【大学课件】无机非金属材料成型工艺

1、 第六章第六章 无机非金属材料成型工艺无机非金属材料成型工艺 本章主要内容：本章主要内容： 6.1 概述概述 6.2 注浆成型注浆成型 6.3 可塑成型可塑成型 6.4 压制成型压制成型 6.5 玻璃熔体成型玻璃熔体成型 6.1 概述 一、成型的概念一、成型的概念 借助外力或模型将配合料制成的浆体、可塑泥借助外力或模型将配合料制成的浆体、可塑泥 团、半干粉料或熔融体，变成具有一定尺寸、团、半干粉料或熔融体，变成具有一定尺寸、 形状和强度的坯体或制品的过程。形状和强度的坯体或制品的过程。 二、成型步骤二、成型步骤 1、物料在外力作用下流动及、物料在外力作用下流动及变形变形 2、通过不同机制而、通

2、过不同机制而定形定形 各种无机胶凝材料浆体：形成水化产物而固化；各种无机胶凝材料浆体：形成水化产物而固化； 陶瓷泥料的可塑成型：粘土的可塑性；陶瓷泥料的可塑成型：粘土的可塑性； 陶瓷泥浆的注浆成型：石膏模吸取水分，泥浆变陶瓷泥浆的注浆成型：石膏模吸取水分，泥浆变 为可塑体；为可塑体； 陶瓷粉料的压制成型：依靠压力使粉料颗粒靠拢陶瓷粉料的压制成型：依靠压力使粉料颗粒靠拢 产生范德华力和氢键；产生范德华力和氢键； 熔融体：依靠粘度随温度降低而迅速增长而定形。熔融体：依靠粘度随温度降低而迅速增长而定形。 三、成型辅助剂三、成型辅助剂 1、稳定剂、稳定剂 某些通过烧结成型的无机非金属材料在加热过某些通

3、过烧结成型的无机非金属材料在加热过 程中由于生成新化合物或晶型转变而引起膨胀。程中由于生成新化合物或晶型转变而引起膨胀。 为了阻止或减轻由于热加工中生成新化合物或晶为了阻止或减轻由于热加工中生成新化合物或晶 型转变而引起的膨胀，须参加少量稳定剂。如氧型转变而引起的膨胀，须参加少量稳定剂。如氧 化锆制品中参加少量化锆制品中参加少量CaO作为稳定剂。作为稳定剂。 2、促凝剂、促凝剂 使粘结剂凝结硬化的外加物。使粘结剂凝结硬化的外加物。 3、抑制剂、抑制剂 为抑制某些物理化学反响而参加的少量物质。为抑制某些物理化学反响而参加的少量物质。 4、增塑剂、增塑剂 能提高泥料可塑性的物质。能提高泥料可塑性的

4、物质。 5、减水剂、减水剂 降低拌合料用水量的作用，或用水量不变的情况下，降低拌合料用水量的作用，或用水量不变的情况下， 起到增大流动性或可塑性的作用。起到增大流动性或可塑性的作用。 6、发泡剂、发泡剂 形成微小泡沫，使材料具有闭口或连通气孔结构。形成微小泡沫，使材料具有闭口或连通气孔结构。 7、膨胀剂、膨胀剂 膨胀剂能局部消除制品在高温和冷却过程中由于收缩膨胀剂能局部消除制品在高温和冷却过程中由于收缩 而造成的裂缝或剥落。而造成的裂缝或剥落。 8、分散剂、分散剂 分散剂是能促使固体粒子的絮凝团或液滴分散为单体分散剂是能促使固体粒子的絮凝团或液滴分散为单体 微粒子，并悬浮于液体之中。微粒子，并

5、悬浮于液体之中。 9、消泡剂、消泡剂 排除各种混合料中的气泡。排除各种混合料中的气泡。 10、脱模剂、脱模剂 6.2 注浆成型注浆成型 一、注浆成型概念一、注浆成型概念 注浆成型是利用石膏模的吸水性，将具有流动注浆成型是利用石膏模的吸水性，将具有流动 性的泥浆注入石膏模内，使泥浆分散地粘附在性的泥浆注入石膏模内，使泥浆分散地粘附在 模壁上，形成与模型相同形状的泥层，并随着模壁上，形成与模型相同形状的泥层，并随着 时间的延长而逐渐增厚，当到达一定程度时，时间的延长而逐渐增厚，当到达一定程度时， 经枯燥收缩与模壁脱离，然后脱模取出，坯体经枯燥收缩与模壁脱离，然后脱模取出，坯体 制成。制成。 二、注

