陶瓷制品的局部表面上釉方法以及实施该方法的装置制造方法及图纸

一种陶瓷制品表面，例如白色陶瓷的上釉表面在熔化工序中受到激光器所发射的红外线光束那样的辐射能作用，以使表面上的材料产生局部熔化。在熔化工序后，该表面，最好在围绕熔融区域的较大表面上或在低的能量密度下进一步由辐射以照射以限制熔融区域和周围邻接区域冷却速率，从而防止热应力引起的开裂。熔融区域和其周围区域在熔化工序前立即用附加辐射能进行加热，因此进一步限制熔化工序时的热应力。本方法可用作修补釉彩缺陷及用作装饰。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷的领域，更具体地说，涉及陶瓷制品的局部上釉技术，根据本专利技术的技术在修复釉料缺陷方面是特别有用的。许多商业陶瓷制品涂有通常称作为釉料的光滑的、玻璃状的陶瓷面层。仅举例来说，如浴盆，洗涤槽和洗手间器皿那样的，通常在商业贸易中称作白色(卫生)陶瓷的陶瓷卫生设备，在基层陶瓷结构上涂有釉料。这种制品上的釉料对于审美和实用原理而言是很重要的。在釉层中的缺陷，例如裂缝或裂纹能够损坏制品的外观且也产生清洁上的困难，腐蚀和在使用上其它的功能问题。因此，在釉层中的显著的缺陷使制品变成卖不掉的，并且需要或是使制品报废，否则进行返工，以修补釉层。通常返工工艺包括施加一粉末状材料或玻璃材料，这些材料具有与待修补的釉层类似的成分，继之以重烧制整个的制品。实质上，重烧制工艺包括通常用来形成釉层的烧制工艺的重复，也就是把整个制品加热到釉层的回流温度以上，继之缓慢，逐渐的冷却制品。这样的重烧制工序的成本占原制品成本的较大部分。因而，陶瓷工业长久以来一直在寻找一种较切合实际的修补方法。曾经试图用非陶瓷材料，例如涂料或环氧树脂来修补釉料的缺陷。这些方法免除了重烧制工序，但造成有关化学相容性，修补料与原釉料的色彩匹配和修补料的耐用性方面的其它困难。布罗克韦等人的美国专利4，338，114和海内肯等人的美国专利4，731，254公开了使用激光束来熔化在裂纹，伤痕或其它缺陷周围的玻璃制品的局部区域，从而使玻璃局部熔化，而修复该制品。这两个专利显然都要求在受到激光束作用之前把整个制品预热到约软化温度。这可减少在由激光进行局部加热时和接着的局部加热区域冷却时产生的热应力。这种预热要求是一个十分明显的缺点。因此，预热和在预热后所需的缓慢冷却基本上和不经激光处理的重烧制加工一样昂贵。珀蒂邦的美国专利4，814，575和相应的珀蒂邦等人，在材料科学工程A122篇545-548页(1989)中的文章“陶瓷涂层的激光表面处理”，揭示了在透平机叶片和柴油机部件上所用的(方法)激光处理氧化锆涂层的方法，一般，激光同表面上的任一点相互作用明显地少于1秒，而通常小于0.1秒。在珀蒂邦文章中所作的最终的结论是除了在处理由氧化铝粉所提供的“随氧化锆的化学改变的反应处理方法”外，即使使用象氧化锆那样的相当坚硬的材料，也产生了不规则微裂缝。很明显，这一著作没有提供它的工艺技术可应用于在白色陶瓷工业中所使用的那种普通陶瓷，特别是可应用于把釉料施加于白色陶瓷那样的制品的任一建议。因而，仍然需要改进局部上釉于陶瓷制品表面的方法和装置，尤其是局部再上釉于具有釉料缺陷的白色陶瓷那样的制品的方法和装置。本专利技术将说明这些要求本专利技术的一个方面涉及局部上釉于陶瓷制品表面的方法。在这个公开中所用的术语“陶瓷”大体指的是无机非金属材料。陶瓷包括陶器，瓷器，耐火材料，建筑粘土产品，搪瓷，水泥，玻璃，玻璃-陶瓷，电光陶瓷，珐琅，陶瓷碳化物、硼化物和氮化物，铁电陶瓷和非硅酸盐玻璃那样的材料，但不限于此。此外，本文中使用的术语“陶瓷”还包括相当数量的陶瓷材料和其它材料，例如与金属-陶瓷组分结合在一起的复合材料。根据本专利技术的这一方面的方法最好包括使待上釉位置上的陶瓷材料熔化的步骤，该步骤是通过把本文中称作“熔化辐射能”的辐射能施加于所述上釉位置的制品表面周围的熔融区域;然后，使所述熔融区域退火的步骤，该步骤是通过进一步地把本文中称作“退火辐射能”的辐射能施加到绕所述熔融区域的表面周围的退火区域。退火辐射能延迟熔融区域的冷却且限制在冷却过程时在邻近熔融区域的制品中产生的热应力。最好，在冷却过程中，退火辐射能可有效地把热应力限制到小于制品表面上的陶瓷材料的断裂应力，因此，可在表面上不产生裂缝情况下完成冷却。