[发明专利]一种金属氧化物陶瓷材料快速烧结炉及其烧结工艺

说明书

本发明涉及一种金属氧化物陶瓷材料快速烧结炉及其烧结工艺，解决了目前的工业化生产中快速烧结设备的寿命短、产能低以及工艺不稳定的问题。本装置包括机架，机架上设有向下开口的炉膛，其特征在于：所述炉膛从上到下依次设置有相互连通的高温腔室、中温腔室、低温腔室，低温腔室下端开口，机架上还设有可从低温腔室下端伸入的可升降的耐火保温台柱，耐火保温台柱的上端为放置待烧结材料的载物平台。本发明实现对金属氧化物陶瓷材料快速烧失有机物、烧结温度梯度控制、对结晶速率梯度控制、对烧结高温区稳定控制的使用目标，保证金属氧化物烧结后的强度、透度、晶化率以及结晶的均匀性。

技术领域

本发明属于医用材料领域，涉及一种功能陶瓷材料的烧结技术，尤其是一种金属氧化物陶瓷材料快速烧结炉及其烧结工艺。

背景技术

金属氧化物陶瓷材料，如氧化铝、氧化锆，因具有良好的硬度、耐腐蚀及耐磨等物理特性，常广泛地被用于各个领域。近年来，随着我国医疗器械水平的发展，氧化铝、氧化锆等金属氧化物陶瓷材料越来越多地作为一种仿生材料应用在人体硬组织替代体方面，如人工牙齿、人工骨头。鉴于人体硬组织替代体对材料本身的硬度、韧性、耐磨性、生物相容性等物理、生物特性有着极高的要求，甚至在材料的透明度、光学质感等美学领域，也提出了较高的要求，这促使制作此类材料的陶瓷烧结设备需要进一步提升，以适应相应的制作工艺要求；同时，随着市场需求增速，对制作此类材料的生产速度也提出更快的要求；因此，新的制作金属氧化物陶瓷材料的烧结设备需要具备更高的生产速度。

目前，用于氧化铝、氧化锆一类的金属氧化物陶瓷材料的高温烧结炉一般为一体式炉膛设计，采用单一加热体加热，即加热体为硅钼棒或者硅碳棒其中的一种；生产时将待烧结的氧化铝、氧化锆材料由常温状态放置在载物台上，推入炉膛后，关上炉门，加热体工作将炉膛加温至1450℃~1550℃后持续一段时间直至烧结工艺完成，然后加热棒停止加热，打开炉膛将产品退出炉膛取出，通常一个工艺周期做完需要6~8小时，即使连续作业也需要大约4个小时。

这种设计方案存在以下问题：一方面，在实际生产中，产品进出炉膛时会给炉膛内的温度场带来较大冲击，单一的加热体及其保温设计无法有效保障温度场的稳定性，同时导致炉腔保温材料以及进出口保温材料极易龟裂，炉体各部分的保温材料每1~2年就需要部分更换或者全部更换；新一轮的烧结需要更多的升温时间，设备单位时间产出效率受限。另一方面，由于硅钼棒加热体不宜在400℃~700℃区运行，否则容易低温氧化，产品高频率的进出炉膛时，使得硅钼棒加热体寿命及功能表现大打折扣；而硅碳棒在高温下长时间运行时又容易出现内阻增大发生老化、导致烧结温度达不到要求，一般0.8~1年发热体就要更换。因此，采用单一加热体设计的烧结炉很容易出现工艺温度不稳定、易老化、维修频率高的问题，快速烧结的能力有限。再次，单一加热体设计难以精细地控制升温速度、高温区温度稳定性差，导致烧结成品容易出现崩裂、隐裂、晶化率不足及晶化不均匀等现象。

目前产业界或行业内所使用的高温烧结炉均存在着烧结时间过长、烧结品质不佳、能耗高、制造和维护成本高等不足。导致快速烧结设备的寿命短、产能低以及工艺不稳定。

发明内容

本发明的目的在于解决目前的工业化生产中快速烧结设备的寿命短、产能低以及工艺不稳定的问题，提供一种金属氧化物陶瓷材料快速烧结炉及其烧结工艺。