6、浆成型对泥浆的要求二、注浆成型对泥浆的要求 1、流动性好、流动性好 此是注浆成型的首要条件。流动性好，浆料才能此是注浆成型的首要条件。流动性好，浆料才能 在管道中流动并能充满模型的各个部位。影响泥在管道中流动并能充满模型的各个部位。影响泥 浆的流变性质的因素有：浆的流变性质的因素有： 1固相含量、颗粒尺寸和形状固相含量、颗粒尺寸和形状 2温度温度 3粘土及泥浆处理方法粘土及泥浆处理方法 4稀释剂电解质稀释剂电解质 具有水化能力强的一价阳离子；具有水化能力强的一价阳离子； 能提供能提供OH-,使分散系统呈碱性；使分散系统呈碱性； 阴离子能与粘土中有些离子形成难溶的盐类。阴离子能与粘土中有些离子形

7、成难溶的盐类。 2、稳定性好：稳定性好：久置各组分颗粒不会沉淀。久置各组分颗粒不会沉淀。 3、适当的触变性：适当的触变性：既要便于泥浆的输送，又要求既要便于泥浆的输送，又要求 脱模后的坯体不致受轻微振动就软塌。脱模后的坯体不致受轻微振动就软塌。 4、含水量少：含水量少：保证流动性的前提下尽量减少含水保证流动性的前提下尽量减少含水 量。量。 5、滤过性好：滤过性好：使泥浆中的水分能顺利通过模型壁使泥浆中的水分能顺利通过模型壁 上的泥层被模型吸收。上的泥层被模型吸收。 6、形成的坯体要有足够的强度形成的坯体要有足够的强度 三、注浆成型的物理化学变化三、注浆成型的物理化学变化 注浆成型时既发生物理脱

8、水过程，又发生化学注浆成型时既发生物理脱水过程，又发生化学 凝聚过程，且前者是主要的。凝聚过程，且前者是主要的。 1、物理脱水过程、物理脱水过程 泥浆注入石膏模型后，在毛细管力的作用下，泥浆注入石膏模型后，在毛细管力的作用下， 泥浆中的水沿着毛细管排出后被吸入石膏模毛泥浆中的水沿着毛细管排出后被吸入石膏模毛 细管内。可以认为毛细管力是泥浆脱水过程的细管内。可以认为毛细管力是泥浆脱水过程的 推动力。推动力。 2、化学凝聚过程、化学凝聚过程 泥浆与石膏接触时，在其接触外表上溶有一泥浆与石膏接触时，在其接触外表上溶有一 定数量的定数量的CaSO4，它与泥浆中的，它与泥浆中的Na-粘土和水粘土和水 玻

9、璃发生离子交换反响，使得靠近石膏模外表玻璃发生离子交换反响，使得靠近石膏模外表 的一层的一层Na-粘土变成粘土变成Ca-粘土，泥浆由悬浮状态粘土，泥浆由悬浮状态 转变为聚沉。石膏起到絮凝剂的作用，促进泥转变为聚沉。石膏起到絮凝剂的作用，促进泥 浆絮凝硬化，缩短了成坯时间。浆絮凝硬化，缩短了成坯时间。 Na-粘土粘土+CaSO4+Na2SiO3 C a - 粘 土粘 土 + C a S i O 3 +Na2SO4 四、成型速度四、成型速度 提高吸浆速度的方法：提高吸浆速度的方法： 1减少模型的阻力减少模型的阻力 模型的阻力主要通过改变模型制造工艺来加模型的阻力主要通过改变模型制造工艺来加 以控制

