I. Introduction: révolution de l'équipement de base dans l'industrie de la céramique

Les matériaux en céramique occupent une position irremplaçable en raison de leurs excellentes caractéristiques de résistance à haute température, de résistance à la corrosion et de haute résistance, de la vaisselle quotidienne traditionnelle à l'aérospatiale moderne, à l'information électronique et à d'autres domaines. Et les performances des produits en céramique sont supérieures ou inférieures, le noyau dépend du processus clé de « frittage» - par l'action de la température élevée, les particules de poudre de céramique se densifient, cristallisent et croissent les grains, pour finalement former une structure stable et des performances conformes au processus du produit fini. Four de frittage en céramique comme l'équipement de base pour la réalisation de ce processus, après l'itération de la technologie du four à terre traditionnel, four à charbon au four de contrôle de température intelligent moderne, aujourd'hui développé dans un équipement de précision qui intègre le contrôle à haute température, la régulation de l'atmosphère, la vitesse de contrôle de précision, détermine directement la densité, la force, la résistance à l'usure et d'autres indicateurs de base des produits en céramique, est devenu un soutien clé pour promouvoir l'industrie de la céramique à haute performance, multifonctionnel, développement chimique. De la production en série de céramiques domestiques au traitement sur mesure de céramiques spéciales pour l'aérospatiale, les fours de frittage de céramiques sont toujours des « forgerons à haute température» dans la chaîne de l'industrie céramique.

II. Principe de base: mystère de densification en céramique à haute température

L'essence du frittage de la céramique est d'utiliser la capacité de diffusion atomique des particules de poudre de céramique activée à haute température, par la migration de matière entre les particules, la fusion de contact et l'élimination des pores, pour réaliser la transition de l'ébauche de poudre lâche au corps céramique dense, son processus de base implique trois grands mécanismes physico - chimiques, et la conception du four de frittage est précisément autour de ces mécanismes pour réguler avec précision les conditions environnementales:

Contact et liaison de particules: après l'entrée dans le four de frittage de l'ébauche en céramique (formée par le mélange de poudre de céramique avec un liant, un Dispersant, etc.), avec l'augmentation de la température, l'énergie cinétique atomique de la surface des particules de poudre augmente, la liaison se produit au point de contact entre les particules, formant une structure de liaison de col initiale, de sorte que l'ébauche est solidifiée au préalable. Cette phase repose principalement sur l'action de diffusion de surface, le four de frittage doit fournir une vitesse de montée en température stable (généralement de 5 à 50 ° C / min) pour éviter une montée en température trop rapide conduisant à la fissuration de l'ébauche.

Densification et élimination des pores: lorsque la température augmente jusqu'à la température de frittage du matériau céramique (généralement de 0,5 à 0,8 fois le point de fusion du matériau), la vitesse de diffusion atomique augmente considérablement, le col intergranulaire continue de croître, les pores à l'intérieur de l'ébauche sont progressivement remplis, exclus, la contraction du volume entraîne une augmentation substantielle de la densité (augmentation de la densité de 50 à 60% à plus de 95%). Cette étape est essentielle pour déterminer les propriétés de la céramique, le four de frittage nécessite un contrôle précis de l'homogénéité de la température (différence de température ≤ ± 5 ℃) afin d'éviter les performances inégales causées par une surchauffe locale ou une température insuffisante.

Croissance des grains et stabilité structurelle: dans la phase d'isolation thermique à haute température, les grains de céramique réalisent la croissance et l'optimisation par migration des joints de grains, formant une structure cristalline stable (par exemple, structure de corindon, structure de spinelle, etc.), permettant à la céramique d'avoir des propriétés mécaniques, électriques ou thermiques spécifiques. Le contrôle de l'atmosphère dans le four de frittage est crucial à ce stade - par exemple, l'atmosphère oxydante élimine les liants organiques dans les ébauches, l'atmosphère réductrice empêche l'oxydation de la céramique d'oxyde métallique, et l'environnement sous vide réduit les interférences de gaz dans la croissance des grains.

En bref, la mission principale du four de frittage de la céramique est de fournir un environnement densifié pour les ébauches de céramique par le contrôle précis de la « courbe de température» (taux de réchauffement - isolation - refroidissement), de l '« environnement atmosphérique» (air, gaz inerte, gaz réducteur, vide) et des « conditions de pression» (pression normale, haute pression) pour aboutir à un produit fini en céramique aux performances contrôlées.

