专利名称：含氧化锂的陶瓷焊接衬垫及生产方法
技术领域：
本发明涉及焊接领域中单面焊双面成形的衬垫材料，具体指是一种含氧化锂的陶瓷悍 接衬垫及生产方法。
背景技术：
在船舶、钢结构桥梁、压力容器、管道工程、建筑结构、化工机械、冶金机械等钢结 构制造业中，焊接施工量占了相当大的比例。传统的双面焊接施工由于劳动强度大、工作 效率低、材料和能源消耗多，且焊接质量难以保证，故逐步被单面焊双面成形所取代。单 面焊双面成形是一种优质、高效、节能的焊接新工艺，是谋求焊接生产合理化的重要技术 手段。单面焊陶瓷衬垫是实现单面焊双面成形的关键焊接材料。陶瓷焊接衬垫的制造性能、 物理性能、工艺性能将直接影响到焊接质量和衬垫制造的能源消耗。现有的陶瓷焊接衬垫 主要以二氧化硅(Si02)和三氧化二铝(Al203 )为基本成份，以氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、 氧化钾0(20)、氧化钠(Na20)作为溶剂成份，经混合、压制、烧结而成。由于受陶瓷焊接 衬垫本身所需要的物理性能及坯块压制成型性能的制约，溶剂成份所占的比例不能太大， 否则衬垫熔点太低，坯块压制成型性能差。而溶剂成份含量与陶瓷焊接衬垫的烧结温度、 烧成周期及致密度紧密相关。目前使用的陶瓷焊接衬垫主要存在以下问题1、烧结温度 高(1300'C以上)，烧成周期长(24h以上)、能源消耗大；2、致密度低，吸潮(水)率大， 降低焊缝力学性能；3、使用工艺性能不好，易粘渣，背面焊缝成形不良。
发明内容
为了解决现有的陶瓷焊接衬垫存在的烧结温度高、烧成周期长、能源消耗大、防水防 潮能力差、工艺性能不好等技术问题，提供一种烧结温度低、烧成周期短、吸水吸潮率低， 具有优异使用性能的含氧化锂的陶瓷焊接衬垫及制作方法。
实现上述目的的技术解决方案是这样的
含氧化锂的陶瓷焊接衬垫包括下列重量配比的原料
三氧化二铝30 42%; 二氧化硅44 60%;氧化钙0.5 1.5%;氧化镁4.5
14%;氧化钾0.8 2. 3%;氧化钠0. 3 1. 0% ;氧化锂0. 02 0. 06%;三氧化二铁
其坯块的烧结温度〈1280。C，烧成时间<6匕
含氧化锂的陶瓷焊接衬垫较佳的重量配比如下
338%; 二氧化硅48 53%;氧化钙0.87 1.19%;氧化镁7.88 10.95%;氧化钾1.36 1.91%;氧化钠0.6 0.84%;氧化锂0.03 0.05%;三氧
化二铁0.2 0.8%;
其坯块的烧结温度〈126(TC，烧成周期〈5h。 含氧化锂的陶瓷焊接衬垫最佳的重量配比如下
三氧化二铝37.33%; 二氧化硅49.31%;氧化钙1.03%;氧化镁9.45%;氧化
钾1.74%;氧化钠O. 76%;氧化锂0.04%;三氧化二铁0.35%;
其坯块的烧结温度在120(TC 1240'C，烧成周期4h。
含氧化锂的陶瓷焊接衬垫的制作方法包括以下步骤
1) 按一种含氧化锂的陶瓷焊接衬垫的配方取称原料；
2) 将称取的原料放入球磨机(球、料、水质量比为l: 1: 1)球磨lh，得料浆；
3) 将球磨混合好的料浆注入压滤袋压滤，压滤后的泥饼放入烘箱干燥至含水量5 10
4) 干燥好的泥饼粉碎过8目筛子造粒，得造粒粉；
5) 将造粒粉置于模腔，在60 80Mpa的压力条件下压制成衬垫坯块；
6) 将衬垫坯块放入匣钵，然后置于窑炉中进行烧制，烧结温度为1200 1280'C，烧 结时间4 6h，即得产品。
