柱状陶瓷素坯干燥装置及干燥方法与流程

本发明属于陶瓷制造技术领域，特别涉及一种柱状陶瓷素坯干燥装置及干燥方法。

背景技术：

随着现代科技的发展，高性能陶瓷部件的先进制备技术成为研究的重点和热点之一，特别是大尺寸陶瓷制品的制备技术。陶瓷材料在成型过程中不但容易产生缺陷，而且形成的缺陷往往很难通过后续工艺得到弥补和消除。因此成型技术作为制备过程中的一个重要环节，直接影响到陶瓷材料的最终性能。

凝胶注模成型技术是美国橡树岭国家实验室在20世纪90年代初首先发明的一种新型陶瓷成型技术。它是将高分子化学、胶体化学和陶瓷工艺学结合在一起的一种成型方法。该工艺主要包括以下几个过程：首先将粉体分散到含有单体和交联剂的水溶液或非水溶液中，注模前对料浆真空除气，添加催化剂及引发剂后将料浆注入模具中。然后在一定条件下固化，脱模后得到素坯。素坯在一定条件下干燥后经排胶、烧结得到致密陶瓷体。该工艺所得坯体具有强度高、密度好、工艺设备简单、效率高等优点而广泛应用于柱状陶瓷的生产。

虽然凝胶注模成型工艺已成功应用于陶瓷体系中，但是在制备过程中仍存在一系列的问题。凝胶注模成型的陶瓷素坯在后续的干燥过程中，容易因为素坯内外水分蒸发速率的差异，导致素坯内外收缩速率不一致，进而导致素坯干燥后出现翘曲变形等问题，严重时素坯干燥后会发生开裂。目前陶瓷素坯干燥方法有很多，也有相关专利和文献报道。针对柱状陶瓷素坯的干燥方法主要有捆扎干燥法，凝胶注模成型陶瓷素坯经过：预干燥、校直、捆扎定型和控湿干燥工艺最终获得干燥素坯。具体工艺过程为：首先预干燥，将湿的陶瓷坯体单层平铺自然干燥，至陶瓷素坯的表面不粘连；然后将数根半湿的陶瓷素坯校直；再将其并排成长径比不大于1.5的圆柱状陶瓷坯体组，外周用挠性薄板包覆并用弹性扎带捆扎；最后将陶瓷坯体组立放于透气性的平台上，陶瓷坯体组顶部覆盖多层透气性覆盖层，分期依次去除覆盖层至陶瓷坯体完全干燥。

对于上述的捆扎干燥法的干燥工艺需经预干燥、校直处理，再进行素坯捆扎定型和控湿干燥，该干燥工艺存在步骤多，操作繁琐、生产效率低等缺点；在实际生产过程中，当素坯数量较多时，繁琐的操作流程增加了操作人员的负担，不利于批量化生产。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种柱状陶瓷素坯干燥装置及干燥方法，所述干燥装置及干燥方法简化了柱状陶瓷素坯干燥过程的操作，采用多孔干燥板以及滤布的结构设计，且在干燥的全过程加压，既保证了干燥效率，又有效解决了柱状陶瓷素坯干燥后翘曲变形大的问题，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种柱状陶瓷素坯干燥装置，其包括：两块多孔干燥板，所述多孔干燥板的一端对接并连接在一起以形成凹槽；滤布，所述滤布平铺于所述多孔干燥板的内表面；压板，所述压板为矩形板；所述干燥装置用于干燥柱状陶瓷素坯时，将待干燥的柱状陶瓷素坯放入凹槽内，所述压板放入所述凹槽内并覆盖在所述柱状陶瓷素坯上；所述压板与所述柱状陶瓷素坯接触，且与多孔干燥板之间具有间隙。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其还包括：基座；位于所述基座上方且和该基座固定连接的转轴，所述转轴平行于所述基座；所述多孔干燥板位于所述基座上方且安装在所述转轴上可绕所述转轴转动；位于所述基座上方且位于多孔干燥板两侧的立柱，两块所述多孔干燥板分别抵靠于两侧的立柱形成凹槽；两块多孔干燥板的底端通过转轴连接在一起。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述立柱设置有高度调节装置；和/或，所述基座上设置导轨槽，所述立柱安装于所述导轨槽内并能沿着所述导轨槽运动。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述多孔干燥板为平板或者弯板。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述多孔干燥板上均匀分布多个贯穿内外表面的通孔；所述通孔的直径为3-10mm；所述通孔与所述多孔干燥板形成的角度为锐角，且所述通孔从所述多孔干燥板的内表面斜向上贯穿至外表面。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述滤布的材质采用涤纶滤布、丙纶滤布、锦纶滤布或合成纤维滤布；所述滤布的厚度为0.5mm-3mm；所述滤布的单位面积质量为100-800g/m²；所述多孔干燥板的内表面平铺滤布的层数为1-10层。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述压板的下表面为平面；所述下表面的表面粗糙度≤0.05μm。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种柱状陶瓷素坯干燥方法，应用前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其包括以下步骤：