Iii. Structure de base et classification:

Système de chauffage: le « noyau de source de chaleur» du corps du four, responsable de fournir un environnement stable et uniforme à haute température. Selon l'élément chauffant différent peut être divisé en: ① chauffage par résistance (les éléments communs sont des tiges de silicium - molybdène, des tiges de silicium - carbone, des fils d'alliage de chrome - nickel, plage de température applicable 800 - 1800 ℃, largement utilisé dans le frittage de céramique à moyenne et haute température); ② chauffage par induction (utilisation de l'induction électromagnétique pour générer un chauffage par courants de Foucault, vitesse de réchauffement rapide, bonne uniformité de la température, applicable au frittage à haute température de 1200 à 2200 ℃, tel que le traitement spécial de la céramique); ③ chauffage par micro - ondes (génération de chaleur par Vibration atomique interne de l'ébauche excitée par micro - ondes, efficacité de chauffage élevée, économie d'énergie et protection de l'environnement, applicable à 600 - 1600 ℃, particulièrement adapté au frittage de la céramique fine); ④ chauffage au gaz (gaz naturel, gaz liquéfié comme carburant, faible coût, réchauffement rapide, adapté à la production quotidienne de céramique à grande échelle, plage de température 800 - 1300 ℃).

Isolation et structure du four: la clé pour garantir la stabilité de la température dans le four et réduire les pertes de chaleur. Le matériau du four doit avoir des caractéristiques de résistance à haute température et de faible conductivité thermique, couramment utilisées fibres d'alumine, fibres de mullite, feutre de graphite, etc. (le feutre de graphite convient aux fours à haute température sous vide ou atmosphère inerte); L'enveloppe du corps du four utilise une tôle d'acier laminée à froid, remplie de matériau isolant au milieu, une partie du corps du four est également équipée d'un circuit d'eau de refroidissement pour un refroidissement rapide et une protection du corps du four.

Système de contrôle de l'atmosphère: l'environnement gazeux à l'intérieur du four est régulé pour les besoins de frittage de différents matériaux céramiques, les composants de base comprennent des réservoirs de stockage de gaz, des débitmètres, des vannes, des dispositifs d'étanchéité, etc. Les types d'atmosphère disponibles sont: ① atmosphère d'air (sans contrôle supplémentaire, applicable aux céramiques de type oxydant telles que les céramiques d'alumine); ② atmosphère inerte (argon, azote, empêchant l'oxydation des céramiques métalliques ou non oxydées, telles que les céramiques de nitrure de silicium); ③ atmosphère réductrice (hydrogène, monoxyde de carbone, adapté au frittage réducteur de céramiques contenant des oxydes métalliques, tels que les céramiques au carbure de tungstène); ④ environnement sous vide (pression ≤ 10⁻³pa, réduit l'impact des impuretés gazeuses sur le frittage, améliore la pureté de la céramique, convient aux céramiques électroniques).

Système de contrôle et de détection de la température: permet un contrôle précis de la température et une surveillance en temps réel, composé de capteurs de température (thermocouples, thermomètres infrarouges), d'instruments de contrôle de la température (Contrôleur PID, système PLC), d'enregistreurs. La précision de contrôle de la température des fours de frittage modernes peut atteindre ± 1 ℃, soutenir le réchauffement du programme (préréglage de la courbe Multi - segments de réchauffement - isolation - refroidissement), certains modèles ont également une fonction d'étalonnage automatique de l'uniformité de la température.

Système de transmission et de chargement: facilite l'entrée et la sortie des ébauches dans et hors du four, y compris la plaque de poussée, la palette, la bande transporteuse (Four de frittage continu) ou le mécanisme de levage (Four de frittage intermittent), le matériau doit être résistant à haute température et non déformé, Le corindon, le carbure de silicium ou le graphite sont couramment utilisés.

Iv. Avantage technique: la compétitivité de base des fours de frittage modernes

Précision du contrôle de la température: grâce à un système de contrôle de la température avancé et à une conception uniforme du four, l'uniformité de la température est augmentée de ± 50 ℃ à ± 5 ℃ du four traditionnel, évitant la déformation, la fissuration ou les performances inégales de la céramique en raison des fluctuations de température, En particulier pour répondre aux exigences strictes de la céramique en matière de cohérence.

Contrôle de l'environnement atmosphérique: la capacité de régulation de l'atmosphère diversifiée pour répondre aux besoins de frittage de différents matériaux en céramique, par exemple, la protection de l'azote peut empêcher l'oxydation de la céramique de nitrure de silicium, l'environnement sous vide peut améliorer les propriétés isolantes de la céramique d'alumine, élargissant les limites d'application des matériaux céramiques.