10、。以控制。 一般可以用增加熟石膏与水的比值；适一般可以用增加熟石膏与水的比值；适 当延长石膏浆的搅拌时间；真空处理石膏浆等方当延长石膏浆的搅拌时间；真空处理石膏浆等方 法。法。 2减少坯料的阻力减少坯料的阻力 坯浆料的阻力取决于其结构，而后者又由泥浆坯浆料的阻力取决于其结构，而后者又由泥浆 的组成、浓度及添加物的种类等因素所决定。的组成、浓度及添加物的种类等因素所决定。 适当减少塑性原料，增多瘠性原料；适当增加适当减少塑性原料，增多瘠性原料；适当增加 泥浆颗粒度；使用稀释剂。泥浆颗粒度；使用稀释剂。 3提高吸浆过程的推动力提高吸浆过程的推动力 压力注浆、离心注浆压力注浆、离心注浆 4提高泥浆和

11、模型的温度提高泥浆和模型的温度 温度升高，水的粘度下降，泥浆粘度也因而温度升高，水的粘度下降，泥浆粘度也因而 降低，流动性增大。实践证明，假设泥浆温度降低，流动性增大。实践证明，假设泥浆温度 为为35 40 ，模型温度为，模型温度为35左右，那么吸左右，那么吸 浆时间可缩短一半，脱模时间也相应缩短。浆时间可缩短一半，脱模时间也相应缩短。 五、成型方法五、成型方法 1、根本注浆方法、根本注浆方法 空心注浆单面注浆空心注浆单面注浆 单面注浆是将泥浆注入模型中，待泥浆在模单面注浆是将泥浆注入模型中，待泥浆在模 型中停留一段时间形成一定厚度的坯体后，倒型中停留一段时间形成一定厚度的坯体后，倒 出多余的

12、泥浆。随后带模干操，待注件枯燥收出多余的泥浆。随后带模干操，待注件枯燥收 缩脱模后，取出注件。缩脱模后，取出注件。 适于薄壁类小型坯件的成型。适于薄壁类小型坯件的成型。 实心注浆双面注浆实心注浆双面注浆 实心注浆是将泥浆注入石膏外模与模芯之实心注浆是将泥浆注入石膏外模与模芯之 间，泥浆被模型与模芯的工作面两面吸水，坯间，泥浆被模型与模芯的工作面两面吸水，坯 体的内部形状由模芯决定。注浆后，不需倒出体的内部形状由模芯决定。注浆后，不需倒出 余浆。余浆。 2、加速注浆的方法、加速注浆的方法 1压力注浆压力注浆 ：将施有一定压力的泥浆通过管：将施有一定压力的泥浆通过管 道压入模型内，待坯体成型后再取

13、消压力。道压入模型内，待坯体成型后再取消压力。 微压注浆：泥浆的压力可通过提高泥槽高度，利微压注浆：泥浆的压力可通过提高泥槽高度，利 用泥浆自身的位能提供，对石膏模无特殊要求。用泥浆自身的位能提供，对石膏模无特殊要求。 中、高压注浆中、高压注浆 ：泥浆的压力通过压缩空气引入，：泥浆的压力通过压缩空气引入， 需考虑模型的承受能力。需考虑模型的承受能力。 2离心注浆离心注浆 该方法是在模型旋转运动的情况下，将泥浆该方法是在模型旋转运动的情况下，将泥浆 注入模型中。由于离心力的作用，泥浆紧靠模注入模型中。由于离心力的作用，泥浆紧靠模 壁脱水后形成坯体。这种方法得到的坯体厚度壁脱水后形成坯体。这种方法

14、得到的坯体厚度 较均匀，变形较少。较均匀，变形较少。 3真空注浆真空注浆 一种方式是在石膏模外面抽取真空，增大模一种方式是在石膏模外面抽取真空，增大模 型内外压力差；另一种方式是在真空室中全部型内外压力差；另一种方式是在真空室中全部 处于负压下注浆。真空注浆可加速坯体形成，处于负压下注浆。真空注浆可加速坯体形成， 提高坯体致密度和强度。提高坯体致密度和强度。 6.3 可塑成型可塑成型 一、概念一、概念 可塑成型法是利用模具或刀具等运动所造成可塑成型法是利用模具或刀具等运动所造成 的压力、剪力、挤压等外力对具有可塑性的坯的压力、剪力、挤压等外力对具有可塑性的坯 料进行加工，迫使坯料在外力作用下发

