用于燒結(jié)的墊板的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于燒結(jié)的墊板。本實用新型還涉及其制備方法。在窯中燒制制品時該墊板用于支撐制品。在本公開的一個方面中，制備了用于燒結(jié)生坯二氧化鈦形體例如通過多種成形方法制得的鋁熔煉陰極的墊板組件。該組件本身由經(jīng)燒結(jié)的二硼化鈦形成。該組件的開孔面積和排氣口允許在碼垛過程中排放廢氣，以制備具有減少的污染的燒結(jié)產(chǎn)品。墊板組件主要由二硼化鈦制得，其與生坯二氧化鈦形體是化學(xué)相容的。
【專利說明】用于燒結(jié)的墊板
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本專利申請是2013年6月19日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/836, 796的非臨 時專利申請并且要求其優(yōu)先權(quán)，通過引用以其全文并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本實用新型涉及用于在窯中燒制生坯部件的窯具和支撐體，更具體地涉及用于在 燒結(jié)過程中支撐生述物品的墊板（setter plate)。

【背景技術(shù)】
[0004] 已知各種類型的窯具和墊板，其具有各種組成，例如莫來石、堇青石和碳化硅。由 于墊板和在其上支撐的生坯物品在窯中經(jīng)受高溫，所以在生坯物品與由某些材料制得的墊 板之間可發(fā)生反應(yīng)。因此，減少墊板與生坯物品之間的反應(yīng)的替代性的墊板設(shè)計和組成是 需要的。 實用新型內(nèi)容
[0005] 所公開的主題涉及在窯中燒制制品時用于支撐制品的墊板。在一個實施方案中， 墊板是由經(jīng)燒結(jié)的二硼化鈦形成的多孔板，該經(jīng)燒結(jié)的二硼化鈦具有10-12微米的顆粒尺 寸并具有20% -50 %的開孔面積（open area)。
[0006] 在另一個實施方案中，在窯中加熱制品時墊板能夠允許由墊板上支撐的制品所排 放的化合物的滲入。
[0007] 在另一個實施方案中，該制品由二硼化鈦制得，并且在窯中加熱制品時墊板能夠 支撐窯中的制品而不與制品化學(xué)反應(yīng)。
[0008] 在另一個實施方案中，墊板具有多個子部件，包括底板、頂板和至少一個側(cè)板，側(cè) 板將頂板與底板隔開并且在其間限定了用于接收制品的空間。
[0009] 在另一個實施方案中，頂板和底板是有同等范圍（coextensive)的矩形板，并且 所述至少一個側(cè)板包括圍繞矩形頂板和底板外圍分布的四個側(cè)板。
[0010] 在另一個實施方案中，側(cè)板是齒形圖案（cut-out)，其具有至少一個隆突和至少一 個凹部，該凹部能夠使頂板與底板之間的空間排氣。
[0011] 在另一個實施方案中，形成二硼化鈦制品的方法包括：
[0012] (A)形成二硼化鈦粉末在液體粘合劑中的漿料；
[0013] (B)用漿料填充具有制品形狀的空腔的模具；
[0014] (C)使空腔中的漿料干燥成固體形體；
[0015] (D)將該固體形體置于窯中的二硼化鈦墊板上；
[0016] (E)加熱該固體形體以除去粘合劑；和
[0017] (F)燒結(jié)該固體形體以產(chǎn)生二硼化鈦制品。
[0018] 在另一個實施方案中，用于制備墊板的方法，包括：粉漿澆注、噴霧干燥并壓制、乳 輥壓實、以及制備糊料/澆注料混合料并將其送入模具中以產(chǎn)生固體形體中的至少一種。
[0019] 在另一個實施方案中，將該固體形體放置在窯內(nèi)的二硼化鈦表面上并加熱以產(chǎn)生 墊板材料。
