摘要：浇注成型耐火制品在成型过程中会带入大量空气，最终在制品内部和表面形成很多气孔，不仅影响制品表面美观，而且降低了耐火制品抗高温熔体和熔渣的侵蚀性。通过功能分析、因果分析、冲突区域确定、理想解分析和可用资源分析，采用冲突解决理论，物质-场分析及76个标准解等工具来解决该技术问题。 根据得到的标准解，结合专业知识，最终采用浇注料中加入消泡剂，同时对模具表面进行涂覆处理的方法消除制品表面的气泡。

一、问题描述

浇注耐火制品通常采用振动成型，通过振动排出搅拌过程中带入的空气，使物料堆积密实。尽管在振动过程中大部分气体会被排出，但由于振动时间过长会导致颗粒偏析，最终导致制品不均匀，所以振动时间不宜过长，加之浇注料本身的粘度较大，致使还有部分空气不能被排出，最终在制品内部和表面形成很多气孔，不仅影响制品表面美观，而且杂质很容易通过气孔渗入耐火材料内部，破坏材料组织结构，严重降低了耐火制品的使用寿命。

①定义技术系统实现的功能

该技术系统主要用于浇注成型耐火制品的制备，通过振动使物料填充到模具，同时排出其中卷入的空气，使物料密实。

②现有技术系统的工作原理

通过振动台振动使物料填充到模具，同时振动使空气逐渐上浮直至排出，从而使物料密实。

③当前技术系统存在的问题

由于振动时间的限制，以及物料粘度对气体的阻碍，使气体不能完全排出。尤其是随着浇注制品的体积增大，气体更加难以排出。

④问题或类似问题的现有解决方案及其缺点

最终成型的制品表面有很多气孔，不仅影响制品使用寿命，同时也影响美观，通常是经过热处理后进行修补的方法将表面气孔覆盖，缺点是增加了生产工序，人力成本，而且修补后与本体结合强度不够，容易脱落。

⑤新系统的要求

在不增加或是有限增加成本的情况下，使浇注成型耐火材料制品表面没有气泡，或是气泡很小可忽略。

二、解题过程

（1）功能分析

（2）“因果分析”或者“失效分析”

对浇注成型制品表面气孔因果分析见图2 所示。

（3）冲突区域确定（问题关键点 ）

1. 成型过程中振动时间有限，气体不能完全排出

2. 物料粘度较大，空气不易排出。

（4）理想解分析

    次理想解：被卷入空气量有限，最终表面气泡很少并且很小。

（5）可用资源分析

（6）问题解决

工具一：冲突解决理论

① 冲突描述：

冲突一:

成型过程中，为了保证制品表面平整无气孔，振动时间应该长，有利于气体排出，但容易偏析，各部分性能不一致

冲突二:

成型过程中，为了有利于气体排出气泡排出保证制品无气孔，浇注料粘度应该小，加水量应提高，但制品最终强度较低。

② 转换成TRIZ 标准冲突：

冲突一 ：改进特性（表面形貌）—形状，系统恶化特性（性能一致性）-可靠性。

冲突二：系统改进特性（表面形貌）—形状，系统恶化特性-强度。

③ 查找冲突矩阵，结合专业，选择原理 10 预操作，30 柔性壳体或薄膜 

④ 依据选定的发明原理，得到问题的解：

按冲突1

方案一：预操作原理，在浇注料加入模具之前，用真空搅拌除去浇注料中混入的空气，但设备投资较大，不适合实际生产使用。

按冲突2

方案二：预操作原理，在浇注料混合过程中加入消泡剂，预先使浇注料中气泡减少，进一步在振动成型过程中排出气泡，如此可使最终制品中的气泡减少，也有利于消除制品表面气孔。但要考虑消泡剂的加入量，只能应用于附加值高的产品。

方案三：柔性壳体或薄膜原理，浇注成型过程中气体卷入不可避免，且部分气体不易排出，考虑在模具内将制品靠近模具表面的气泡消除。具体做法是在模具表面涂覆一层具有一定吸水能力的吸水层，通过该系水层的吸附作用将表面的气泡吸收掉。该吸水层可以是石膏、纤维纸、滤纸等，该方法简单易操作，且成本没有明显增加，脱模后制品表面平整不需要后期修补。

工具二：物质-场分析及76个标准解

按冲突1

①  建立问题的物质-场模型；

A.确定系统的物质和场：物料 、振动台 、 机械力场

B.建立物质-场模型：

②  根据所建问题的物质-场模型，应用标准解解决流程，确定问题的通解；

从标准解的流程看，该系统存在不足作用，要采用第一类“物质-场的构建和拆解”中的 “改进不充分系统的性能”， 选定如下：

图3 振动台排出气泡的物质-场模型

No.3  系统不可改变，但许使用一个永久或暂时的外部附加成分。

方案四：依据No.3标准解，得到问题的解如下：

在振动成型模具上连接真空除气装置，给气泡上浮提供一个动力，相对减弱物料对气泡的阻力，加速气泡上浮，物料中的气孔减少。但这样以来，设备成本大大增加，导致最终制品成本升高，缺乏竞争力。

按冲突2

① 建立问题的物质-场模型；

A.确定系统的物质和场：物料 、气体 、 化学场

B.建立物质-场模型：

                  图4物料中气泡排出的物质-场模型

②  根据所建问题的物质-场模型，应用标准解解决流程，确定问题的通解；

    从标准解的流程看，需要采用第一类“物质-场的构建和拆解”中的 “消除或抵消有害作用”。选定如下：

（1）No.9 当前设计中同时存在有用和有害作用，S1 和S2 不必直接接触，引入S3

消除有害作用。

（2）No.12 在一个系统中有用及有害效应同时存在，且必须处于接触状态。增加F2

抵消F1 的有害效应，或获得一个有用的附加效应。

③  依据选定的标准解，得到问题的解决方案；

方案五：依据No.9标准解，得到问题的解如下:

考虑在模具表面涂覆一层具有一定吸水能力的吸水层，通过该系水层的吸附作用将表面的气泡吸收掉。没有了气泡，就没有了物料对气泡的阻碍作用。该吸水层可以是石膏、纤维纸、滤纸等，该方法简单易操作，且成本没有明显增加，脱模后制品表面平整不需要后期修补。

方案六：依据No.12标准解，得到问题的解如下

在振动成型模具上连接真空除气装置，给气泡上浮提供一个动力，相对减弱物料对气泡的阻力，加速气泡上浮，物料中的气孔减少。但这样以来，设备成本大大增加，导致最终制品成本升高，缺乏竞争力。

三、最终方案

最终解为：

1. 混料过程中加入消泡剂，减少气泡的产生。

2. 在模具内壁附上一层具有一定吸水能力的涂层，将靠近模具表面的气泡吸收掉。上述可用方案汇总：

依据上面得到的若干创新解，通过评价，确定最优解。

最终解为在浇注料混合过程中加入消泡剂，预先使浇注料中气泡减少，同时在模具表面涂覆一层具有一定吸水能力的吸水层，通过该系水层的吸附作用将靠近模具表面附近的气泡吸收掉。

四、创新点

通过采用消泡和吸泡技术，使浇注制品表面气孔减少。

五、形成的知识产权情况 

注：专利类型包括国内实用新型、国内发明、国外专利等

六、应用情况及范围

通过对模具表面进行处理，浇注制品表面气孔基本消除。

七、产生的经济效益或社会效益