根据本专利技术的这一方面的方法最好还包括在熔化工序前，即施加熔化辐射能之前，通过把本文中称作“预热辐射能”的其它辐射能施加到围绕熔融区域的表面的预热区域而进行预热熔融区域的工序，从而预热熔融区域且在熔化工序过程中限制靠近熔融区域的制品中的热应力。最好，使制品的体积(平均)度不受辐射能的影响的区域部分的温度保持在远低于陶瓷材料表面的熔融温度，以及，通常是低于任一玻璃材料的退火和软化温度。最佳，使制品的体积温度保持在室温左右，总的来说在本方法中制品是不整个加热的。本专利技术的这方面情况结合了热应力的实现可通过恰当控制辐射的应用而得以成功地控制。最好是，退火区域和预热区域大于熔融区域。也就是说，退火辐射能和预热辐射能最好作用于比熔化辐射能要大的表面区域上，使预热和退火辐射能不仅对熔融区域本身起作用，而且也对熔融区域周围的区域起作用。退火辐射能最好具有低于熔化辐射能的能量密度(或释能密度)。预热辐射能也可以具有低于熔化辐射能的能量密度。在退火工序时可以逐渐地减小退火辐射能的能量密度，而在预热工序中，预热辐射能可以逐渐地增加。于是，包括待上釉的区段的区域可以首先在相当大的区段上承受低的但逐渐增加的能量密度的预热辐射能，然后，仅在很小的熔融区域中承受足以引起局部熔化的相当高能量密度的熔化辐射能，接着，在相当大的退火区域上承受能量密度逐渐地减少的退火辐射能。以另一种方式来说，随着时间而改变作用于表面的给定区域的辐射条件就有可能使表面达到熔化温度，再回复到室温而不产生有害的热应力。熔化和退火工序可以使用定向的单束辐射能照射在制品表面的确定位置上加以实现。光束的外形随时间而变化，因此，在熔化工序时，光束具有相当高的能量密度，在退火工序，光束具有低的能量密度。最好，在熔化工序光束具有相当小的熔化光束直径，而至少在退火工序的最后作用部分，光束具有较大的光束直径。同一光束还可以进行预热工序，在预热的情况下，光束最好具有相当大的预热光束直径，而且在预热工序的初始作用部分，预热光束直径大于熔化光束直径。光束的外形可通过改变把光束射向表面上的光学部件的焦点而进行变化，以在预热和退火工序时使光速散焦，在熔化工序时则使光束更窄地聚焦。最好，在熔化工序的光束直径为约10毫米或不到10毫米，最佳约0.1至5.0毫米，而产生熔解的熔化区域光束应具有相等或较小的直径。退火光束直径，而因此退火区域的直径最好在约1毫米和15毫米之间，但在各个情况中，它们的直径大体上大于在熔化工序时的光速直径。预热光束直径和预热区域与退火光束直径和退火区域具有可比(较的)尺寸。在熔化工序时辐射能最好具有约至少200瓦/厘米2的能量密度，而在退火工序时所施加的辐射能最好具有小于200瓦/厘米2的时间平均能量密度。最好，在退火工序时所采用的能量密度在这工序中可逐渐地下降到零。退火工序最好具有相当长的持续时间，较佳在约0.5和10秒之间，最佳在1和5秒之间。熔化工序一般是相当短的，最佳在约0.1-10秒之间。预热工序持续时间一般具有等于或小于退火工序的持续时间，通常最好在约0.25和2.5秒之间。这样，为处理每个表面部位所需要的时间通常明显地小于15秒，在正常情况下小于约5秒。熔化和退火工序可在连续或半连续的基础上，采用辐射能光束和待加工的工件之间的相对运动加以实施。这种布置应用了至少一可调整的辐射能光束，它包括在熔融区域中相当高熔化能量密度的熔化辐射能，还包括在紧靠熔融区域但偏离第一方向的退火区域中，其能量密度比熔化能量密度小的退火辐射能。陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷制品的局部上釉方法，其特征在于包括使上釉位置上的陶瓷材料熔化的步骤，该步骤是通过把熔化辐射能施加到所述上釉位置周围的制品表面上的熔融区域（２０）；然后，使所述熔融区域的所述制品表面退火的步骤，该步骤是通过氢退火辐射能施加到所述熔融区域周围的所述表面上的退火区域（２２），从而延缓所述熔融区域的冷却，在该冷却过程中，把接近所述熔融区域的所述制品中产生的热应力限制到小于所述制品的所述表面上的陶瓷材料的断裂应力。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔E默尼克，
申请(专利权)人：勒脱吉尔州立大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]