15、生可塑料进行加工，迫使坯料在外力作用下发生可塑 变形而制成一定规格坯体的成型方法。变形而制成一定规格坯体的成型方法。 二、可塑成型工艺原理二、可塑成型工艺原理 可塑成型主要依赖于坯料具有可塑性，其成型的可塑成型主要依赖于坯料具有可塑性，其成型的 根本原理是当可塑坯料泥团受到高于某一数值剪根本原理是当可塑坯料泥团受到高于某一数值剪 切应力的作用后，泥团就会产生延伸变形，即塑切应力的作用后，泥团就会产生延伸变形，即塑 性变形，随着应力加大和时间延长，变形量增加，性变形，随着应力加大和时间延长，变形量增加， 当到达要求的变形量时去除外加应力，变形的泥当到达要求的变形量时去除外加应力，变形的泥 团能永

16、久保持其形状。团能永久保持其形状。 三、影响可塑性的因素三、影响可塑性的因素 1、矿物种类的影响、矿物种类的影响 伊利石伊利石高岭石高岭石蒙脱石。蒙脱石。 2、固体颗粒大小和形状的影响、固体颗粒大小和形状的影响 3、吸附阳离子种类的影响、吸附阳离子种类的影响 Al3+Ba2+Mg2+Ca2+NH4+K+Na+Li+ 4、液体介质数量和性质的影响、液体介质数量和性质的影响 四、成型方法四、成型方法 1、挤压成型、挤压成型 挤压成型法，是将可塑坯料团经真空挤压成型挤压成型法，是将可塑坯料团经真空挤压成型 机的螺旋或活塞挤压向前，再经过机头模具挤机的螺旋或活塞挤压向前，再经过机头模具挤 压成各种管状

17、、棒状，及断面和中孔一致的产压成各种管状、棒状，及断面和中孔一致的产 品。品。 2、车坯成型、车坯成型 车坯成型，是在车床上将挤压成型的泥段再加工车坯成型，是在车床上将挤压成型的泥段再加工 成外形复杂的柱状制品。成外形复杂的柱状制品。 干车，泥段含水干车，泥段含水611。干车坯体尺寸精确，。干车坯体尺寸精确， 但粉尘大，效率低，刀具磨损大，已逐渐由湿车但粉尘大，效率低，刀具磨损大，已逐渐由湿车 替代。替代。 湿车，泥段含水湿车，泥段含水1618。精度低，有变形。精度低，有变形。 3、旋坯成型、旋坯成型 主要利用作旋转运动的石膏模与只能上下运动主要利用作旋转运动的石膏模与只能上下运动 的样板刀来

18、成型。操作时，将经过真空练泥的的样板刀来成型。操作时，将经过真空练泥的 塑性泥料适量放在石膏模中，石膏模随着旋压塑性泥料适量放在石膏模中，石膏模随着旋压 机上的模座转动，然后样板刀徐徐压下接触泥机上的模座转动，然后样板刀徐徐压下接触泥 科，由于石膏模的旋转和样板刀的压力，泥料科，由于石膏模的旋转和样板刀的压力，泥料 均匀地分布于模型内表而余泥那么贴在样板均匀地分布于模型内表而余泥那么贴在样板 刀向上爬，及时清理掉。刀向上爬，及时清理掉。 内旋：石膏模内凹，模型内壁决定坯体的外形，内旋：石膏模内凹，模型内壁决定坯体的外形， 型刀决定坯体内部形状。适用于杯、碗等深腔型刀决定坯体内部形状。适用于杯、

19、碗等深腔 制品成型。制品成型。 外旋：石膏模突起，坯体的内外表取决于模型外旋：石膏模突起，坯体的内外表取决于模型 的形状，坯体的外外表由型刀旋压出来。适用的形状，坯体的外外表由型刀旋压出来。适用 于盘、碟等扁平制品成型。于盘、碟等扁平制品成型。 4、滚压成型、滚压成型 滚压成型是由旋坯法开展而得，把扁平的型滚压成型是由旋坯法开展而得，把扁平的型 刀改变成尖锥形或圆柱形的回转体刀改变成尖锥形或圆柱形的回转体滚压头。滚压头。 内滚内滚 外滚外滚 6.4 压制成型压制成型 一、压制成型概念一、压制成型概念 压制成型是指将具有一定可塑性的泥料坯料压制成型是指将具有一定可塑性的泥料坯料 置于金属模具中，

