专利名称：由不同材料组成的制品在焙烧温度下热处理用的焙烧辅助工具及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于由不同材料组成的制品在达1100℃的焙烧温度下进行热处理的焙烧辅助工具。
本发明还涉及这种辅助工具的制造方法。
在对由不同材料组成的制品于焙烧温度即高达1100℃下进行热处理，特别是焙烧陶瓷如砖瓦、面砖和其它陶瓷制品时或由原始玻璃转变成玻璃陶瓷时，在热处理期间需要用于输送待焙烧制品的支承板，即焙烧辅助工具。对这类支承板提出了高的热和机械要求。特别是为达到尽可能长的使用寿命，这些支承板必须能耐受很高的焙烧温度，应具有足够的抗热震性(Temperatur Wechselbestndigkeit)，并且与待焙烧产品仅有小的相互作用，即特别是不产生颗粒和不引起刮痕和粘合。
市售材料(堇青石、石英制品、Si/SiC)达不到这些高要求或仅很有限的满足。主要的限制是— 堇青石和Si/SiC不能以足够大的尺寸(如160mm×900mm)提供— 堇青石是多孔的，并易于产生颗粒— 堇青石和Si/SiC支承板可大大降低其上陶瓷化的玻璃陶瓷的耐冲击性— 堇青石和Si/SiC的差的抗热震性特别在较大的尺寸规格时大大限制了其可能的加热速率和冷却速率— 堇青石和(烧结过的)石英制品的有限机械稳定性使其在大的尺寸规格时的厚度不会小于12mm，由此在焙烧过程中仅有差的能量利用率— 石英制品在应用温度＞1000℃时易于形成局部的方英石，它对表面平度有干扰(坑洼状、贝壳状)— 对于堇青石，制造商通常仅保证有限的焙烧次数(＜500)本发明的目的是提供一种焙烧辅助工具，其在达1100℃的热负荷下可应用的制品热处理次数比现有技术情况下要大，它具有高的抗热震性，实际上与待热处理的制品无机械相互作用，特别是无粘合效应，并且在大的尺寸规格下可以小的厚度用作支承板。
根据本文开始所述的用于由不同材料组成的制品在焙烧温度下进行热处理的焙烧辅助工具，本发明的目的通过由无玻璃质表面层的热液石英(Keatit)-玻璃陶瓷形式的无孔玻璃陶瓷组成的焙烧辅助工具来达到。
制备一种无玻璃质表面层的热液石英-玻璃陶瓷作为热处理，特别是作为在达1100℃下焙烧不同材料的焙烧辅助工具具有下列优点— 该焙烧辅助工具无孔和不产生颗粒，即不留下“印迹”，并可使其上的陶瓷化的LAS-玻璃陶瓷有优良的耐冲击性，— 该焙烧辅助工具不易于形成表面裂纹，— 该焙烧辅助工具有大的尺寸规格(如1600×900mm2)，— 该焙烧辅助工具可以小的厚度(如4mm)使用，即在大的尺寸规格下同时有小的厚度并有足够的机械稳定性，以实现有效的能量利用率。如果该焙烧辅助工具的至少一面，优选是背面上具有结构化，优选成粒结的表面时，其在辊式炉中的辊上的输送时会有明显的优点，— 该焙烧辅助工具具有优良的抗热震性(500-800℃)，因此与堇青石或Si/SiC相比在大的尺寸规格下有较高的加热速率和冷却速率。
— 该焙烧辅助工具在辊式炉应用的情况下比堇青石的热处理循环数要大两倍以上，— 该焙烧辅助工具在长期使用中不会由于贝壳状或粒结的形成产生表面平度的变化，— 该焙烧辅助工具由于其特殊的表面特性可明显减少在待处理制品和焙烧辅助工具之间的相互作用。其还有一个明显优点是该焙烧辅助工具的热膨胀系数仅为1-1.3×10-6/K，— 该焙烧辅助工具即使在高的焙烧温度下也是热稳定的。该焙烧辅助工具在1080℃下的粘度大于1013dPas，— 该焙烧辅助工具可制备出的平度为在1m的理想平面上的对角线的平度优于1mm，— 由于该焙烧辅助工具有高的热稳定性，它也可用于焙烧高石英-混晶-玻璃陶瓷，— 与堇青石相反，该焙烧辅助工具对红外-射线是部分透射的，所以其优点是可从下面对待焙烧制品进行辐射加热。
