专利名称：以陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法
技术领域：
本发明涉及建筑、园林、广场、绿地陶瓷装饰物的制造方法，具体地说是关于采用陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法。
建筑、园林、广场、绿地通常配置各种装饰物，球形是装饰物的基本形状之一，由于这些场所的性质，人们希望装饰物不仅具有良好的外观，也希望其具有好的耐候性和长的使用寿命。由于这些场所尺度较大，所以装饰物也应具有较大的尺寸。
建筑、园林、广场、绿地经常采用的球形装饰物是表面磨光的石质圆球和不锈钢圆球。石质圆球的制造方法一般是将大块花岗石或大理石经仔细雕凿成两侧有支撑轴的圆球后，夹持在专用的石材磨光机上进行磨削、抛光，然后切除支撑轴将原支撑轴部位用手工或机械的方法磨光。石质圆球一般是实心的，直径越大，重量越大，要求石材块度越大，加工越难，制造成本越高，大理石由碳酸钙组成，化学性能不稳定，表面容易风化，失去光泽，所以大理石球一般不宜作为露天装饰物。
不锈钢圆球一般用不锈钢平板经模压、滚压或锤碾成型为球面板，焊接成圆球后表面磨光。
陶瓷平板，一般是指建筑陶瓷板砖，多数尺寸是100×100mm至1000×1000mm，近年已出现1200×1200mm的陶瓷平板，并正在向更大尺寸发展，建筑陶瓷板尤其是建筑用瓷质板，理化性能十分优良，而价格低廉，瓷质板抗折强度是花岗石的2-4倍，大理石的5-10倍，硬度超过花岗石，化学性质十分稳定，以陶瓷材料制造的容器可以盛装强酸、强碱，瓷质板表面磨光后在自然环境中历经数十年、上百年其光泽度也不会发生可见的变化，耐候性、持久性都超过石材，更优于不锈钢，尺寸大于300×300mm的陶瓷平板可以称作大尺寸陶瓷平板。
本发明的目的是以球面模具或球面加热炉经热加工将大尺寸陶瓷平板加工为陶瓷球面板，经切割、拼接、固定成为中空陶瓷圆球。
本发明以陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法是这样实现的将大尺寸陶瓷平板放置在由耐火材料制成的球面模具内，同时加热模具与平板，提高温度直至高温使陶瓷平板中产生液相，使平板的陶瓷材质具有一定的流动性，在平板重力或重力与外力共同作用下，平板中间部位向下、前、后、左、右方向发生三维拉伸变形与模具的球面内腔壁贴合，使平板成为球面板，在球面板凹面烧结上带孔的陶瓷锚固件，冷却球面板，将球面板表面磨光并将球面板切割成所需形状，将切割好的球面板拼接、固定在球形框架周围，球面板的形状使其正好形成圆球表面，包围全部框架，形成中空陶瓷圆球。可以传统刻瓷的方法在中空陶瓷圆球表面雕刻各种图案。
中空陶瓷圆球可以做成各种直径，但建筑物、园林、广场、绿地的面积一般较大，所以通常陶瓷圆球的直径为不小于300mm，一般直径为600mm、1200mm、1500mm、5000mm及更大的任意尺寸。
球面模具可以采用凸面的或凹面的，一般采用凹面的，平板置于凹面之中，因为采用凹面更易成型，球面模具可采用各种耐火材料，如粘土耐火材料、氧化铝、碳化硅、耐高温合金钢、耐高温合金铁、球面模具的球形内腔须进行精细加工，以保证陶瓷球面板的尺寸精度。
球面模具可以和平板一起加热进行成形，也可以由球面模具、加热系统、保温材料、炉膛、加热控制系统组合起来构成内腔为球面的球面加热炉。
将陶瓷平板加工成为球板的最高温度应根据陶瓷平板的材质特性和所需球面直径的不同而定，一般温度为800～1400℃，通常为1000～1400℃，较常用的是1000～1200℃。
球面板成型后，须经切割成适当尺寸才能拼装成圆球，可根据所需球的直径，经计算，将球面分度，一般的分度方法是将整个球面按经、纬线分度、划线，依线切割。为美观起见也可采用全球等分划线，如将球面等分为6个、12个相同的面积，则此球内的框架可为正6面体和正十二面体。划线后，依线切割，拼装成圆球。
作为圆球的按装基础的框架，可以是球形框架、多面体框架，可以采用各种金属型材、陶瓷板材以焊接、铆接或高强度结构胶胶结的方法制造，也可用混凝土浇灌为板框结构、薄壳结构或实心结构。
经过切割的陶瓷球面板可用高强度结构胶胶接在球形框架、多面体框架上或用水泥固定在混凝土框架或混凝土薄壳结构上。陶瓷球面板的背面一般有高温烧结上去的带孔陶瓷锚固件，按装时可用金属丝如铜丝穿过锚固件上小孔与框架连接为一体，也可采用卡簧的方式连接，将卡簧一端与锚固件连接，另一端卡在球形框架上。为可靠起见也可以同时采用上述三种连接方式。
