專利名稱：以陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑、園林、廣場、綠地陶瓷裝飾物的制造方法，具體地說是關(guān)于采用陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法。
建筑、園林、廣場、綠地通常配置各種裝飾物，球形是裝飾物的基本形狀之一，由于這些場所的性質(zhì)，人們希望裝飾物不僅具有良好的外觀，也希望其具有好的耐候性和長的使用壽命。由于這些場所尺度較大，所以裝飾物也應(yīng)具有較大的尺寸。
建筑、園林、廣場、綠地經(jīng)常采用的球形裝飾物是表面磨光的石質(zhì)圓球和不銹鋼圓球。石質(zhì)圓球的制造方法一般是將大塊花崗石或大理石經(jīng)仔細(xì)雕鑿成兩側(cè)有支撐軸的圓球后，夾持在專用的石材磨光機(jī)上進(jìn)行磨削、拋光，然后切除支撐軸將原支撐軸部位用手工或機(jī)械的方法磨光。石質(zhì)圓球一般是實心的，直徑越大，重量越大，要求石材塊度越大，加工越難，制造成本越高，大理石由碳酸鈣組成，化學(xué)性能不穩(wěn)定，表面容易風(fēng)化，失去光澤，所以大理石球一般不宜作為露天裝飾物。
不銹鋼圓球一般用不銹鋼平板經(jīng)模壓、滾壓或錘碾成型為球面板，焊接成圓球后表面磨光。
陶瓷平板，一般是指建筑陶瓷板磚，多數(shù)尺寸是100×100mm至1000×1000mm，近年已出現(xiàn)1200×1200mm的陶瓷平板，并正在向更大尺寸發(fā)展，建筑陶瓷板尤其是建筑用瓷質(zhì)板，理化性能十分優(yōu)良，而價格低廉，瓷質(zhì)板抗折強(qiáng)度是花崗石的2-4倍，大理石的5-10倍，硬度超過花崗石，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，以陶瓷材料制造的容器可以盛裝強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，瓷質(zhì)板表面磨光后在自然環(huán)境中歷經(jīng)數(shù)十年、上百年其光澤度也不會發(fā)生可見的變化，耐候性、持久性都超過石材，更優(yōu)于不銹鋼，尺寸大于300×300mm的陶瓷平板可以稱作大尺寸陶瓷平板。
本發(fā)明的目的是以球面模具或球面加熱爐經(jīng)熱加工將大尺寸陶瓷平板加工為陶瓷球面板，經(jīng)切割、拼接、固定成為中空陶瓷圓球。
本發(fā)明以陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法是這樣實現(xiàn)的將大尺寸陶瓷平板放置在由耐火材料制成的球面模具內(nèi)，同時加熱模具與平板，提高溫度直至高溫使陶瓷平板中產(chǎn)生液相，使平板的陶瓷材質(zhì)具有一定的流動性，在平板重力或重力與外力共同作用下，平板中間部位向下、前、后、左、右方向發(fā)生三維拉伸變形與模具的球面內(nèi)腔壁貼合，使平板成為球面板，在球面板凹面燒結(jié)上帶孔的陶瓷錨固件，冷卻球面板，將球面板表面磨光并將球面板切割成所需形狀，將切割好的球面板拼接、固定在球形框架周圍，球面板的形狀使其正好形成圓球表面，包圍全部框架，形成中空陶瓷圓球?？梢詡鹘y(tǒng)刻瓷的方法在中空陶瓷圓球表面雕刻各種圖案。
中空陶瓷圓球可以做成各種直徑，但建筑物、園林、廣場、綠地的面積一般較大，所以通常陶瓷圓球的直徑為不小于300mm，一般直徑為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，因為采用凹面更易成型，球面模具可采用各種耐火材料，如粘土耐火材料、氧化鋁、碳化硅、耐高溫合金鋼、耐高溫合金鐵、球面模具的球形內(nèi)腔須進(jìn)行精細(xì)加工，以保證陶瓷球面板的尺寸精度。
球面模具可以和平板一起加熱進(jìn)行成形，也可以由球面模具、加熱系統(tǒng)、保溫材料、爐膛、加熱控制系統(tǒng)組合起來構(gòu)成內(nèi)腔為球面的球面加熱爐。
