模具，其特征在于，所述模具为金属模具，所述滤板为金属滤板、陶瓷滤板或树脂滤板，所述金属滤板为多层不锈钢丝网滤板。
【文档编号】B28B7/26GK204019702SQ201420423316
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】高夫耀, 支揽月, 何钊煊, 张凤 申请人:徐州协鑫太阳能材料有限公司