第六章粉体成型工艺

1、第六章粉体成型工艺无机非金属材料生产工艺总体上讲可以分为三个阶段：即制粉、成型和焙 烧。只是根据材料品种的不同可以有不同的排列顺序。陶瓷和耐火材料生产工艺通常为：制粉 成型 烧成。陶瓷成型在工艺上具有特殊重要的地位。 因陶 瓷坯体是一种粉末的集合体，它只有在烧成之后才能得到所期望的性能。为了 得到所期望的结构和性能，一种理想的粉末原料和均匀的混合是前提条件。可以说，粉末制备己对最终产品起作用，只有理想的粉体和正确的成型才能保证 产品质量。粉体成型是通过外力，把粉末或其聚集体制作成具有一定尺寸、 形 状和强度的坯体或制品。通常又与最佳均匀化，致密化等联系在一起。粉体成 型方法众多，产品的形状、尺

2、寸以及用途和技术经济指标决定了成型方法的选 择。耐火粉料借助于外力和模型，成为具有一定尺寸、形状和强度的坯体或制 品的过程叫成型。压制和成型是耐火材料生产工艺过程中的重要环节。耐火材料成型方法很多，包括特殊耐火材料在内有数十种之多。按坯体含水量的多少， 成型方法可分为如下三种：半干法一坯料水份5流右；可塑法一坯料水份15流右；注浆法一坯料水份40流右。对于一般耐火制品，大多采用半干法成型。至于采用什么成型方法，主要 取决于坯料性质、制品的形状、尺寸以及工艺要求。可塑法有时用来制造大的 异形制品；注浆法主要用来生产中空薄壁的高级耐火制品及特种耐火制品，如氧化物，熔融莫来石、石英陶瓷制品、含锆莫来

3、石制品、纯镁质制品等。除上 述方法外，还有振动成型，500r 1500C的热压成型，等静压成型等等。第一节压制成型压制成型是陶瓷中的重要成型方法之一，是通常耐火制品的最主要成型方法。这时，压力连续地或多次地通过压头传递到在模型中的粉末体上。在高压下粉末体致密化而形成具有一定形状、尺寸和强度的坯体。而在等静压成型 中，液体压力通过柔性模传递到粉体上。等静压成型只是一种特殊的压制成型。 压制成型中，通过泥料（粉末团聚体）内摩擦，与模壁的摩擦及质点和桥接的弹 性变形，塑性变形，以及颗粒的再破碎等等消耗能量（功）。成型坯体的致密度 和消耗能量主要受泥料性质和机械的压力一时间过程的影响。压制成型通常可分

4、为干法、 半干法和湿法压制。 目前尚无统一的分类标准。 在粉体 (团聚体 ) 方法技术中一般采用下列标准：1、干法压制：泥料含 05%的水( 包括润滑界质和其它液态加入物 ) ；2、半干法压制：泥料含水 58%；3、湿法压制：泥料含水 818%。在英、美的标准解释中， 则只将压制区分为干法和湿法压制两类。 也有人 认为，对于不同性质的泥料， 划分干法和湿法压制的含水量应是不同的。 视泥 料种类不同，对应于某一压力， 能达到坯体的最大致密化所对应的水份含量是 不同的。另外，压制成型中还包括加热压制，即粉体在加热下压制。通常分为：热 压制，即焦油，沥青，石腊或合成结合剂，包括硅酸盐熔体相在加热，粘

5、度降 低下压制而达到更好的致密化；高温压制，即对 SiC, Si3Z等特种材料，难以 烧结，通过高温和压力同时作用在粉体上， 增加固体的烧结反应， 而达到更致 密化或具有更合理的显微结构。捣打成型和压力振动成型也属于压制成型。在耐火材料制品大多数采用干法或半干法压制成型， 这是由干法或半干法 压制的特点决定的。 (1) 干法或半干法压制的模具成本高，只有大量生产同一 品种时才是经济的； (2) 干法或半干法压制最适宜于成型几何尺寸不太大，长 宽尺寸相差也不太大， 形状不太复杂的制品。 形状太复杂使模具结构复杂， 成 本高；尺寸大时要求高压的压机。受压方向尺寸大会引起坯体密度相差太大。 (3)