陶瓷衬垫单面焊接过程中，要保证良好的焊缝背面成形性能、衬垫熔渣脱渣性能和焊 缝金属的力学性能，要求陶瓷焊接衬垫具有良好的化学稳定性和合适的物理性能。本发明 衬垫组份中的这些氧化物在焊接过程中具有良好的化学稳定性，衬垫熔渣与焊缝金属不会 发生冶金反应，以保证焊缝金属的力学性能；同时要求衬垫具有合适的物理性能(熔点、 粘度和表面张力)，以保证焊缝背面成型性能和焊后的脱渣性能。这些物理性能直接受衬 垫组份配比的影响。本发明衬垫组分中，氧化铝和氧化硅作为基本组份，以提供衬垫一定 的机械强度，随氧化铝和氧化硅含量增加，衬垫熔点和熔渣粘度增加；氧化镁、氧化钙、 氧化钾、氧化钠作为溶剂成分，降低衬垫烧成温度，促进衬垫的烧结，此外随这些碱性氧 化物含量增加，衬垫熔点、熔渣粘度和表面张力降低；三氧化二铁含量增加，熔渣表面张 力增加。
本发明的陶瓷焊接衬垫在现有技术的基础上，添加少量氧化锂(Li20)作为溶剂。由 于锂的离子半径小，化学活性比镁、钙、钾、钠强，锂离子具有很高的静电场，具有极强 的助熔能力。在焊接衬垫配方中引入少量的氧化锂，显著增强助熔效果，大大降低烧结温 度、縮短烧成周期、节约烧结能源、提高衬垫致密度，降低吸潮(水)率。现有的陶瓷焊接衬垫在制造过程中没有球磨工序， 一般采用干混，这样粉料混合不均 匀、粉料较粗，也导致衬垫烧结温度高，周期长，致密度低。本发明中，采用球磨工艺对 原料进行混合和粉碎，这样混合均匀，粉料较细，对降低烧结温度、縮短烧成周期、提高 致密度、降低衬垫吸潮(水)率，也起到一定的作用。
本发明的有益技术效果在于通过优选配方及合适的制作工艺，使得制作的焊接衬垫 不仅具有优异的使用性能(背面成形美观、脱渣容易)，而且制作的衬垫烧成温度低、周 期短、大大节约烧结能源；同时由于吸潮(水)率低，防水防潮能力强，焊接接头力学性 能优良。
具体实施例方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地说明。 实施例1
1) 陶瓷衬垫产品材料中各氧化物组份的质量百分比为三氧化二铝(A1203 ) :37. 33%; 二氧化硅(Si02): 49.31%;氧化钙(CaO): 1.03%;氧化镁(Mg0):9.45%;氧化钾0(20): 1.74%;氧化钠(歸)O. 76%;氧化锂(Li20): 0.04%;三氧化二铁(Fe203): 0. 35%， 称取这些氧化物的粉末；
2) 将称取的原料放入球磨机(球、料、水重量比为l: 1: 1)球磨lh;
3) 将球磨混合好的料浆注入压滤袋压滤，压滤后的泥饼放入烘箱干燥至含水量5 10
%;
4) 干燥好的泥饼粉碎过8目筛子造粒；
5) 将造粒后的粉末置于模腔，在80Mpa的压力条件下压制成衬垫坯块；
6) 将坯块放入匣钵，然后置于窑炉中进行烧制，烧结温度为123(TC,烧成周期4h; 烧制出的衬垫其吸水率为0.12%,吸潮率为0. 009%。
实施例2
1) 陶瓷衬垫产品材料中各氧化物组份的质量百分比为三氧化二铝(A1203 ) :39. 42%; 二氧化硅(Si02): 46.50%;氧化钙(CaO): 1.09%;氧化镁(MgO):9.98%;氧化钾(1(20): 1.84%;氧化钠(Na20) :0.81%;氧化锂(Li20): 0. 05%;三氧化二铁(FeA): 0.33%， 称取这些氧化物的粉末；
2) 将称取的原料放入球磨机(球、料、水重量比为l: h 1)球磨lh;
3) 将球磨混合好的料浆注入压滤袋压滤，压滤后的泥饼放入烘箱干燥至含水量5 10
%;
4) 千燥好的泥饼粉碎过8目筛子造粒；
5) 将造粒后的粉末置于模腔，在75Mpa的压力条件下压制成衬垫坯块；6)将坯块放入匣钵，然后置于窑炉中进行烧制，烧结温度为125(TC,烧成周期5h; 烧制出的衬垫其吸水率为0.41%，吸潮率0.027%。 实施例3:
1) 陶瓷衬垫产品材料中各氧化物组份的质量百分比为三氧化二铝(A1203 ) :33. 64%; 二氧化硅(Si02): 55.56%;氧化钙(CaO): 0.74%;氧化镁(Mg0):7.45%;氧化钾(1(20): 1.46%;氧化钠(Na20) :0. 69%;氧化锂(Li20): 0. 03%;三氧化二铁(Fe203): 0. 42%， 称取这些氧化物的粉末；