1)干燥装置组装及待干燥的柱状陶瓷素坯码放：

a、根据待干燥的柱状陶瓷素坯的直径尺寸，调节多孔干燥板所形成的夹角的角度；

b、在多孔干燥板的内表面平铺若干张滤布；

c、将待干燥的柱状陶瓷素坯用柔性透水材料包裹，依次以轴向平行于转轴的方向放入凹槽内，在顶层的柱状陶瓷素坯的上表面铺设若干张滤布；

d、将压板平压在步骤c所述的滤布上；

e、在压板的箱体内放置配重块，使得待干燥的柱状陶瓷素坯的压强在0.1kpa-3kpa；

2)干燥：

f、将组装好的干燥装置放置于恒温恒湿箱中，温度设定为30-50℃，湿度设定为80％-90％，时长为12-24h；

g、然后，将干燥装置于室温、湿度50％-70％条件下放置10-16h；

h、最后，将干燥装置放置于烘箱中，温度设定为45-80℃，时长为6-16h，获得干燥的柱状陶瓷。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥方法，其中所述压板，其以待干燥的柱状陶瓷素坯长度的方向作为长度，以相邻的方向作为宽度；所述压板的长度大于等于待干燥的柱状陶瓷素坯的长度；所述压板的宽度为：d＝(n-1)·d，其中，d为压板的宽度；n为凹槽内铺满顶层可码放的柱状陶瓷素坯的数量；d为顶层码放的待干燥的柱状陶瓷素坯的直径。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥方法，其中被干燥的柱状陶瓷素坯在凹槽内的码放层数为2-10层；从下而上，每层码放柱状陶瓷素坯的数量以等差数列的方式递增。

借由上述技术方案，本发明提出的一种柱状陶瓷素坯干燥装置及干燥方法至少具有下列优点：

本发明解决了柱状陶瓷素坯干燥后翘曲变形大的问题，经过所述柱状陶瓷素坯干燥装置及干燥方法的干燥，获得的柱状陶瓷素坯的翘曲变形小、尺寸精度高。在未采用所述柱状陶瓷素坯干燥装置及干燥方法时，所述柱状陶瓷素坯干燥后翘曲度高达2mm/英寸，而采用本发明的柱状陶瓷素坯干燥装置及干燥方法后，柱状陶瓷素坯干燥后翘曲度可降至0.011—0.014mm/英寸。由此可见，所述柱状陶瓷素坯干燥装置及干燥方法极大地提高了柱状陶瓷素坯干燥后的尺寸精度。同时，本发明简化了柱状陶瓷素坯的干燥过程，通过将素坯码放至干燥装置上进行干燥，取代了现有技术“预干燥、校直、捆扎定型和控湿干燥”的繁琐过程，提高了干燥的效率，可批量化作业。

所述柱状陶瓷素坯干燥装置中采用多孔干燥板此种独特的孔结构设计，且所述干燥装置组装后，所述通孔从内表面斜向上贯穿至外表面，有利于干燥时水分的散逸，以及在干燥全过程加压，在保障干燥效率的同时，可有效解决柱状陶瓷干燥后翘曲变形大的问题，提高了柱状陶瓷干燥后的尺寸精度。

所述柱状陶瓷素坯干燥装置中的凹槽垂直于转轴的两端为敞口结构设计，确保了干燥过程中水分能够更好地扩散，为干燥效率提供了保障。

所述柱状陶瓷素坯干燥装置中的凹槽采用上部大底部小的设计，且素坯码放采用叠层摆放，彼此之间通过相互作用彼此受力，干燥过程中可彼此抑制变形，使得素坯的受力更均匀，可更有效地提高其尺寸精度，解决陶瓷素坯干燥后翘曲变形问题，还有助于提高生产效率。

