石英陶瓷坩埚工艺简述及干燥器升降门的特点

惠 涛 贾书雄 李 路 李 雯 陈 鹏 白培杰

(咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)

前言

石英陶瓷坩埚使用条件极其苛刻，对外观缺陷、内在质量、尺寸精度等都有严格的要求。其生产工艺及干燥过程直接影响着坩埚的外观缺陷与内在质量，因此干燥在生产中的作用不容忽视。我国现阶段陶瓷制品的干燥普遍采用室式干燥器，其门的打开方式与密封效果直接影响着干燥器的产品合格率和生产效率。

1 石英陶瓷坩埚的定义及其制备工艺

1.1 定义

石英陶瓷坩埚全称为高纯熔融石英陶瓷坩埚(二氧化硅含量≥99.9%)，是以高纯熔融石英为原料做成的陶瓷质坩埚。一般情况下，它的形状主要有方形和圆筒形。其中，方形的高纯石英坩埚用在多晶硅铸锭环节，充当多晶硅化料和长晶的容器；圆形的高纯石英坩埚则用在单晶硅中拉单晶的环节。

1.2 制备工艺

石英陶瓷坩埚有注浆成形法和注凝成形法2种成形方法。

注浆成形法是将已配制好的石英陶瓷浆料注入高性能的石膏模具中成形，依靠石膏模具的吸水性使浆料凝固，得到石英坩埚坯体，再经过干燥、烧成，最终得到石英陶瓷坩埚。此方法在陶瓷生产工艺中使用时间较长，易于掌握，是目前使用的较为普遍的成形方法。因其使用石膏模具固化浆料脱模时间较长，生产效率相对较低。制备的产品密度高，耐磨性好，显气孔率低。

注凝成形法是在初配的石英陶瓷浆料中加入一种有机添加剂，并注入特殊模具成形，浆料中的单体分子会发生聚合反应形成凝胶网络，从而使石英陶瓷浆料固化成为陶瓷坯体，经干燥、高温烧结得到石英陶瓷坩埚。使用此方法成形具有一定的技术难度，因而目前国内仅有少数厂家掌握。该成形方法成形的坯体能够快速成形，易于脱模，而且脱模后强度较高，适用于大规模快速化生产，是未来发展的方向。制备的坩埚具有很高的生坯强度，更适合制作超大尺寸产品。同时其结构均匀，具有优异的抗热震能力和耐高温能力。

干燥在两种石英陶瓷坩埚生产工艺过程中起着至关重要的作用，干燥器升降门对坯体的干燥质量不容忽视，下面就将我们开发设计的干燥器升降门机构做一详细介绍：

2 干燥器升降门机构介绍

2.1 干燥器升降门机构的结构

石英陶瓷坩埚干燥器设备升降门的结构示意图如图1所示。

1-启门电机支撑架 2-钢丝绳 3-密封门 4-滑道 5-限位滚轮 6-压板 7-加紧装置 8-启门电视 9-滚筒 10-密封条 11-滚筒支撑架 12-安全装置

干燥器升降门机构主要由升降门电机、支撑架、滚筒、钢丝绳、加紧装置、安全装置等部件组成。

2.2 升降门机构工作原理

最新的外置式卷门电机作为动力来源，用链条将动力转移到滚筒上，借助滚筒的旋转使门完成升降。放到产品前，点击升降门电机上升按钮，电机开始运转并且带动滚筒转动，钢丝绳随之被缠绕在转动的滚筒上与钢丝绳连接的门被提升起来，到达上限位后立即停止；放入产品，然后点击升降门电机下降按钮，电机开始运转并且带动滚筒转动，钢丝绳被转动的滚筒释放，与钢丝绳连接的门平稳下降，到达下限位后立即停止，并借助门的自重完成密封。

2.3 升降门机构主要参数

1) 提升重量：300 kg;

2) 滚筒规格：直径138 mm×2 924 mm；

3) 提升速度：1.8 m/min;

4) 配备功率：210 W;

5) 提升高度：1 800 mm。

2.4 升降门机构特点

1) 选用最新的外置式卷门电机，价格低廉，采购方便。配备专用遥控器，可远距离操控启动、停止；并配有手动装置，以备故障时应急操作。

2) 整个支撑架采用型材制作，不需要特殊加工，可靠耐用不易变形，制作安装简便。

3) 利用槽钢自身的特点，不需要深加工更不需要另外制作安装滑道，使门在其内壁空间内自由滑动，运行平稳可靠，而且置于其中的门能非常方便的拆卸。滑道与干燥室钢结构主体采用高强度螺栓连接，地面用膨胀螺栓固定，使整个结构稳定、耐用。

4) 滚筒预先焊接成可调节的，安装时一边与电机采用活动式扣接；另一边根据实际需要，调节滚筒长度，将其搭接在固定板上。

5) 特殊设计的密封体系，根据密封门高度、提升高度和门厚度设计加紧装置、安装位置及其方式。加紧装置设计为斜面带直段式，当门下降通过斜面时，利用门自身重量，使门同时受到向内与向下的力，迫使与门框紧密贴合。通过直段继续向下时，仅受到向下的重力，到达下限停止。贴合处采用耐高温、耐腐蚀、重复使用率高的特殊设计的空心橡胶材料作为密封原件，方便挤压变形，工作时受到向内与向下的作用力，使其彻底完成密封，效率可达到98%以上。此体系密封件设置在门框上，方便更换。

6) 特殊设计的安全装置，在完全不影响升降门提升的情况下，自动锁定，防止因门出现意外自由降落造成危险，当门需要下降时用手动解除锁定。

7) 此种机构几乎不占用多余空间。普通的对开式门需要大约为7 m2(门的操作空间)，要占用大量的门前空间。而此机构紧靠门框设置，可以说不需要操作空间，门前可以临时堆放空窑车，方便其它干燥室装窑，空间利用率较高。

2.5 开发的升降门机构与普通的对开式门的对比(见表1)

表1 升降门(已开发)与普通对开门的对比

3 结语

此机构的设计成功将有效地减少了陶瓷干燥器门缝热气体的溢出，从而使门内附近的热气体能够更加均匀的循环流动，保证了干燥器内部热气均匀性，大大提升了整个设备的产品合格率。这种机构已在多个石英陶瓷坩埚厂家得到应用，效果显著，受到了用户以及业内人士的一致好评。