[发明专利]一种制备陶瓷管壳的模具及利用该模具制备陶瓷管壳的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属材料制备方法及其专用模具领域，具体涉及一种制备陶瓷管壳的模具及其使用方法。

背景技术

真空开关管主要应有于电网和电气设备上，属高安全性产品，一旦失效，将给人身、设备、电网带来严重后果。陶瓷管壳是真空开关管的包封部件，对其外形和内在质量要求十分严格。常用陶瓷管壳外表面有波纹形状和光滑形状两种，前者称为波纹陶瓷管壳，后者称为直筒陶瓷管壳。目前，国内多采用热压铸法和等静压法两种工艺工业化生产真空开关管用陶瓷管壳，技术已比较成熟。相比而言，热压铸法设备投资较少，成型工艺相对简单，也比较成熟，国内许多单位都采用此工艺生产95％Al₂O₃陶瓷管壳。但该工艺在原料处理、蜡料浆制备、热压铸成型和排蜡素烧过程中耗能较高，且排蜡过程易造成管壳圆度变形，并产生大量废气污染。同时，由于高固相含量蜡料浆配制困难，通常使用氧化铝粉原料粒度较粗(约5μm)，在同样烧结温度下体积密度较低，一般为3.6g/cm³。近年来，为提高陶瓷管壳质量，国内也开始大量采用等静压法制造耐高压陶瓷管壳，该工艺可使用超细氧化铝粉(约2μm)，通过喷雾造粒后进行冷等静压成型空心圆筒粗坯，再对粗坯或素烧过的素坯机械加工出精密尺寸的坯体。等静压法生产的瓷体质量好，密度可达到3.7g/cm³以上。但该法设备投资费用高，工艺过程相对复杂，生产效率低，成本高，特别是坯体在机械加工中会产生大量的粉尘污染和原料浪费。

二十世纪九十年代初，美国橡树岭国家重点实验室先后发明了陶瓷坯体的有机料浆注模凝胶成型技术(U.S Patent 4894194，1990)和水基料浆注模凝胶成型技术(U.S Patent5028362，1991)。比较而言，水基料浆以水为溶剂，不仅成本低，环境污染少，而且由于近年来多种高效水溶性分散剂的发明应用，易于配制出高陶瓷粉体体积分量的料浆，因此受到人们的广泛关注，并在某些领域获得了成功应用。该技术将可形成凝胶体的有机单体和交联剂与水配制成预混液，与陶瓷粉体混合后配制成陶瓷料浆，浇注入无渗漏的模具中并在一定条件下使之原位聚合，形成交叉键结构的凝胶体而使陶瓷坯体定型，因此可适用于各种复杂和简单形状的陶瓷坯体的精密成型。但用该工艺制备陶瓷管壳时，凝胶坯体在脱水干燥和烧结致密化过程中容易发生圆度变形，出现废品。事实上，热压铸法和冷等静压法制备陶瓷管壳时，由于圆度变形也是造成废品损失的主要缺陷之一。

发明内容

本发明的目的是提出一种控制陶瓷管壳凝胶坯体脱水干燥和烧结过程中圆度变形的制备陶瓷管壳的模具及利用该模具制备陶瓷管壳的方法，用水基料浆注凝法可一次成型出陶瓷管壳坯体和相应的控形支撑坯体，用该法制备的陶瓷管壳外形和内在质量好，并能降低生产成本、减少废气和粉尘污染、提高产品合格率。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

即一种制备陶瓷管壳的模具，其特征在于由设有外模定位固定槽、内模定位固定槽的圆形的底盘，内壁为波纹状、外壁上部带有锥度的两半圆组成的外模，上部有一圆形定位孔的圆柱状内模，内圆锥度与外模上部外圆锥度相同的紧固环，外圆直径与外模顶部外直径相同、中心为台阶状内孔的两片圆盘，直径与内模上部定位孔动配合的圆轴组成，所述两片圆盘包括上层圆盘和下层圆盘。

模具各部件选用金属材料如钢、铝合金、铜合金等刚性不透气耐用材料制成。

外模的内壁和内模的表面需抛光处理，抛光后粗糙度不低于Ra0.5μm，以便可以得到表面光洁的凝胶坯体。

外模的内壁为光滑直筒状或波纹状。

本发明所述模具的各部分配合面光滑平整，保证料浆不致从配合面漏出。

一种利用权利要求1所述的模具制备陶瓷管壳的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)料浆准备

根据工艺要求配制可凝胶化的水基陶瓷料浆；

2)合模

先将外模和内模分别嵌入底座，并用紧固环将外模箍紧，然后将两片圆盘叠层安放在外模的上端面，保持其外径无错位，然后将圆轴插入内模的定位孔；

3)浇注

将称量好的陶瓷料浆沿圆轴缓慢浇注入模具，通过内模上端面和侧面流入模腔底部，并缓慢上升充满模腔；

4)脱模和切割凝胶坯体

陶瓷料浆凝固后，先拔出圆轴，打开上层圆盘，用刀片切割出一个支撑控形凝胶坯体，再打开下层圆盘，用刀片切割出第二个支撑控形凝胶坯体，两个控形支撑凝胶坯体的中部设有凸出圆台，然后退出底座，顶出内模，退出紧固环，打开外模，得在管壳凝胶坯体，管壳凝胶胚体的上下端设有内孔；

5)控形干燥