所述柱状陶瓷素坯干燥装置包括高度或位置可调节的立柱，可以支撑多孔干燥板形成角度不同的凹槽以适应多种规格尺寸的柱状陶瓷素坯。

所述柱状陶瓷素坯干燥装置的压板上设置有称重单元和配重块码放箱体，可以根据所述陶瓷素坯的实际需要调节压板施加至所述素坯的压力，以获取最佳的尺寸精度。

所述柱状陶瓷素坯干燥方法将待干燥的柱状陶瓷素坯码放在干燥装置上进行干燥，干燥过程中不需要人工对陶瓷素坯频繁操作，而是对干燥装置及素坯整体进行三段干燥，既保证了干燥的效果，又降低了人工的操作。

所述柱状陶瓷素坯干燥方法在素坯码放时，根据待干燥的素坯规格和数量，素坯在凹槽内可以多层码放，进行批量干燥，提高了干燥的效率；同时，素坯码放时是从下而上每层的素坯数量等差递增，使得待干燥的素坯受力均匀，能够获得更好的尺寸精度。

所述柱状陶瓷素坯干燥时，所述的压板尺寸根据待干燥的素坯规格和数量进行更换或调整，使得所述干燥装置能够适用于更多规格的陶瓷素坯的干燥。

所述柱状陶瓷素坯干燥装置及干燥方法还具有操作简单，成本低廉的优点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明提出的柱状陶瓷素坯干燥装置(v形)的结构示意图；

图2是本发明提出的多孔干燥板的结构示意图；

图3是本发明提出的柱状陶瓷素坯干燥装置(梯形)的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种柱状陶瓷素坯干燥装置及干燥方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1-图3所示，本发明的一个实施例提出的一种柱状陶瓷素坯干燥装置，其包括：两块多孔干燥板4，所述多孔干燥板4的一端对接并连接在一起以形成凹槽；滤布5，所述滤布5平铺于所述多孔干燥板4的内表面；所述滤布5的尺寸与所述多孔干燥板4的尺寸一致；压板6，所述压板6为矩形板；所述干燥装置用于干燥柱状陶瓷素坯时，将待干燥的柱状陶瓷素坯放入凹槽内，所述压板6放入所述凹槽内并覆盖在所述柱状陶瓷素坯上；所述压板6与所述柱状陶瓷素坯接触，且与多孔干燥板4之间具有间隙。

待干燥的柱状陶瓷素坯干燥过程中，通过压板6给柱状陶瓷素坯施加一定的压力，可有效消除干燥后柱状陶瓷翘曲变形大的问题，进一步提高了柱状陶瓷的尺寸精度。

所述多孔干燥板4的尺寸依据被干燥的柱状陶瓷素坯调整；所述多孔干燥板4在水平面的投影长度大于等于所述柱状陶瓷素坯的长度，所述柱状陶瓷素坯完全放置于凹槽内。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述多孔干燥板4的材质选自聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、不锈钢、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷或其他陶瓷材料的一种。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其还包括：基座1；位于所述基座1上方且和该基座1固定连接的转轴2，所述转轴2平行于所述基座1；所述多孔干燥板4位于所述基座1上方且安装在所述转轴2上可绕所述转轴2转动；位于所述基座1上方且位于多孔干燥板4两侧的立柱3，两块所述多孔干燥板4分别抵靠于两侧的立柱3形成凹槽；两块多孔干燥板4的底端通过转轴2连接在一起，所述多孔干燥板4之间在水平方向距离从下而上逐渐增大。

所述基座1用于安装和连接各部件，且保证所述柱状陶瓷素坯干燥装置的稳定性。

当所述干燥装置用于干燥所述柱状陶瓷素坯时，所述柱状陶瓷素坯以轴向平行于所述转轴2的方向码放至所述凹槽内。

两块所述多孔干燥板4形成的凹槽尺寸可以调节，能够适用于尺寸不同的柱状陶瓷素坯的干燥使用。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述立柱3设置有高度调节装置。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述立柱3结构相同，数量相等且位置对称。