[0020] 在另一個實施方案中，所述方法還包括將墊板材料切割成頂板、底板和側(cè)板并 且將頂板、底板和側(cè)板裝配成墊板組件，該墊板組件限定了在其中具有用于接收被碼垛 (setter)的制品的空間的包裹體（envelope)。
[0021] 在另一個實施方案中，所述方法還包括在模具中制備多個對應(yīng)于頂板、底板和側(cè) 板的空腔，填充所述多個空腔中的每個空腔，然后在窯中燒結(jié)該模具以產(chǎn)生頂板、底板和側(cè) 板；并且還包括將頂板、底板和側(cè)板裝配成墊板組件的步驟，該墊板組件具有在其中能夠接 收制品用于碼垛的內(nèi)部空間。
[0022] 在另一個實施方案中，所述制品為用于鋁熔煉爐的陰極。
[0023] 在另一個實施方案中，墊板與制品是化學(xué)相容的。
[0024] 在另一個實施方案中，墊板是多孔的并且還包括在進(jìn)行除去粘合劑的步驟時滲入 多孔墊板的步驟。
[0025] 在另一個實施方案中，所述方法包括使粘合劑化合物通過多孔墊板的步驟。
[0026] 在另一個實施方案中，墊板是具有圍繞內(nèi)部空心的多個板的墊板組件，在加熱步 驟之前在該內(nèi)部空心中接收制品。
[0027] 在另一個實施方案中，所述方法包括在窯中堆疊多個包含有制品的墊板組件的步 驟。
[0028] 在另一個實施方案中，所述方法包括：
[0029] (A)形成二硼化鈦粉末在液體粘合劑中的漿料；
[0030] (B)用漿料填充具有制品形狀的空腔的模具，可由其制得墊板；
[0031] (C)使空腔中的漿料干燥成固體形體；
[0032] (D)將該固體形體置于窯中；
[0033] (E)加熱該固體形體以除去粘合劑；
[0034] (F)燒結(jié)該固體形體以產(chǎn)生墊板材料；和
[0035] (G)使用墊板材料形成墊板。
[0036] 在另一個實施方案中，在加熱步驟之前將固體形體置于窯內(nèi)的二硼化鈦表面上。
[0037] 在另一個實施方案中，使用以下步驟,包括將墊板材料切割成頂板、底板和側(cè)板， 并且將頂板、底板和側(cè)板裝配成墊板組件，該墊板組件限定了在其中具有用于接收被碼垛 的制品的空間的包裹體。
[0038] 在另一個實施方案中，步驟（B)的模具具有多個對應(yīng)于頂板、底板和側(cè)板的空腔， 在填充步驟過程中填充每個空腔和并且在步驟（C)至（G)中進(jìn)行處理以產(chǎn)生頂板、底板和 側(cè)板；并且還包括將頂板、底板和側(cè)板組裝成墊板組件的步驟，該墊板組件具有在其中能夠 接收制品用于碼垛的內(nèi)部空間。
[0039] 在另一個實施方案中，組裝步驟包括驅(qū)動銷子穿過頂板、底板和側(cè)板以將墊板組 件固定在一起。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040] 為了更完整的理解本實用新型，參考與附圖結(jié)合考慮的示例性實施方案的以下詳 細(xì)描述。
[0041] 圖1是根據(jù)本公開的一個實施方案的墊板組件的立體圖。
[0042] 圖2是圖1的墊板組件去掉頂板并且在其中具有可包含的制品的立體圖。

【具體實施方式】
[0043] 圖1和2示出了墊板組件10,其具有由多對側(cè)板16和端板18分隔的頂板12和底 板14,限定了內(nèi)部空間S，所示的側(cè)板16和端板18在墊板組件10的各自的相對側(cè)上被復(fù) 制，這在圖1中是不可見的。在一個實施方案中，在完成組件10之前將墊板組件10描述為 包含空間S和/或在放置在空間S中的任何物體的包裹體10。更具體地，在該實施方案中， 在圖2中所示的結(jié)構(gòu)中，將制品C放置在底板14之上，然后在底板14的外圍上圍繞制品C 設(shè)置側(cè)板16和端板18。然后將頂板12放置在側(cè)板16和端板18上以覆蓋制品C。在一個 實施方案中，在底板14上設(shè)置側(cè)板16和端板18,然后將制品C放置在它們之間的底板上。 