20、然后施加一定压力而制得所需置于金属模具中，然后施加一定压力而制得所需 的形状、尺寸和致密度的产品坯体。的形状、尺寸和致密度的产品坯体。 砖瓦、耐火材料、建筑陶瓷、磨具、人造石及砖瓦、耐火材料、建筑陶瓷、磨具、人造石及 局部特种陶瓷等局部特种陶瓷等 。 二、压制成型工艺原理二、压制成型工艺原理 1、粉料的工艺性质、粉料的工艺性质 1粒度和粒度分布粒度和粒度分布 粒度是指粉料的颗粒大小，压制粉料的粒度是粒度是指粉料的颗粒大小，压制粉料的粒度是 由许多小颗粒组成的粒团，比真实的固体颗粒大由许多小颗粒组成的粒团，比真实的固体颗粒大 得多，因而要先经过得多，因而要先经过“造粒造粒 。 粒度分布是指不同大

21、小颗粒所占的百分比。粒度分布是指不同大小颗粒所占的百分比。 2粉料的流动性粉料的流动性 当粉料堆积到一定高度后，会向四周流动，始当粉料堆积到一定高度后，会向四周流动，始 终保持为圆锥体且自然安息角终保持为圆锥体且自然安息角保持不变的性质。保持不变的性质。 3粉料的含水率粉料的含水率 粉料的含水率可直接影响压制成型时的性能。粉料的含水率可直接影响压制成型时的性能。 适当适当 均匀均匀 4粉料的拱桥效应粉料的拱桥效应 粉料自由堆积的孔隙率往往比理论计算值大得粉料自由堆积的孔隙率往往比理论计算值大得 多。这是因为实际粉料不是球形，加上外表粗多。这是因为实际粉料不是球形，加上外表粗 糙，结果颗粒相互交

22、错咬合，形成拱桥形空间，糙，结果颗粒相互交错咬合，形成拱桥形空间， 增大孔隙率，这种现象称为拱桥效应。增大孔隙率，这种现象称为拱桥效应。 2、压制过程中坯体的变化、压制过程中坯体的变化 1密度变化密度变化 第一阶段：密度急剧增加，迅速形成坯体；第一阶段：密度急剧增加，迅速形成坯体； 第二阶段：压力继续增加时，坯体密度增加缓第二阶段：压力继续增加时，坯体密度增加缓 慢，后期几乎无变化；慢，后期几乎无变化； 第三阶段：压力超过某一数值后，坯体密度又第三阶段：压力超过某一数值后，坯体密度又 随压力增大而提高。随压力增大而提高。 提高压制成型坯体密度的几种途径：提高压制成型坯体密度的几种途径： 1减少

23、粉料装模时自由堆积的孔隙率。减少粉料装模时自由堆积的孔隙率。 2增加压制压力，可使坯体孔隙率减少。增加压制压力，可使坯体孔隙率减少。 3延长加压时间，可以提高坯体的致密延长加压时间，可以提高坯体的致密 度，降低坯体的气孔率。度，降低坯体的气孔率。 4减小颗粒间内摩擦力，能使坯体气孔减小颗粒间内摩擦力，能使坯体气孔 率降低。率降低。 2强度变化强度变化 第一阶段：压力较低，颗粒接触面积小，强度第一阶段：压力较低，颗粒接触面积小，强度 来自于颗粒之间的机械咬合作用，强来自于颗粒之间的机械咬合作用，强 度不大；度不大； 第二阶段：压力增加，颗粒发生变形，接触面积第二阶段：压力增加，颗粒发生变形，接触

24、面积 大大增加，出现原子间力的相互作用，大大增加，出现原子间力的相互作用， 强度直线增加；强度直线增加； 第三阶段：强度变化平坦。第三阶段：强度变化平坦。 3坯体中压力的分布坯体中压力的分布 问题：坯体压力分布不均匀，导致各部位密度问题：坯体压力分布不均匀，导致各部位密度 不均匀。不均匀。 原因：内、外摩擦力阻碍了压力的传递原因：内、外摩擦力阻碍了压力的传递 现象：上面大，下面小；中间大，两边小；现象：上面大，下面小；中间大，两边小； H/D越大，压力分布越不均匀；越大，压力分布越不均匀； 结果：各部位密度不同，烧成时收缩不同，易结果：各部位密度不同，烧成时收缩不同，易 产生变形和开裂。产生变