將陶瓷平板加工成為球板的最高溫度應(yīng)根據(jù)陶瓷平板的材質(zhì)特性和所需球面直徑的不同而定，一般溫度為800～1400℃，通常為1000～1400℃，較常用的是1000～1200℃。
球面板成型后，須經(jīng)切割成適當(dāng)尺寸才能拼裝成圓球，可根據(jù)所需球的直徑，經(jīng)計算，將球面分度，一般的分度方法是將整個球面按經(jīng)、緯線分度、劃線，依線切割。為美觀起見也可采用全球等分劃線，如將球面等分為6個、12個相同的面積，則此球內(nèi)的框架可為正6面體和正十二面體。劃線后，依線切割，拼裝成圓球。
作為圓球的按裝基礎(chǔ)的框架，可以是球形框架、多面體框架，可以采用各種金屬型材、陶瓷板材以焊接、鉚接或高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠膠結(jié)的方法制造，也可用混凝土澆灌為板框結(jié)構(gòu)、薄殼結(jié)構(gòu)或?qū)嵭慕Y(jié)構(gòu)。
經(jīng)過切割的陶瓷球面板可用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠膠接在球形框架、多面體框架上或用水泥固定在混凝土框架或混凝土薄殼結(jié)構(gòu)上。陶瓷球面板的背面一般有高溫?zé)Y(jié)上去的帶孔陶瓷錨固件，按裝時可用金屬絲如銅絲穿過錨固件上小孔與框架連接為一體，也可采用卡簧的方式連接，將卡簧一端與錨固件連接，另一端卡在球形框架上。為可靠起見也可以同時采用上述三種連接方式。
近年來造型為球形的建筑物日益增多，有的整座建筑物外觀為球體、半球體，或屋頂為半球球面、部分球面，一般直徑為幾米、十幾米、幾十米。直徑為幾米、十幾米、幾十米的中空陶瓷圓球的球面板即可組合為此類建筑物的裝飾面層，其裝飾效果和壽命遠(yuǎn)勝于涂料、鋁塑板、玻璃板。
將中空陶瓷圓球放在凹面底托上，底托下部不停注入有一定壓力的空氣或水使圓球懸浮并旋轉(zhuǎn)，成為動態(tài)觀賞球。
將中空陶瓷圓球放在凹面底托上，底托中注入水，當(dāng)水深達(dá)到圓球直徑1/3左右時圓球浮起，由于摩擦力很小，手推一下即可長時間旋轉(zhuǎn)，成為手動觀賞球。
本發(fā)明制造的中空陶瓷圓球與石質(zhì)圓球、不銹鋼球相比有許多優(yōu)點(diǎn)石材比重為2.7，陶瓷材料一般比重為2.3，瓷質(zhì)材料強(qiáng)度是石材的2～10倍，石質(zhì)圓球一般是實心球，石質(zhì)圓球重量大，如直徑1.2米者重量為2.5噸左右，直徑2米者為4.2噸，而同直徑中空陶瓷圓球的重量分別為0.18噸和0.3噸，是石球重量百分之七左右。由于石質(zhì)圓球需用整塊石材制造，大塊石材的開采，加工十分困難，成本高，價格昂貴，目前最大加工直徑為2米，超過2米直徑就需專門制造超大型的石材加工機(jī)床，其生產(chǎn)十分不經(jīng)濟(jì)，而陶瓷球板一般厚度為10-15mm，重量輕，可制造任意直徑，石球由于重量大，受起重設(shè)備、起重成本、建筑物承重等限制，難以安裝在柱頂和建筑物頂部用作裝飾物，石質(zhì)圓球目前主要用途是二項①放在平地作為裝飾球；②放在凹面石材底托上，底部用高壓水泵注入高壓水，使石質(zhì)圓球懸浮并旋轉(zhuǎn)作為裝飾、觀賞球，俗稱“風(fēng)水球”，中空陶瓷圓球同樣可作此用途，并且由于重量輕，用作“風(fēng)水球”時只須注入低壓水便可懸浮、旋轉(zhuǎn)，而且可采用風(fēng)機(jī)注入空氣將球體懸浮、旋轉(zhuǎn)，且成本遠(yuǎn)低于石球，中空陶瓷圓球由于重量輕可以安裝在圓柱、建筑物頂部作為裝飾物，且直徑幾乎沒有限制，還可作為球形屋頂?shù)难b飾層，并同時可達(dá)到建筑物頂部保護(hù)、防水的目的。