側(cè)板16和端板18是齒形的（例如具有切成一端的槽/缺口的結(jié)構(gòu)，例如帶齒結(jié)構(gòu)），分別 具有隆突16b和18b (例如材料的凸起部分或突出），和分別具有中間的凹部16c、18c。在 一些實施方案中，在將制品C置于空間S中之后，驅(qū)動銷子20進(jìn)入對齊的孔12a、14a、16a、 18a以將墊板組件10固定在一起。在一些實施方案中，銷子由耐熱材料例如鎢或鑰制得。 在一些實施方案中，銷子在一個或兩個端部上具有倒角（例如配置成能夠?qū)N子引入孔中 的切口（relief))，以便引入墊板組件10中。不受特定的機(jī)理或理論束縛，認(rèn)為這適合用于 具有高速度正排氣的窯。例如，將由凹部16c、18c相對于頂板12限定的空隙配置成充當(dāng)排 氣口 V，用于例如在將包含在墊板組件10內(nèi)的制品C放置在窯中并經(jīng)受熱時由制品C排放 的廢氣的通過。在一個實施方案中，側(cè)板16和端板18由較大的材料片材切割得來，該片材 的剩余部分用作頂板12和/或底板14。在一些實施方案中，如下面進(jìn)一步描述的，通過機(jī) 加工（即放電加工/線切割）或通過在模具中澆注來形成隆突和凹部16b、16c和18b、18c。
[0044] 根據(jù)本公開，將墊板組件10配置成具有足夠的強(qiáng)度以在窯中燒制之前、之中和之 后支撐生坯制品C，其使制品C在整個燒制過程中保持給定的形狀。另一個方面是，墊板組 件10,它與制品C為化學(xué)上非反應(yīng)性的，特別是在燒制過程中在窯的高熱環(huán)境中。
[0045] 在一些實施方案中，將墊板配置成由二硼化鈦（TiB2)做成某些制品例如在鋁熔煉 爐中使用的陰極的形狀。不受特定的機(jī)理或理論束縛，認(rèn)為在必要的燒制溫度下由石墨、氮 化硼、堇青石、莫來石、鋯石、氧化鋁和碳化硅制得的墊板是反應(yīng)性的和/或喪失足以支撐 生坯二硼化鈦制品C的強(qiáng)度。不受特定的機(jī)理或理論束縛，可利用二硼化鈦作為用于形成 墊板的材料，其中在窯中墊板與由其支撐的二硼化鈦制品是化學(xué)相容的，此外墊板組件10 可用于這一目的（例如在必要的燒制溫度下保持足夠的強(qiáng)度以支撐生坯二硼化鈦制品C)。
[0046] 形成二硼化鈦制品C例如陰極的一種非限制性方法是通過形成二硼化鈦顆粒在 液體粘合劑例如聚合物（例如丙烯酸）中的漿料。在一種方法中，漿料具有液體和在液體 中可溶或通過液體乳化的有機(jī)粘合劑以及TiB 2粉末。將漿料噴霧或閃蒸干燥并將干燥的材 料放置（通常處于結(jié)塊形式）到模具中并用機(jī)械壓力壓實。另一種方法是粉漿澆注。在耐 火材料的一些情況下，將濕糊料混合料或澆注料（類似于混凝土）壓實到模具中然后干燥。 軋輥壓實或流延成型是形成陶瓷的其它方法。隨后在窯中例如在溫度約1500°C -2200°C的 溫度下將生坯制品C燒制0-10小時。該燒制過程導(dǎo)致生坯二硼化鈦制品的燒結(jié)和致密化。 可使用相同的組成以類似的方式形成墊板組件10的部件12、14等。初始的二硼化鈦墊板 可通過已知的方法來形成，例如通過在石墨模型中例如在1800°C下熱壓制二硼化鈦粉末或 通過利用被碼垛在化學(xué)反應(yīng)性表面例如石墨上的墊板，并隨后將其機(jī)加工以移除受到化學(xué) 影響的表面，例如移除碳化硼表面層。一旦形成，就可利用墊板組件10來碼垛制品C，例如 生坯形式的以用于制備墊板組件10的部件12、14、16、18的類似方法由模具中的二硼化鈦 澆注件制得的陰極板，其可容納在由墊板組件10形成的包裹體所限定的空間S內(nèi)?？蓪⒑?有制品C的墊板組件10放置在窯中，并使其經(jīng)受燒制/燒結(jié)制品C所需的溫度。任選地， 例如通過直接將一個墊板組件10堆疊在另一個上，通過利用常規(guī)的窯具隔開它們，或以其 它方式在窯（例如石墨窯）內(nèi)以有效的方式設(shè)置墊板組件10,可將多于一個包含制品C的 墊板組件10加載到窯中。