Mise à niveau de l'automatisation des processus: système de contrôle PLC intégré avec fonctionnement à écran tactile, pour soutenir le réchauffement du programme, l'isolation automatique et le refroidissement automatique, une partie du four continu peut également être couplée avec le robot de chargement et de déchargement pour réaliser une production sans pilote, à la fois pour améliorer L'efficacité de la production (la production quotidienne du four continu peut atteindre plus de 10 000 pièces) et réduire l'erreur d'exploitation humaine.

Économie d'énergie, protection de l'environnement et sécurité: l'utilisation de nouveaux matériaux d'isolation thermique (tels que la fibre de céramique) avec des éléments chauffants à haut rendement, l'efficacité thermique est améliorée de moins de 30% à plus de 60% du four traditionnel, la consommation d'énergie est considérablement réduite; En même temps équipé d'alarme de surchauffe, protection contre les fuites d'électricité, dispositif antidéflagrant (four à atmosphère réductrice) et d'autres mesures de sécurité pour assurer la sécurité de la production.

Large gamme d'adaptation: de la céramique à basse température (par exemple, la céramique de couleur, 800 ℃) à la céramique à très haute température (par exemple, la céramique au carbure de zirconium, 2200 ℃), de la céramique quotidienne en vrac à la céramique spéciale personnalisée, les fours de frittage modernes peuvent répondre aux besoins de production de différents scénarios en ajustant le mode de chauffage, le type d'atmosphère et les paramètres de processus.

V. applications multi - domaines:

Le scénario d'application du four de frittage en céramique couvre toute la chaîne de l'industrie de la céramique, de la céramique traditionnelle à la céramique avancée, avec sa capacité de « forgeage à haute température» tout au long:

Domaine de la céramique traditionnelle: ① céramique à usage quotidien (bols, disques, vases, etc.), en utilisant un four à tunnel à gaz ou un four à plaque de poussée résistive, fritté sous atmosphère d'air à 1100 - 1300 ℃, pour réaliser la densification de l'ébauche et la fusion de la glaçure; ② céramique de construction (tuiles, appareils de toilette), par la production en série de four à gaz continu, la température de frittage 1000 - 1200 ℃, pour garantir la résistance à l'usure et l'imperméabilité des tuiles; ③ Art céramique (sable pourpre, céramique), en utilisant le four à boîte intermittente, contrôle précis du taux de réchauffement et du temps d'isolation, réduit le processus de cuisson traditionnel, présente une couleur et une texture uniques.

Domaine de la céramique électronique: ① substrat de composants électroniques (alumine, substrat de nitrure d'aluminium), en utilisant un four à résistance de protection sous vide ou à l'azote, fritté à 1500 - 1800 ℃, exigeant une densité élevée et des propriétés isolantes, pour l'emballage de puce, carte de circuit imprimé; ② céramique piézoélectrique (Titanate de baryum, céramique Titanate de zirconium et de plomb), contrôle de l'environnement de frittage par le four à atmosphère, garantit son effet piézoélectrique, utilisé dans les capteurs, les transducteurs ultrasonores; ③ céramique magnétique (Ferrite), frittée sous atmosphère oxydante à 1200 - 1400 ℃, utilisée dans les transformateurs, les inductances et autres composants électroniques.

Domaine de la céramique spéciale: ① céramique structurelle (Nitrure de silicium, céramique de carbure de silicium), en utilisant un four à induction ou un four à vide, fritté sous atmosphère inerte à 1600 - 2000 ℃, avec des caractéristiques de haute résistance et de résistance à haute température, pour les aubes de moteur, les outils de coupe; ② biocéramique (Hydroxyapatite, céramique d'alumine), frittage à basse température (800 - 1200 ℃) par micro - ondes ou four à vide, maintenir la biocompatibilité, pour les articulations artificielles, implants dentaires; ③ céramique pour l'aérospatiale (céramique d'alumine trempée à l'oxyde de zirconium, céramique de carbure de bore), frittée à l'aide d'un four à vide à très haute température (2000 - 2200 ℃), résistant à la température et à la corrosion, utilisée dans le bouclier thermique de l'engin spatial, le tube de pulvérisation de fusée.

Autres domaines spéciaux: ① Pigments céramiques et glaçures, en utilisant un four à résistance de type boîte, fritté à 800 - 1100 ℃, pour obtenir la couleur des cheveux et la stabilité des pigments; ② matériau de film céramique, en contrôlant la température de frittage avec l'atmosphère, formant une structure poreuse pour le traitement de l'eau, la séparation des gaz; ③ la céramique pour l'industrie nucléaire (céramique d'oxyde d'uranium), frittée dans un four à haute température sous vide, garantit la stabilité et la sécurité du combustible nucléaire.