所述立柱3在所述多孔干燥板4的两侧对称设置，分别支撑两块多孔干燥板4形成对称的凹槽。

所述立柱3采用气压杆结构或者液压杆结构，其高度可自动调节；或者，所述立柱3采用销钉销孔结构，其高度可手动调节。

通过调整所述立柱3的高度，可以调节所述多孔干燥板4的方向以及两块多孔干燥板4的距离，从而调节其所形成的凹槽的尺寸。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述基座1上设置导轨槽，所述立柱3安装于所述导轨槽内并能沿着所述导轨槽运动。

所述立柱3沿着所述导轨槽运动，通过调整所述立柱3的位置，可以调节所述多孔干燥板4的方向以及两块多孔干燥板4的距离，从而调节其所形成的凹槽的尺寸。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述多孔干燥板4为平板或者弯板。

两块多孔干燥板4均为平板时，其形成的凹槽有v形槽；两块所述多孔干燥板4形成的夹角为10°-160°；所述多孔干燥板4与水平方向的夹角相等。

两块多孔干燥板4均为弯板时，其形成的凹槽为u形槽、梯形槽或者类圆形槽；两块多孔干燥板4的形状相同或不同，由其形成的凹槽为轴对称或非轴对称。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述多孔干燥板4上均匀分布多个贯穿内外表面的通孔41；所述通孔41的直径为3-10mm。

所述通孔41可用于排出被干燥的柱状陶瓷素坯内部的水分，为所述柱状陶瓷素坯的干燥速率提供保证。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述通孔41与所述多孔干燥板4形成的角度为锐角，且在干燥装置组装后所述通孔41从所述多孔干燥板4的内表面斜向上贯穿至外表面。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述滤布5的材质采用涤纶滤布、丙纶滤布、锦纶滤布或合成纤维滤布；所述滤布5的厚度为0.5mm-3mm；所述滤布5的单位面积质量为100-800g/m²。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述多孔干燥板4的内表面平铺滤布5的层数为1-10层。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述压板6的下表面为平面；所述下表面的表面粗糙度≤0.05μm。

所述压板6用于为待干燥的柱状陶瓷素坯施加压力；在使用所述干燥装置干燥柱状陶瓷素坯时，所述压板6的下表面与陶瓷素坯接触。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述压板6采用硬质材料制成。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述压板6的材质选自不锈钢、玻璃、陶瓷、石膏、钢化玻璃的一种。

所述压板6的下表面进行抛光处理，防止其划伤待干燥的柱状陶瓷素坯的表面，保证干燥后柱状陶瓷素坯的表面精度。

所述压板6的上下表面平行，其平行度≤0.01mm，此种设计旨在保证干燥过程中所述柱状陶瓷素坯的受力均匀。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其中所述压板6的上表面设置有称重单元8；所述称重单元8的上表面设置有用于码放配重块的箱体7。

所述压板6工作时，通过调整配重块的重量以调节所述压板6施加至柱状陶瓷素坯的压力；所述配重块可以是标定好重量的砝码，也可以是重量不固定的物品，所述配重块码放至所述箱体7内；所述称重单元8用于计量所述配重块的重量。

