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耐火材料在電子工業(yè)窯爐的發(fā)展與重要應(yīng)用
作者：今日市場 發(fā)布時間：2016-07-15 瀏覽量：62
隨著我國電子工業(yè)的快速發(fā)展，對電子元件的燒結(jié)窯爐在工藝、材料、節(jié)能等方面的要求也越來越高。研究耐火材料在電子工業(yè)窯爐中的設(shè)計與應(yīng)用方面的課題，對工業(yè)窯爐的節(jié)能、降低成本、延長使用壽命均有較大的現(xiàn)實意義，本文擬就電子工業(yè)窯爐中相關(guān)耐火材料應(yīng)用中遇到的問題，同時對耐火材料生產(chǎn)實踐和認(rèn)識，對其產(chǎn)生的原因進(jìn)行剖析，來共同探討解決提高。
一、電子工業(yè)窯爐設(shè)計與耐火材料的選材問題
窯爐的質(zhì)量與耐火材料的性能和合理使用關(guān)系密不可分?？v觀多年來電子材料行業(yè)使用耐火材料的情況分析，電子工業(yè)窯爐與耐火材料的質(zhì)量相互依存、相互影響。
窯體耐火材料特別是內(nèi)襯材料不僅要長期承受高溫、荷重、溫度變化外，電子元件在燒成過程中，它的化合物、有機(jī)結(jié)合劑、無機(jī)改性劑等產(chǎn)生的揮發(fā)對內(nèi)襯材料產(chǎn)生侵蝕；因此，電子元件燒成窯爐的內(nèi)襯材料必須具有良好的耐氣體侵蝕能力。特別是氣氛爐，由于燒成過程中是在無氧條件下，對內(nèi)襯耐火材料中的Fe2O3雜質(zhì)被還原成FeO,并伴有一定的體積變化，引起內(nèi)襯結(jié)構(gòu)疏松；同時FeO與內(nèi)襯材料中的SiO2等成分反應(yīng)生成低熔物質(zhì)，使襯體發(fā)生軟化變形，并向窯內(nèi)傾斜，嚴(yán)重時造成塌窯。
目前高溫窯爐耐火材料主要材質(zhì)有：高鋁、剛玉、剛玉結(jié)合莫來石、碳化硅、硅線石等。窯爐的主體由低、中、高不同溫區(qū)內(nèi)襯材料和各類保溫材料組合而成，尤其是高溫區(qū)段為窯爐的主體核心部位。其設(shè)計的要求為耐火度高、致密性好、強(qiáng)度高等特點。目前一般均采用氧化鋁含量高的剛玉結(jié)合莫來石材質(zhì)(剛玉成份大于莫來石成份)。
但由于該材料自身比重高，帶來膨脹系數(shù)大、熱穩(wěn)定性差等缺陷。近年來，隨著國外先進(jìn)窯爐技術(shù)的大量引進(jìn)，顯示高溫窯爐主體材料，其材質(zhì)以莫來石為主要原料，其特點是：組織結(jié)構(gòu)致密，開口氣孔小，比重較剛玉輕，熱膨脹系數(shù)小，高溫?zé)岱€(wěn)定性好，抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點。
根據(jù)實驗顯示，燒結(jié)合成莫來石制品在使用過程中的抗侵蝕能力，明顯優(yōu)于剛玉莫來石制品，由于燒結(jié)合成莫石制品的密度與剛玉結(jié)合莫來石制品相差近10%，因此，同等體積，價格不變的情況下，材料成本降低近10%；其次，燒結(jié)莫來石制品的導(dǎo)熱性能低于剛玉結(jié)合莫來石制品，有明顯的節(jié)能效果；第三，燒結(jié)莫來石制品的顯氣孔率明顯低于剛玉結(jié)合莫來石制品，特別是應(yīng)用于氮氣氣氛的窯中，明顯降低了燒結(jié)物在高溫下釋放的有害物質(zhì)對爐壁耐火材料的侵蝕作用，從而延長了窯爐的使用壽命，間接地降低了能耗。
目前我國的合成莫來石原料和加工工藝已達(dá)到一定水平，能夠滿足以上制品指標(biāo)的需求。
二、耐火材料和窯具的開發(fā)與應(yīng)用
耐火窯具多數(shù)為鋁硅酸鹽材料，也就是說它們主要由Al2O3、SiO2組成，在高溫條件下SiO2與磁性材料中Fe2O3發(fā)生反應(yīng)，在磁件表面形成了硅酸鐵雜質(zhì)“暈斑”，不僅降低了磁性材料的成品率，而且在窯具表面也會生成低熔物，使窯具的使用壽命大大降低。發(fā)達(dá)國家在電子工業(yè)窯爐設(shè)計與生產(chǎn)時，均花大量精力對耐火材料進(jìn)行研究、開發(fā)與檢測。德國FCT公司、日本大阪窯業(yè)（YOTAI）有限公司、韓國永進(jìn)陶瓷制造股份公司等采用高純原料、精細(xì)工藝裝備生產(chǎn)，而且對不同行業(yè)窯爐的使用特點開發(fā)出相應(yīng)的窯具產(chǎn)品，特別對在軟磁材料工業(yè)窯爐使用的窯具進(jìn)行相應(yīng)開發(fā)，如：******錳鋅鐵氧體采用的是鈣穩(wěn)定的氧化鋯承燒板；中檔鎳鋅鐵氧體采用的是剛玉-莫來石或三明治承燒板。既考慮到承燒板使用過程中的高溫強(qiáng)度、抗熱沖擊性及長期抗老化性，同時考慮到不污染磁性材料產(chǎn)品。