近年来造型为球形的建筑物日益增多，有的整座建筑物外观为球体、半球体，或屋顶为半球球面、部分球面，一般直径为几米、十几米、几十米。直径为几米、十几米、几十米的中空陶瓷圆球的球面板即可组合为此类建筑物的装饰面层，其装饰效果和寿命远胜于涂料、铝塑板、玻璃板。
将中空陶瓷圆球放在凹面底托上，底托下部不停注入有一定压力的空气或水使圆球悬浮并旋转，成为动态观赏球。
将中空陶瓷圆球放在凹面底托上，底托中注入水，当水深达到圆球直径1/3左右时圆球浮起，由于摩擦力很小，手推一下即可长时间旋转，成为手动观赏球。
本发明制造的中空陶瓷圆球与石质圆球、不锈钢球相比有许多优点石材比重为2.7，陶瓷材料一般比重为2.3，瓷质材料强度是石材的2～10倍，石质圆球一般是实心球，石质圆球重量大，如直径1.2米者重量为2.5吨左右，直径2米者为4.2吨，而同直径中空陶瓷圆球的重量分别为0.18吨和0.3吨，是石球重量百分之七左右。由于石质圆球需用整块石材制造，大块石材的开采，加工十分困难，成本高，价格昂贵，目前最大加工直径为2米，超过2米直径就需专门制造超大型的石材加工机床，其生产十分不经济，而陶瓷球板一般厚度为10-15mm，重量轻，可制造任意直径，石球由于重量大，受起重设备、起重成本、建筑物承重等限制，难以安装在柱顶和建筑物顶部用作装饰物，石质圆球目前主要用途是二项①放在平地作为装饰球；②放在凹面石材底托上，底部用高压水泵注入高压水，使石质圆球悬浮并旋转作为装饰、观赏球，俗称“风水球”，中空陶瓷圆球同样可作此用途，并且由于重量轻，用作“风水球”时只须注入低压水便可悬浮、旋转，而且可采用风机注入空气将球体悬浮、旋转，且成本远低于石球，中空陶瓷圆球由于重量轻可以安装在圆柱、建筑物顶部作为装饰物，且直径几乎没有限制，还可作为球形屋顶的装饰层，并同时可达到建筑物顶部保护、防水的目的。
不锈钢板价格昂贵，加工困难，加工精度低，不圆度误差大，一般只能作装饰球，不能制造“风水球”，并且不锈钢在大气中表面容易氧化，失去光泽，降低装饰效果，尤其近年来大气质量下降，酸雨频繁，一般置于露天的不锈钢球不足一年便发乌，光泽明显减退，甚至失去光泽。而瓷质抛光中空陶瓷圆球表面不会氧化，硬度极高，不怕风沙侵蚀，几乎可以永远保持光亮表面，装饰效果远胜于不锈钢球面并且制造成本低廉。
瓷质抛光中空陶瓷圆球球面板理化性能远优于石材、不锈钢，制造成本低廉，装饰效果好，寿命长，是建筑、园林、广场、绿地新一代的装饰物、装饰材料。
以下结合附图详细说明本发明的特点
图1．陶瓷平板放置在球面模具的内腔中图2．球面模具内腔中的陶瓷平板经高温成型为陶瓷球面板图3．内腔为球面的球面加热炉图4．六块相同的陶瓷球面板组合成的中空陶瓷圆球图5．按经纬分度切割的陶瓷球面板组合成的大直径中空陶瓷半圆球图6．陶瓷球面板固定在金属框架上组成中空陶瓷圆球作装饰球图7．以压力流体支撑中空陶瓷圆球作动态观赏球图8．中空陶瓷圆球浮在凹面底托水面上作手动观赏球图中1--陶瓷平板 2--球面模具内腔 3--陶瓷球面板4--球面加热炉外壳 5--耐火材料盖板 6--球面模具7--发热体 8--耐火材料 9--保温材料 10--切割为六块合一圆球的陶瓷球面板 11--中空陶瓷圆球12--以经纬线分度切割的陶瓷球面板 13--按经纬分度的大直径中空陶瓷半圆球 14--框架上的固定板15--铜丝 16--与球面板烧结一体的陶瓷锚固件17--框架 18--高强度结构胶 19--装饰球底座安装孔 20--底座 21--动态观赏球的凹面底托 22.有一定压力的流体 23.水 24.手动观赏球的凹面底托实施例1．将1000×1000×12mm瓷质陶瓷板背纹朝上放在球面加热炉的球面内腔中，球面内腔直径为1200mm，逐步升温至1120℃，平板产生液相逐步软化，在重力作用下从平板中间部位开始向下、前、后、左、右方向产生三维拉伸变形，最终与球面内腔壁贴合，冷却后得到直径为1200mm的陶瓷球面板。
2．将例1所得的球面板表面磨光，计算将直径为1200mm球的球面分成六等分，得到每块板的数据，单块板的四边每边的弧长为738.55mm，对角线弧长为1146.33mm，将上述陶瓷球面板按此数据切割，将切割后的同样的6块板拼装在陶瓷立方体框架上，以高强度结构胶胶结，并以直径1.5mm的铜丝穿过陶瓷球面板上陶瓷锚固件的小孔与框架捆扎在一起，至此完成直径为1200mm陶瓷中空圆球的制造。