不銹鋼板價格昂貴，加工困難，加工精度低，不圓度誤差大，一般只能作裝飾球，不能制造“風(fēng)水球”，并且不銹鋼在大氣中表面容易氧化，失去光澤，降低裝飾效果，尤其近年來大氣質(zhì)量下降，酸雨頻繁，一般置于露天的不銹鋼球不足一年便發(fā)烏，光澤明顯減退，甚至失去光澤。而瓷質(zhì)拋光中空陶瓷圓球表面不會氧化，硬度極高，不怕風(fēng)沙侵蝕，幾乎可以永遠(yuǎn)保持光亮表面，裝飾效果遠(yuǎn)勝于不銹鋼球面并且制造成本低廉。
瓷質(zhì)拋光中空陶瓷圓球球面板理化性能遠(yuǎn)優(yōu)于石材、不銹鋼，制造成本低廉，裝飾效果好，壽命長，是建筑、園林、廣場、綠地新一代的裝飾物、裝飾材料。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的特點(diǎn)

圖1．陶瓷平板放置在球面模具的內(nèi)腔中圖2．球面模具內(nèi)腔中的陶瓷平板經(jīng)高溫成型為陶瓷球面板圖3．內(nèi)腔為球面的球面加熱爐圖4．六塊相同的陶瓷球面板組合成的中空陶瓷圓球圖5．按經(jīng)緯分度切割的陶瓷球面板組合成的大直徑中空陶瓷半圓球圖6．陶瓷球面板固定在金屬框架上組成中空陶瓷圓球作裝飾球圖7．以壓力流體支撐中空陶瓷圓球作動態(tài)觀賞球圖8．中空陶瓷圓球浮在凹面底托水面上作手動觀賞球圖中1--陶瓷平板 2--球面模具內(nèi)腔 3--陶瓷球面板4--球面加熱爐外殼 5--耐火材料蓋板 6--球面模具7--發(fā)熱體 8--耐火材料 9--保溫材料 10--切割為六塊合一圓球的陶瓷球面板 11--中空陶瓷圓球12--以經(jīng)緯線分度切割的陶瓷球面板 13--按經(jīng)緯分度的大直徑中空陶瓷半圓球 14--框架上的固定板15--銅絲 16--與球面板燒結(jié)一體的陶瓷錨固件17--框架 18--高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠 19--裝飾球底座安裝孔 20--底座 21--動態(tài)觀賞球的凹面底托 22.有一定壓力的流體 23.水 24.手動觀賞球的凹面底托實施例1．將1000×1000×12mm瓷質(zhì)陶瓷板背紋朝上放在球面加熱爐的球面內(nèi)腔中，球面內(nèi)腔直徑為1200mm，逐步升溫至1120℃，平板產(chǎn)生液相逐步軟化，在重力作用下從平板中間部位開始向下、前、后、左、右方向產(chǎn)生三維拉伸變形，最終與球面內(nèi)腔壁貼合，冷卻后得到直徑為1200mm的陶瓷球面板。
2．將例1所得的球面板表面磨光，計算將直徑為1200mm球的球面分成六等分，得到每塊板的數(shù)據(jù)，單塊板的四邊每邊的弧長為738.55mm，對角線弧長為1146.33mm，將上述陶瓷球面板按此數(shù)據(jù)切割，將切割后的同樣的6塊板拼裝在陶瓷立方體框架上，以高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠膠結(jié)，并以直徑1.5mm的銅絲穿過陶瓷球面板上陶瓷錨固件的小孔與框架捆扎在一起，至此完成直徑為1200mm陶瓷中空圓球的制造。
3．按照例1的方法將1000×1000×12mm的瓷質(zhì)板成型為直徑1500mm的陶瓷球面板，將表面磨光，計算得到直徑1500mm球的球面分成十二等分的數(shù)據(jù)，每塊板的投影為正五邊形，每邊弧長為547.25mm，按數(shù)據(jù)切割球面板，將十二塊上述球面板拼裝在不銹鋼球形框架上，以結(jié)構(gòu)膠膠結(jié)，得到直徑1500mm中空陶瓷圓球。
4．按照例1的制造方法制造直徑為5米的陶瓷球面板，做跨度為4米、高為1米、半徑為2.5米的球形屋頂面板，以經(jīng)緯線分度切割，共27塊拼成球形屋頂。
權(quán)利要求