本发明还提出一种柱状陶瓷素坯干燥方法，应用前述的柱状陶瓷素坯干燥装置，其包括以下步骤：

1)干燥装置组装及待干燥的柱状陶瓷素坯码放：

a、根据待干燥的柱状陶瓷素坯的直径尺寸，调整立柱3的高度和/或位置以调节多孔干燥板4所形成的夹角的角度；

b、在多孔干燥板4的内表面平铺若干张滤布5；

c、将待干燥的柱状陶瓷素坯用柔性透水材料包裹，依次以轴向平行于转轴2的方向放入凹槽内，在顶层的柱状陶瓷素坯的上表面铺设若干张滤布；

d、将压板6平压在步骤c所述的滤布上；

e、在压板6的箱体7内放置配重块，使得待干燥的柱状陶瓷素坯的压强在0.1kpa-3kpa；

2)干燥：

f、将组装好的干燥装置放置于恒温恒湿箱中，温度设定为30-50℃，湿度设定为80％-90％，时长为12-24h；

g、然后，将干燥装置于室温、湿度50％-70％条件下放置10-16h；

h、最后，将干燥装置放置于烘箱中，温度设定为45-80℃，时长为6-16h，获得干燥的柱状陶瓷。

在干燥柱状陶瓷素坯时，要求同批次干燥的柱状陶瓷素坯规格型号一致。

被干燥的柱状陶瓷素坯的陶瓷组分为：氧化物陶瓷粉、氮化物陶瓷粉、碳化物陶瓷粉、硅化物陶瓷粉、多元电子陶瓷粉或它们的两种及以上的复合陶瓷粉。

所述的柱状陶瓷素坯干燥完毕后，依次取下配重块、压板6及柱状陶瓷素坯，清理所述干燥装置；将柱状陶瓷素坯入库备用。

所述柱状陶瓷素坯表面包裹上一层柔性透水材料，其目的在于降低柱状陶瓷素坯的失水速率，防止其因失水速率过大而导致开裂；而且，包裹柔性透水材料还可以有效避免所述柱状陶瓷素坯在干燥后表面相互粘连。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥方法，其中所述压板6，其以待干燥的柱状陶瓷素坯长度的方向作为长度，以相邻的方向作为宽度；所述压板6的长度大于等于待干燥的柱状陶瓷素坯的长度；所述压板6的宽度为：d＝(n-1)·d，其中，d为压板6的宽度；n为凹槽内铺满顶层可码放的柱状陶瓷素坯的数量；d为顶层码放的待干燥的柱状陶瓷素坯的直径。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥方法，其中被干燥的柱状陶瓷素坯在凹槽内的码放层数为2-10层；从下而上，每层码放柱状陶瓷素坯的数量以等差数列的方式递增。

优选的，前述的柱状陶瓷素坯干燥方法，其中所述多孔干燥板4的内表面平铺滤布5为1-10层。

实施例1：

取30g丙烯酰胺、5gnn-亚甲基双丙烯酰胺、200g去离子水、1000g氧化铝粉(95％)、分散剂(c-6)8g、消泡剂(c-20)1g加入2l尼龙球磨罐中，其m(球)：m(料)＝1:1，球磨20h后获得料浆，料浆经真空除气后添加引发剂(aps)和催化剂(temed)各0.1g，注模后放入烘箱60℃固化1h，脱模后得到尺寸为φ16*90mm的柱状陶瓷素坯备用；将上述柱状陶瓷素坯表面裹一层湿纸备用。

干燥装置的多孔干燥板采用平板，调节立柱高度和/或位置，使两块多孔干燥板之间的夹角呈90°，取2张恰当尺寸的纤维滤布平铺于多孔干燥板内表面，将裹有纸的柱状陶瓷素坯依次叠放入干燥装置内，顶层素坯上表面铺设滤布2张，将压板平压在柱状陶瓷素坯的上表面，压板上方放置配重块，使柱状陶瓷素坯上的压强为2kpa，第一阶段，将组装好的干燥装置放置于恒温恒湿箱中，温度设定在50℃，湿度设定为85％，干燥时长控制在12h，第二阶段，将干燥装置在室温、湿度60％的条件下继续干燥12h，第三阶段，将干燥装置放置于烘箱中，烘箱温度设定为60℃，继续干燥8h，获得柱状陶瓷素坯。

干燥后柱状陶瓷素坯的表面翘曲度为0.011mm/英寸。

实施例2：

同实施例1，多孔干燥板调整为折板；所述折板的弯曲角度为120度；调节立柱高度和/或位置，使两块多孔干燥板底端对接后呈180°，形成倒立的等腰梯形的凹槽。

干燥后柱状陶瓷素坯的表面翘曲度为0.014mm/英寸。

对比例：

采用相同工艺制备φ16*90mm柱状陶瓷素坯，未使用干燥装置，自然干燥。

干燥后柱状陶瓷素坯的表面翘曲度为2.02mm/英寸。

效果对比：

1、对比例中未使用干燥装置，采用自然干燥法，柱状陶瓷素坯干燥后表面翘曲度为2.02mm/英寸，而实施例1和实施例2中采用本发明提出的干燥装置和干燥方法进行干燥，柱状陶瓷素坯干燥后的表面翘曲度分别减小为0.011mm/英寸和0.014mm/英寸。由此可见，采用本发明提出的干燥装置和干燥方法的柱状陶瓷的尺寸精度得到了较大的提高。

2、实施例1和实施例2中采用本发明提出的干燥装置和干燥方法一次性可以干燥多根陶瓷素坯，且陶瓷素坯一次性码放，整体性干燥，简化了工艺流程，节约了成本。

本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。