[0047] 在一個實施方案中，在制品C的燒制/燒結(jié)過程中，所述制品排放廢氣。作為一個 非限制性實例，在澆注生坯二硼化鈦陰極的情況下，在燒制過程中當(dāng)粘合劑揮發(fā)和/或燃 燒時，生坯澆注將排放各種有機(jī)化合物。在一個實施方案中，設(shè)置在墊板組件10中的排氣 口 V可將一些氣體排氣進(jìn)入窯中。在一個實施方案中，通過將窯排氣來從爐中移除氣體。 在一些實施方案中，通過負(fù)壓或正壓排氣進(jìn)行排氣。在一些實施方案中，由于根據(jù)上述用于 制備部件12、14、16、18的方法形成的經(jīng)燒結(jié)的二硼化鈦具有約2. 7至3. Og/cm3的密度和 20% -50%的開孔面積。在這些實施方案中，廢氣通入并通過部件12、14、16、18進(jìn)入窯中 用于移除。作為一個非限制性實例，扁平制品C，如生坯狀態(tài)的二硼化鈦陰極具有其基本上 整個下表面上與墊板組件的底板14接觸，在碼垛/燒制過程中在該墊板組件中包含它。在 該實施方案中，不受任何機(jī)理或理論束縛，認(rèn)為：由于底板14的孔隙率，在緊密接觸的該區(qū) 域中由制品C排放的廢氣至少部分地滲入與制品C接觸的底板14的表面中，并通過墊板組 件10的底板14出來并進(jìn)入窯中用于移除/排氣。以這種方式，制備的所得二硼化鈦陰極 (制品C)具有減少的受到廢氣和來自生坯制品的相關(guān)固體的污染。
[0048] 本公開的一個方面是一種墊板組件，其具有碼垛二硼化鈦形體的能力，例如用作 通過二硼化鈦漿料的低壓澆注或上述的方法制得的陰極，并且制備具有減少的來自廢氣的 污染和由與墊板組件10接觸所致的燒結(jié)產(chǎn)品表面的減少的污染的燒結(jié)產(chǎn)品，該墊板組件 10主要由二硼化鈦制得，其與燒結(jié)產(chǎn)品是化學(xué)相容的。
[0049] 將理解的是，本文所描述的實施方案僅僅是示例性的，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以 做出許多變化和修改而不脫離本實用新型的精神和范圍。旨在將所有這些變化和修改包括 在本公開的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 在窯中燒制制品時用于支撐制品的墊板，其特征在于包含多孔板，該多孔板由具有 20% -50%開孔面積的經(jīng)燒結(jié)的二硼化鈦形成。
2. 權(quán)利要求1的墊板，其特征在于，在窯中加熱制品時墊板能夠允許化合物的滲入，該 化合物是由墊板上支撐的制品排放的。
3. 權(quán)利要求1的墊板，其特征在于，該制品由二硼化鈦制成，并且在窯中加熱制品時墊 板能夠支撐窯中的制品，而不與制品化學(xué)反應(yīng)。
4. 權(quán)利要求1的墊板，其特征在于，墊板具有多個子部件，包括底板、頂板和至少一個 側(cè)板，所述側(cè)板將頂板與底板隔開并且在其間限定了用于接收制品的空間。
5. 權(quán)利要求4的墊板，其特征在于，頂板和底板是有同等范圍的矩形板，并且所述至少 一個側(cè)板包括圍繞矩形頂板和底板外圍分布的四個側(cè)板。
6. 權(quán)利要求5的墊板，其特征在于，側(cè)板是齒形的，其具有至少一個隆突和至少一個凹 部，該凹部能夠?qū)㈨敯迮c底板之間的空間排氣。
7. 權(quán)利要求1的墊板，其特征在于，二硼化鈦的顆粒尺寸為10-12微米。
【文檔編號】C04B35/66GK203938608SQ201420326573
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月19日
【發(fā)明者】詹姆斯·C·小麥克米倫, 杰森·比克 申請人:美鋁公司