3．按照例1的方法将1000×1000×12mm的瓷质板成型为直径1500mm的陶瓷球面板，将表面磨光，计算得到直径1500mm球的球面分成十二等分的数据，每块板的投影为正五边形，每边弧长为547.25mm，按数据切割球面板，将十二块上述球面板拼装在不锈钢球形框架上，以结构胶胶结，得到直径1500mm中空陶瓷圆球。
4．按照例1的制造方法制造直径为5米的陶瓷球面板，做跨度为4米、高为1米、半径为2.5米的球形屋顶面板，以经纬线分度切割，共27块拼成球形屋顶。
权利要求
1．以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法，其特征在于将大尺寸陶瓷平板放置在由耐火材料制成的球面模具内，同时加热模具与平板，提高温度直至高温使陶瓷平板中产生液相，使平板中的陶瓷材质具有一定的流动性，在平板重力或重力与外力共同作用下，平板中间部位向下、前、后、左、右方向发生三维拉伸变形，与模具的球面内腔壁贴合，使平板成为球面板，在球面板凹面烧结上带孔的陶瓷锚固件，冷却球面板，将球面板表面磨光。并将球面板切割成所需形状，将切割好的陶瓷球板拼接、固定在球形框架周围，球面板的形状使其正好形成圆球表面，包围全部框架，形成中空陶瓷圆球。可以传统刻瓷的方法在中空陶瓷圆球表面雕刻各种图案。
2．根据权利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法，其特征在于所述的球面模具的球形内腔是由粘土耐火材料、氧化铝、碳化硅或耐高温合金钢、合金铁制造的。
3．根据权利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法，其特征在于所述的球面模具可与加热系统合为一体，即是内腔为球面的球面加热炉。
4．根据权利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法，其特征在于所述的高温温度为800～1400℃。
5．根据权利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法，其特征在于所述的球形或多面体框架是用各种金属型材或陶瓷板材以焊接、铆接或高强度结构胶胶结的方法制造或用混凝土浇灌而成。
6．根据权利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法，其特征在于所述的经过切割的陶瓷球面板用高强度结构胶胶结在球形框架、多面体框架上或用水泥固定在混凝土框架上。
7．根据权利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法，其特征在于所述的经过切割的陶瓷球面板是用铜丝穿过陶瓷球面板的锚固件上的孔洞后，将铜丝捆扎在框架上或将卡簧的一端固定在锚固件上，另一端卡在框架上，从而将球面板固定在框架上。
8．根据权利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法，其特征在于所述的中空陶瓷圆球可制造成各种直径，可以制造成大直径其面积为整个球面的一部分以用作建筑物陶瓷球面屋顶。
9．根据权利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法，其特征在于所述的中空陶瓷圆球放在凹面底托上，底托下部不停注入有一定压力的空气或水使圆球悬浮并旋转，成为动态观赏球。
10．根据权利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法，其特征在于所述的中空陶瓷圆球放在凹面底托上，底托中注入水，当水深达到圆球直径1/3左右时圆球浮起，由于摩擦力很小，手推一下便可长时间旋转，成为手动观赏球。
全文摘要
本发明提供了以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圆球的方法,将陶瓷平板置于耐火材料制造的球面模具内,同时加热,提高温度至平板具有一定流动性,在重力或重力与外力共同作用下使平板发生三维拉伸变形,与模腔内壁贴合,冷却成型为陶瓷球面板,表面磨光后,根据计算切割成所需形状,拼接、固定在球形框架周围成为中空陶瓷圆球,或以圆球的一部分用作建筑物陶瓷球面屋顶。
文档编号B28B11/08GK1299739SQ99120430
公开日2001年6月20日 申请日期1999年12月16日 优先权日1999年12月16日
发明者曹树梁, 杜毅, 蔡滨, 许建华, 石延岭, 王启春 申请人:山东省科学院新材料研究所