2) 将称取的原料放入球磨机(球、料、水重量比为1: 1: 1)球磨lh;
3) 将球磨混合好的料浆注入压滤袋压滤，压滤后的泥饼放入烘箱干燥至含水量5 10
%;
4) 干燥好的泥饼粉碎过8目筛子造粒；
5) 将造粒后的粉末置于模腔，在75Mpa的压力条件下压制成衬垫坯块；
6) 将坯块放入匣钵，然后置于窑炉中进行烧制，烧结温度为124(TC，烧成周期5h; 烧制出的衬垫其吸水率为0. 29%，吸潮率0. 021%。
将上述实施例烧制的衬垫块帖在铝箔胶带上，再粘贴在焊接试板上进行焊接试验，电 弧稳定、飞溅小、脱渣容易、背面焊缝成型均匀美观。
由上述实施例可看出，按本发明组分范围及制作方法制作的的陶瓷焊接衬垫，烧结温 度低，周期短，具有极低的吸水吸潮率，防水防潮能力强，焊接工艺性能优良。
权利要求
1、含氧化锂的陶瓷焊接衬垫，其特征在于包括下列重量配比的原料三氧化二铝30～42％；二氧化硅44～60％；氧化钙0.5～1.5％；氧化镁4.5～14％；氧化钾0.8～2.3％；氧化钠0.3～1.0％；氧化锂0.02～0.06％；三氧化二铁0.2～1.4％；其坯块的烧结温度<1280℃，烧成时间<6h。
2、 根据权利要求1所述的含氧化锂的陶瓷悍接衬垫，其特征在于包括下列重量配比的原料三氧化二铝35 38%; 二氧化硅48 53%;氧化钙0.87 1.19%;氧化镁7.88 10.95%;氧化钾1.36 1.91%;氧化钠0. 6 0. 84%;氧化锂0.03 0. 05%;三氧化二铁0.2 0.8%;其坯块的烧结温度〈1260'C，烧成周期〈5h。
3、 根据权利要求1所述的含氧化锂的陶瓷焊接衬垫，其特征在于包括下列重量配比的原料三氧化二铝37.33%; 二氧化硅49.31%;氧化钙1.03%;氧化镁9.45%;氧化钾1.74%;氧化钠O. 76%;氧化锂0.04%;三氧化二铁0.35%;其坯块的烧结温度在1200'C 124(TC，烧成周期4h。
4、 根据权利要求1或2或3所述的含氧化锂的陶瓷焊接衬垫的制作方法，其特征在 于包括以下步骤-1) 按含氧化锂的陶瓷焊接衬垫的配方取称原料；2) 将称取的原料放入球磨机(球、料、水质量比为l: 1: 1)球磨lh，得料浆；3) 将球磨混合好的料浆注入压滤袋压滤，压滤后的泥饼放入烘箱干燥至含水量5 10%;4) 干燥好的泥饼粉碎过8目筛子造粒，得造粒粉；5) 将造粒粉置于模腔，在60 80Mpa的压力条件下压制成衬垫坯块；6) 将衬垫坯块放入匣钵，然后置于窑炉中进行烧制，烧结温度为1200 1280'C，烧 结时间4 6h，即得产品。
全文摘要
本发明涉及单面焊双面成形的一种含氧化锂的陶瓷焊接衬垫，解决现有的陶瓷焊接衬垫存在的烧结温度高、烧成周期长、能源消耗大、防水防潮能力差、工艺性能不好等技术问题。本发明包括下列重量配比的原料三氧化二铝30～42％；二氧化硅44～60％；氧化钙0.5～1.5％；氧化镁4.5～14％；氧化钾0.8～2.3％；氧化钠0.3～1.0％；氧化锂0.02～0.06％；三氧化二铁0.2～1.4％；其烧结温度＜1280℃，烧成时间＜6h。本发明通过优选配方及合适的制作工艺，使得制作的焊接衬垫不仅具有优异的使用性能(背面成形美观、脱渣容易)，而且制作的衬垫烧成温度低、周期短、大大节约烧结能源；同时由于吸潮(水)率低，防水防潮能力强，焊接接头力学性能优良。
文档编号B21D22/00GK101502816SQ20091011629
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者彭军波, 杜学铭, 汪带兵, 汪选国 申请人:安徽凯照焊接新材料有限公司