6、为了达到最佳的压制性能对泥料的颗粒组成和颗粒形状有一定的要求。 (4) 由于坯体含水量少，干燥工艺可以简化或去掉，干燥废品少，工艺简单。 (5) 坯体致密度大，强度大，烧成收缩 ( 或膨胀 )通常较小，易于控制成品尺寸。一、压制粉料的工艺性质压制过程中，松散的泥料在压力作用下发生颗粒重新排布，弹性形变和 破碎，排出空气，颗粒结合成具有一定形状和尺寸的坯体。泥料是固体粉料， 水和空气的三相系统。 粉料是固体颗粒的集合体， 属于粗分散物系。 压制粉料 的工艺性质主要是：1 、粒度和粒度分布及颗粒形状 从生产实践中可知，很细或很粗的粉料，在一定压力下被挤压成型的能力 较差 。另外，细粉加压成型时，分

7、布在颗粒间的大量空气会沿着与加压方向 垂直的平面逸出，产生层裂。粉料的颗粒形状主要是由物料的性质和破碎设备有关， 通常片状颗粒对压 制成型不利，有棱角的等尺寸颗粒较为理想。含有不同粒度的粉料成型后密度和强度均高，这可由下述粉料的堆积性质 来说明。2、粉料的堆积特征由于粉料的形状不规则，表面粗糙使堆积起来的粉体颗粒间存在着大量的 空隙。粉料颗粒的堆积密度与堆积形式和粒度分布有关。显然，堆积密度越大， 则在坯体的密实过程中，需要填充的空隙或需要排出的空气就越少， 故在其它 条件相同的情况下，可望获得质量更高的坯体。因此，只有符合紧密堆积的颗 粒组成，才有得到致密坯体的可能。生产实际中，粗颗粒和细粉

8、混合后，其填充容积如图 6-1所示，单一粗颗 粒的充填容积为C,单一细粉的填充容积为F，固体部分的真体积为DE如果 只是粗颗粒和细颗粒堆积体的容积置换， 则混合体的总容积沿CR強化。由于 实际上存在细颗粒充填粗颗粒间隙，所以实际容积沿 CAF曲线变化。图6-1两种粒度混合物填充容积图6-2理想的紧密填充实际生产中往往采用粗颗粒，中颗粒和细粉三种颗粒的粉料。这时理想的 堆积应该是：粗颗粒构成框架，中颗粒填充于粗颗粒构成的空隙中，细粉再填 充于中颗粒与粗颗粒构成的空隙中，如图6-2所示。虽然理想的堆积是难以实 现的，但三组分粉料的较为理想的堆积己为实验和生产所证实，如图6-3和6-4所示。通常堆积

9、密度最大的粒度组成为：粗颗粒 5565%中颗粒1030% 细粉1530%必须强调的一点是，粗，中，细颗粒的尺寸相差越大越好，一 般相差45倍以上方能有显著效果。在耐火材料制品生产中，以在可能的条件 下增加临界颗粒尺寸来增加颗粒尺寸级差。粉料按最紧密堆积理论进行堆积，在工艺上主要是用来满足气孔率，热震 稳定性的透气性的要求，但实际应用中，除考虑最紧密堆积原理外，还须根据 原料性质，颗粒形状，制品的成型压力，烧成条件和使用要求全面考虑。根据 耐火制品的性质要求，粒度组成可以进行适当的调整。例如为使制品烧后的气 孔率低，强度高，在粒度配合中可以适当增加细粉量以提高烧结强度。图6-5示出制品的性质和颗