1．以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法，其特征在于將大尺寸陶瓷平板放置在由耐火材料制成的球面模具內(nèi)，同時加熱模具與平板，提高溫度直至高溫使陶瓷平板中產(chǎn)生液相，使平板中的陶瓷材質(zhì)具有一定的流動性，在平板重力或重力與外力共同作用下，平板中間部位向下、前、后、左、右方向發(fā)生三維拉伸變形，與模具的球面內(nèi)腔壁貼合，使平板成為球面板，在球面板凹面燒結(jié)上帶孔的陶瓷錨固件，冷卻球面板，將球面板表面磨光。并將球面板切割成所需形狀，將切割好的陶瓷球板拼接、固定在球形框架周圍，球面板的形狀使其正好形成圓球表面，包圍全部框架，形成中空陶瓷圓球?？梢詡鹘y(tǒng)刻瓷的方法在中空陶瓷圓球表面雕刻各種圖案。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法，其特征在于所述的球面模具的球形內(nèi)腔是由粘土耐火材料、氧化鋁、碳化硅或耐高溫合金鋼、合金鐵制造的。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法，其特征在于所述的球面模具可與加熱系統(tǒng)合為一體，即是內(nèi)腔為球面的球面加熱爐。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法，其特征在于所述的高溫溫度為800～1400℃。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法，其特征在于所述的球形或多面體框架是用各種金屬型材或陶瓷板材以焊接、鉚接或高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠膠結(jié)的方法制造或用混凝土澆灌而成。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法，其特征在于所述的經(jīng)過切割的陶瓷球面板用高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠膠結(jié)在球形框架、多面體框架上或用水泥固定在混凝土框架上。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法，其特征在于所述的經(jīng)過切割的陶瓷球面板是用銅絲穿過陶瓷球面板的錨固件上的孔洞后，將銅絲捆扎在框架上或?qū)⒖ɑ傻囊欢斯潭ㄔ阱^固件上，另一端卡在框架上，從而將球面板固定在框架上。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法，其特征在于所述的中空陶瓷圓球可制造成各種直徑，可以制造成大直徑其面積為整個球面的一部分以用作建筑物陶瓷球面屋頂。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法，其特征在于所述的中空陶瓷圓球放在凹面底托上，底托下部不停注入有一定壓力的空氣或水使圓球懸浮并旋轉(zhuǎn)，成為動態(tài)觀賞球。
10．根據(jù)權(quán)利要求1所述的以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法，其特征在于所述的中空陶瓷圓球放在凹面底托上，底托中注入水，當(dāng)水深達(dá)到圓球直徑1/3左右時圓球浮起，由于摩擦力很小，手推一下便可長時間旋轉(zhuǎn)，成為手動觀賞球。
全文摘要
本發(fā)明提供了以大尺寸陶瓷平板制造中空陶瓷圓球的方法,將陶瓷平板置于耐火材料制造的球面模具內(nèi),同時加熱,提高溫度至平板具有一定流動性,在重力或重力與外力共同作用下使平板發(fā)生三維拉伸變形,與模腔內(nèi)壁貼合,冷卻成型為陶瓷球面板,表面磨光后,根據(jù)計算切割成所需形狀,拼接、固定在球形框架周圍成為中空陶瓷圓球,或以圓球的一部分用作建筑物陶瓷球面屋頂。
文檔編號B28B11/08GK1299739SQ99120430
公開日2001年6月20日 申請日期1999年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月16日
發(fā)明者曹樹梁, 杜毅, 蔡濱, 許建華, 石延嶺, 王啟春 申請人:山東省科學(xué)院新材料研究所