本发明的目的是通过具有下列步骤的制备焙烧辅助工具的方法来解决的— 以所需尺寸制备焙烧辅助工具的玻璃坯体，和— 在煤气炉或电炉中或直接使具有热液石英相的玻璃坯体陶瓷化，或间接地由首先在电炉中由玻璃坯体转变成的具有高石英-混晶相的玻璃陶瓷体陶瓷化。
在JP 05-339021中描述一种使玻璃制品的表面波纹度变平滑并改进其致密性的方法，它将玻璃板放在特别平的耐热玻璃陶瓷板上，并在回火炉中热处理。该炉壁由玻璃陶瓷构成。它采用具有β-石英或β-锂辉石晶体的玻璃陶瓷。
该文献中描述，应用玻璃陶瓷作为热处理的辅助工具的优点在于避免研磨和尘埃颗粒或腐蚀颗粒的形成，这些颗粒均有损于玻璃板的表面。但是所述方法未提到在达1110℃的所需高温下避免玻璃陶瓷焙烧辅助工具和焙烧制品之间的相互作用(粘合)。
在该描述的结构中仅涉及间歇工艺过程。也并未提及在该焙烧辅助工具的背面上的有利于在滚式炉中经济使用的粒结。
因此，该已知的热处理工具也不可用于滚式炉中。
同样也不可能形成能防止其上焙烧制品粘合的特别表面条件，同样也难以制备其热膨胀系数为1×10-6/K的支承板及由此达到特别高的抗热震性(至800℃)。
在US-PS 4187 115中提到应用钙长石-玻璃陶瓷作为焙烧辅助工具，但未给以详细描述。
通过特殊成形，可使本发明的由热液石英-玻璃陶瓷构成的支承板的背面上具有粒结，它在输送和处理中“控制”通常的违章运行，并由此防止在负荷时出现应力峰的间隔，这样得到较好的长期-耐冲击性。特别重要的是热液石英-玻璃陶瓷不形成表面裂纹。
支承板的合适的边缘处理可保证避免边缘受损和长期的强度。
按用于本发明的焙烧辅助工具的热液石英-玻璃陶瓷的综述，或多或少显示出前述的优点。
已证实在所述的达约1100℃的使用温度范围内，以热液石英相存在的LAS-玻璃陶瓷是适用的，因为与通常的焙烧辅助工具相反，它在高温使用时完全不具有多孔性。
令人意外的是，权利要求5和6的玻璃陶瓷在1100℃-1200℃下的1-5小时期间内转变成热液石英时未出现其它通常的市售组合物(如EUROKERA材料或NEG-材料)所有的表面裂纹形成。必需高的转变温度，使运行温度可达1100℃，同时该热液石英-玻璃陶瓷通过长时间的高温负荷不会在其内部和/或表面发生变化。与EUROKEA-(EK)-材料相比较，权利要求6的热液石英-玻璃陶瓷材料在三种转化温度下的裂纹形成列于表1中。
表1
以同样方式，权利要求4的热液石英-玻璃陶瓷-组合物可达特别低的热膨胀系数和由此特别高的抗热震性。
这类玻璃陶瓷组合物已公开在EP 0 220 333中。
为了特定的应用目的，热液石英-玻璃陶瓷的优良表面特性也可以“夹层形式”应用，其中在其它的陶瓷焙烧辅助工具上叠置一层仅几毫米的薄热液石英板。
下面示例性地描述由LAS-玻璃陶瓷组成的本发明的板型焙烧辅助工具的制备。
按现有技术通过辊压成型工艺由玻璃熔体制成具有粒结化背面的LAS-玻璃陶瓷，其规格是1600×900mm2(或更大)，厚度为3-8mm。该板经裁制，并得到特殊的边缘研磨(C-形式)，以排除边缘损伤。该材料或直接在煤气(滚式)炉中经热液石英相陶瓷化，或首先在电(滚式)炉中经高石英-混晶-相陶瓷化，并然后在煤气(滚式)炉中转变成热液石英。通过特定的退火，即借助在热液石英范围内的加热速率可调节该材料的抗热震性。
如已指出的，权利要求5和6的玻璃陶瓷在转变成热液石英时的特别优点是没有表面裂纹。在煤气炉中转变成热液石英相避免了否则的话的玻璃质表面层，并且该焙烧辅助工具具有更好的抗粘合效果。
应用实施例在电滚式炉中LAS-板在1600×900mm2热液石英-玻璃陶瓷支承板上由玻璃质状态转变成高石英-混晶-相。该热液石英-支承板厚8mm，并在间距为300mm的辊上移动。最大温度为900℃，循环时间为约3小时。
