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电子工业窑炉用耐火材料的发展与应用方式

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电子工业窑炉用耐火材料的发展与应用方式

发布日期:2017-10-31 00:00 来源:http://www.zzkrnc.com 点击:

随着我国电子工业的快速发展,对电子元件的烧结窑炉在工艺、材料、节能等方面的要求也越来越高。研究耐火材料在电子工业窑炉中的设计与应用方面的课题,对工业窑炉的节能、降低成本、延长使用寿命均有较大的现实意义,本文拟就电子工业窑炉中相关耐火材料应用中遇到的问题,同时对耐火材料生产实践和认识,对其产生的原因进行剖析,来共同探讨解决提高。

电子工业窑炉用耐火材料的发展与应用方式

一、电子工业窑炉设计与耐火材料的选材问题

窑炉的质量与耐火材料的性能和合理使用关系密不可分。纵观多年来电子材料行业使用耐火材料的情况分析,电子工业窑炉与耐火材料的质量相互依存、相互影响。

窑体耐火材料特别是内衬材料不仅要长期承受高温、荷重、温度变化外,电子元件在烧成过程中,它的化合物、有机结合剂、无机改性剂等产生的挥发对内衬材料产生侵蚀;因此,电子元件烧成窑炉的内衬材料必须具有良好的耐气体侵蚀能力。特别是气氛炉,由于烧成过程中是在无氧条件下,对内衬耐火材料中的Fe2O3杂质被还原成FeO,并伴有一定的体积变化,引起内衬结构疏松;同时FeO与内衬材料中的SiO2等成分反应生成低熔物质,使衬体发生软化变形,并向窑内倾斜,严重时造成塌窑。

目前高温窑炉耐火材料主要材质有:高铝、刚玉、刚玉结合莫来石、碳化硅、硅线石等。窑炉的主体由低、中、高不同温区内衬材料和各类保温材料组合而成,尤其是高温区段为窑炉的主体核心部位。其设计的要求为耐火度高、致密性好、强度高等特点。目前一般均采用氧化铝含量高的刚玉结合莫来石材质(刚玉成份大于莫来石成份)。

但由于该材料自身比重高,带来膨胀系数大、热稳定性差等缺陷。近年来,随着国外先进窑炉技术的大量引进,显示高温窑炉主体材料,其材质以莫来石为主要原料,其特点是:组织结构致密,开口气孔小,比重较刚玉轻,热膨胀系数小,高温热稳定性好,抗腐蚀性强等优点。

根据实验显示,烧结合成莫来石制品在使用过程中的抗侵蚀能力,明显优于刚玉莫来石制品,由于烧结合成莫石制品的密度与刚玉结合莫来石制品相差近10%,因此,同等体积,价格不变的情况下,材料成本降低近10%;其次,烧结莫来石制品的导热性能低于刚玉结合莫来石制品,有明显的节能效果;第三,烧结莫来石制品的显气孔率明显低于刚玉结合莫来石制品,特别是应用于氮气气氛的窑中,明显降低了烧结物在高温下释放的有害物质对炉壁耐火材料的侵蚀作用,从而延长了窑炉的使用寿命,间接地降低了能耗。

目前我国的合成莫来石原料和加工工艺已达到一定水平,能够满足以上制品指标的需求。

二、耐火材料和窑具的开发与应用

耐火窑具多数为铝硅酸盐材料,也就是说它们主要由Al2O3、SiO2组成,在高温条件下SiO2与磁性材料中Fe2O3发生反应,在磁件表面形成了硅酸铁杂质“晕斑”,不仅降低了磁性材料的成品率,而且在窑具表面也会生成低熔物,使窑具的使用寿命大大降低。发达国家在电子工业窑炉设计与生产时,均花大量精力对耐火材料进行研究、开发与检测。德国FCT公司、日本大阪窑业(YOTAI)有限公司、韩国永进陶瓷制造股份公司等采用高纯原料、精细工艺装备生产,而且对不同行业窑炉的使用特点开发出相应的窑具产品,特别对在软磁材料工业窑炉使用的窑具进行相应开发,如:高档锰锌铁氧体采用的是钙稳定的氧化锆承烧板;中档镍锌铁氧体采用的是刚玉-莫来石或三明治承烧板。既考虑到承烧板使用过程中的高温强度、抗热冲击性及长期抗老化性,同时考虑到不污染磁性材料产品。

此外,对窑炉用耐火材料常常根据实际使用情况,研究出不同的检测手段,补充行业标准中检测标准的不足,如日本采用工业标准(JIS)制定的试验方法进行外,模拟实际使用条件对耐火材料质量进行检验。又如德国的热震测试是采用在200mmx200mmx2mm的样品的下面靠边用25个支柱支撑,上面在中心放上一定重量的物品,然后以循环五次不产生裂纹的最高温度作为衡量制品的抗热震性。该指标较为客观地反映了耐火材料在荷重情况下的实际热震情况。

从国外进口的耐火材料,各项性能比较优异,但是其价格往往是相当昂贵;因此,电子工业窑炉用耐火材料必须走国产化道路.自主创新,开发出适合国内电子工业窑炉用新型耐火材料,逐渐取代能耗高、寿命短、易老化的传统耐火材料,同时需要制订系列适合国内电子工业窑炉耐火材料行业标准,为电子工业窑炉的设计与应用提供相应的数据。

目前,我国电子工业窑炉用耐火材料需要解决的问题:

(1)主要原料的性能与加工手段

国内耐火原料的生产厂家大多规模小,设备简陋,缺乏全面质量控制手段,化学成分、物理性能、矿物组成、粒度分布、加工处理的杂质存在,尤其微量元素控制等,不能满足高质量窑具的生产要求。

(2)加快新产品研发,满足市场要求

国内大部分窑具生产厂家对新产品开发能力低,缺少专业技术人才,或没有开发手段,对窑具的生产使用过程、损坏情况缺乏系统的了解,窑炉内部热应力分布的相关理论数锯不足,多凭经验而定,因此无法尽快解决窑具生产与使用中出现的实际问题。在短时间内不能开发出窑炉适用的新材料。

(3)需要全面提高检测手段

目前国内一般采用常规检测,如体积密度、气孔率、膨胀系数、抗折强度、荷重软化点等性能,已无法反映出窑具的真正质量和使用效果。我们发现国产窑具的上述指标都很好,甚至超过同类进口产品,但使用效果却差别很大。对窑具使用寿命影响较大的微观结构性能(气孔结构、孔径分布、颗粒尺寸分布等)和力学性能(弹性模量、断裂能)等在国内却很少测试。

综上所述,对提高电子工业窑炉的耐火材料应设立相应的检测项目和内容,采用的标准必须根据实际使用情况加以更新。建立高档窑具、窑砖的系统性研发机构,试制、生产基地,为不断提高我国电子工业行业专用耐火材料、窑具质量创造必不可少的条件。


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