25、形和开裂。 3、加压制度及压制操作对坯体质量的影响、加压制度及压制操作对坯体质量的影响 1填料方式与填料操作填料方式与填料操作 快速而均匀快速而均匀 2成型压力确实定成型压力确实定 净压力：克服粉料的阻力净压力：克服粉料的阻力P1。包括内摩擦力和变。包括内摩擦力和变 形所需的力。形所需的力。 消耗压力：克服颗粒与模壁摩擦所消耗的力消耗压力：克服颗粒与模壁摩擦所消耗的力P2。 成型压力是成型压力是P1+ P2的总和。的总和。 3加压方式和加压操作加压方式和加压操作 加压方式：单面加压加压方式：单面加压 双面加压双面加压 等静压等静压 加压操作：屡次加压，一轻、二重、慢提起加压操作：屡次加压，一轻

26、、二重、慢提起 同时加压同时加压 先后加压先后加压 三、成型方法三、成型方法 1、干压或半干压成型、干压或半干压成型 干压或半干压成型是以坯料的含水量来划分，干压或半干压成型是以坯料的含水量来划分， 干压成型压力较大时，要求粉料的含水率要低、干压成型压力较大时，要求粉料的含水率要低、 反之应高些。成型时将坯料置于钢模中，由压机反之应高些。成型时将坯料置于钢模中，由压机 加压即可。加压即可。 2、等静压成型、等静压成型 等静压成型是近几十年来开展起来的新型压制成等静压成型是近几十年来开展起来的新型压制成 型方法。它是利用液体、气体或弹性体等的不可型方法。它是利用液体、气体或弹性体等的不可 压缩性

27、和均匀传递压力的特性来实现均匀施压成压缩性和均匀传递压力的特性来实现均匀施压成 型。型。 等等 静静 压压 成成 型型 示示 意意 图图 6.5 玻璃熔体成型玻璃熔体成型 一、概述一、概述 玻璃的成型是指从熔融的玻璃液转变为具有固玻璃的成型是指从熔融的玻璃液转变为具有固 定几何形状的制品的过程。定几何形状的制品的过程。 成型方法有吹制法成型方法有吹制法(空心玻璃制品空心玻璃制品)、压制法、压制法(某某 些容器玻璃些容器玻璃)、压延法、压延法(压花玻璃压花玻璃)、浮法、浮法(平板平板 玻璃玻璃)、拉制法、拉制法(平板玻璃平板玻璃)等。等。 二、日用玻璃的成型二、日用玻璃的成型 1、人工成型、人工

28、成型 目前最常用的是人工吹制法。目前最常用的是人工吹制法。 主要工序：挑料、吹小泡、吹制、加工主要工序：挑料、吹小泡、吹制、加工 2、机械成型法、机械成型法 机械成型可以分为供料与成型两大局部。机械成型可以分为供料与成型两大局部。 供料：供料： 液流供料：利用池窑中玻璃液本身的流动性进行连液流供料：利用池窑中玻璃液本身的流动性进行连 续供料。如平板玻璃池窑的通路。续供料。如平板玻璃池窑的通路。 真空吸料：在真空作用下将玻璃液吸出池窑进行供真空吸料：在真空作用下将玻璃液吸出池窑进行供 料。料。 吸料头吸料和雏形模吸料吸料头吸料和雏形模吸料 滴料供料：玻璃液流出，到达所要求的成型温度，滴料供料：玻璃液流出，到达所要求的成型温度， 由供料机制成一定重量和形状料滴送入成型机的由供料机制成一定重量和形状料滴送入成型机的 模型中。模型中。 成型：成型：通常有压制法与吹制法两种通常有压制法与吹制法两种 。 压制法压制法 吹制法：压吹制法：压-吹法、吹吹法、吹-吹法吹法 三、平板玻璃的成型三、平板