如一开始所述，本发明的由热液石英-玻璃陶瓷组成的支承板尽管较细长尺寸规格，但在机械上是非常稳定的。
权利要求
1.一种用于由不同材料组成的制品在焙烧温度下进行热处理的焙烧辅助工具，其特征在于，该焙烧辅助工具由无玻璃质表面层的热液石英-玻璃陶瓷状的无孔玻璃陶瓷组成。
2.权利要求1的焙烧辅助工具，具体为支承板，其特征在于，所述焙烧辅助工具的背面具有粒结结构。
3.权利要求2的焙烧辅助工具，其特征在于，所述支承板的边缘经圆化，优选具有C-形式。
4.权利要求1-3之一的焙烧辅助工具，其特征在于，所述玻璃陶瓷组合物的重量％组成如下Li2O 3.0-5.0Na2O 0-1.5K2O 0-1.0Na2O+K2O 0.3-2.0MgO 0-1.5CaO 0-1.0SrO 0-2.0BaO 0-3.0ZnO 0-2.5Al2O318-27B2O30-3.0SiO254-70TiO21.0-5.0ZrO20-2.5TiO2+ZrO23.0-5.5P2O50-8.0。需要时还可含有至少一种澄清剂如As2O3、Sb2O3、SnO2和任选加入的着色成分如V-、Cr-、Mn-、Fe-、Co-、Cu-、Ni-Se-、Cl-化合物。
5.权利要求4的焙烧辅助工具，其特征在于，所述玻璃陶瓷组合物的重量％组成如下Li2O 3.5-4.0Na2O 0.4-0.7K2O 0-0.2Na2O+K2O0.4-0.8MgO 0.2-0.6CaO ＜0.1SrO ＜0.1BaO 1.5-2.5ZnO 1.0-2.0B2O3＜0.5Al2O320-23SiO263-65TiO22.0-3.0ZrO21.0-2.0TiO2+ZrO23.5-5.0P2O50-0.5需要时还可含有至少一种澄清剂如As2O3、Sb2O3、SnO2和任选加入的着色成分如V-、Cr-、Mn-、Fe-、Co-、Cu-、Ni-Se-、Cl-化合物。
6.权利要求4的焙烧辅助工具，其特征在于，其重量％组成如下Li2O 3.6Na2O 0.5MgO 0.5BaO 2.0ZnO 1.7Al2O322.0SiO264TiO22.3ZrO21.6Sb2O31.5V2O50.30。
7.权利要求4或5的焙烧辅助工具，其特征在于，所述形成其余玻璃相的成分和SiO2含量的重量％关系为1.5＜Na2O+K2O+CaO+SrO+BaO+B2O3＜5SiO2-(Na2O+K2O+CaO+SrO+BaO+B2O3)＜65。
8.一种制备权利要求1-7之一的焙烧辅助工具的方法，具有如下步骤— 以所需焙烧辅助工具的尺寸制备玻璃坯体，和— 在煤气炉或电炉中或直接使具有热液石英相的玻璃坯体陶瓷化，或间接地由首先在电炉中由玻璃坯体转变成的具有高石英-混晶相的玻璃陶瓷体陶瓷化。
9.权利要求8的方法，其中将所述待焙烧的制品平放在热液石英-玻璃陶瓷体的接受表面上。
全文摘要
市售的焙烧辅助工具通常是由堇青石、石英制品或Si/SiC组成，它们部分地不能满足在所需范围的高的热和机械的要求，或仅很有限的满足。本发明涉及一种由无玻璃质表面层的热液石英－玻璃陶瓷状的无孔玻璃陶瓷组成的焙烧辅助工具，它具有高的耐热性和抗热震性，实际上与待焙烧制品无机械相互作用，特别是无孔性和粘合作用，并可以大的尺寸规格和小的厚度制成机械稳定的支承板。
文档编号F27D3/12GK1541195SQ02815750
公开日2004年10月27日 申请日期2002年6月21日 优先权日2001年6月23日
发明者O·贝克, B·鲁丁格, G·哈赫, M·布格, A·施明科, F·施罗德, K·舍恩伯格, E·罗德克, F·斯伯斯, R·贝斯特, , 「, O 贝克, 固, 薜, 鞑 , 驴, 骺 申请人:肖特玻璃制造厂