此外，對窯爐用耐火材料常常根據(jù)實際使用情況，研究出不同的檢測手段，補充行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中檢測標(biāo)準(zhǔn)的不足，如日本采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）制定的試驗方法進(jìn)行外，模擬實際使用條件對耐火材料質(zhì)量進(jìn)行檢驗。又如德國的熱震測試是采用在200mmx200mmx2mm的樣品的下面靠邊用25個支柱支撐，上面在中心放上一定重量的物品，然后以循環(huán)五次不產(chǎn)生裂紋的******溫度作為衡量制品的抗熱震性。該指標(biāo)較為客觀地反映了耐火材料在荷重情況下的實際熱震情況。
從國外進(jìn)口的耐火材料，各項性能比較優(yōu)異，但是其價格往往是相當(dāng)昂貴；因此，電子工業(yè)窯爐用耐火材料必須走國產(chǎn)化道路．自主創(chuàng)新，開發(fā)出適合國內(nèi)電子工業(yè)窯爐用新型耐火材料，逐漸取代能耗高、壽命短、易老化的傳統(tǒng)耐火材料，同時需要制訂系列適合國內(nèi)電子工業(yè)窯爐耐火材料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為電子工業(yè)窯爐的設(shè)計與應(yīng)用提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
目前，我國電子工業(yè)窯爐用耐火材料需要解決的問題：
（1）主要原料的性能與加工手段
國內(nèi)耐火原料的生產(chǎn)廠家大多規(guī)模小，設(shè)備簡陋，缺乏******質(zhì)量控制手段，化學(xué)成分、物理性能、礦物組成、粒度分布、加工處理的雜質(zhì)存在，尤其微量元素控制等,不能滿足高質(zhì)量窯具的生產(chǎn)要求。
（2）加快新產(chǎn)品研發(fā),滿足市場要求
國內(nèi)大部分窯具生產(chǎn)廠家對新產(chǎn)品開發(fā)能力低，缺少專業(yè)技術(shù)人才，或沒有開發(fā)手段，對窯具的生產(chǎn)使用過程、損壞情況缺乏系統(tǒng)的了解，窯爐內(nèi)部熱應(yīng)力分布的相關(guān)理論數(shù)鋸不足,多憑經(jīng)驗而定,因此無法盡快解決窯具生產(chǎn)與使用中出現(xiàn)的實際問題。在短時間內(nèi)不能開發(fā)出窯爐適用的新材料。
（3）需要******提高檢測手段
目前國內(nèi)一般采用常規(guī)檢測，如體積密度、氣孔率、膨脹系數(shù)、抗折強(qiáng)度、荷重軟化點等性能，已無法反映出窯具的真正質(zhì)量和使用效果。我們發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)窯具的上述指標(biāo)都很好，甚至超過同類進(jìn)口產(chǎn)品，但使用效果卻差別很大。對窯具使用壽命影響較大的微觀結(jié)構(gòu)性能（氣孔結(jié)構(gòu)、孔徑分布、顆粒尺寸分布等）和力學(xué)性能（彈性模量、斷裂能）等在國內(nèi)卻很少測試。
綜上所述，對提高電子工業(yè)窯爐的耐火材料應(yīng)設(shè)立相應(yīng)的檢測項目和內(nèi)容，采用的標(biāo)準(zhǔn)必須根據(jù)實際使用情況加以更新。建立******窯具、窯磚的系統(tǒng)性研發(fā)機(jī)構(gòu)，試制、生產(chǎn)基地，為不斷提高我國電子工業(yè)行業(yè)專用耐火材料、窯具質(zhì)量創(chuàng)造必不可少的條件。