10、粒组成的关系，从中可以看出颗粒调整的重要性。CO*«»Ui中审也直轻 “汀畫米，图6-3三种粒度混合物填充容积粒径：粗4.4毫米中0.07毫米细0.009毫米验结果图6-4物料堆积的气孔率虚线一计算结果；实线一实At枣卓=*1冲米<)氛】求卸不 «1）V*>h匕帖5.1皐*典1尊米以下<）/X盘大0塞棗豪素 4.1MAE1T那素凰下<c）图6-5耐火材料制品和颗粒组成的关系（a）气孔率；（b）常温耐压强度；（c）烧成收缩（d）透气性；（e）抗热震性成型压力对颗粒组成的影响，通常是在高压下适于粗颗粒多细粉少的配合 料。图6-6是取不连续颗粒时

11、在低压，高压下，将粗颗粒，细粉的填充容积各 以A1, A2及B1, B2表示，低压或高压下的最紧密填充分别为m, m（粗颗粒和细粉的粒径比假定是无限大的）。3、粉末的拱桥效应（或称桥接）粉料自由堆积的孔隙率往往要比理论计算值大得多。这是因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙，结果颗粒相互交错咬合，形成拱桥形空间，增大气孔 率。这种现象称为拱桥效应，如图6-7所示。当粉料颗粒B落在A上，粉料B 的自重为G,贝恠接角处产生反作用其合力为 P,大小与G相等，但方向相反， 若颗粒间附着力较小，则P不足以维持B的重量G便不会形成拱桥，颗粒 B落入空隙中。所以粗大而光滑的颗粒堆积在一起时，孔隙率不会很大。细颗

12、 粒的重量小，比表面大，颗粒间的附着力大，容易形成拱桥，如气流粉碎的 AbQ粉料，颗粒多为不规则的棱角形，自由堆积时的孔隙比球磨后的AbO颗粒要大些。图6-6成型压力造成的颗粒图6-7粉体堆积的拱桥效应组成的变化4、粉料的流动性粉料具有一定的流动性，以粉料自身的休止角来表示其特性。实际粉料的 流动性与其颗粒分布，颗粒的形状、大小、表面状态等因素有关。在成型中， 粉料的流动性决定着它在模型中的填充速度和填充程度，流动性差的粉料难以短时间内填满模具，影响压机的产量和坯体的质量，所以往往向粉料中加入润 滑剂以提高其流动性。5、粉料自身的物理化学性能干法（半干法）压制中要求粉料具有足够的结合性。因此

13、粉料中应含有结 合成份，也可以用添加具有结合能力的无机或有机的结合剂来完成。粉料表面 的活性、团聚性能等在超细粉料中也对成型有重大影响。以上只是简要阐述了压制粉料的重要工艺性质及其对压制的影响。实际上影响坯体压制性能的因素更为广泛，如坯料的水份含量及其均匀性；少量的表 面活性物质；脊性料的塑化剂、润滑剂；特别是混练工艺；团聚结构；再粉碎 程度等等也有很大的影响。总之，只有坯料质量良好，才能保证压制生产效率 高和坯体质量良好。、压制过程1、压制机理压制过程中，松散的物料没有足够的水份，必须施以较大的压力，借助于 压力的作用，坯料颗粒重新排布，发生塑性形变和脆性形变，空气排出，体积 缩小，坯料颗粒

14、紧密结合成具有一定尺寸，形状和强度的坯体。当固体颗粒被加入到模中，并施加压力时，由于下列机理会引起体积的缩 小而致密化，如图6-8所示。图6-8 压制的机理(1) 在低压时，颗粒发生重新排列而填充气孔产生紧密堆积。在此阶段能量主要消耗在克服颗粒间的摩擦力和颗粒与模具间的摩擦力，在细粉末情况 下，此阶段中内聚结构可能被破坏。（2）在较高压力下，引起颗粒的破碎，并通过碎粒的填充而致密，此阶段 起决定作用的是压制粉料颗粒的性质。（3）在高压下，通过塑性形变填充空间，这时颗粒间的点接触变成面接触，这种情况在金属粉末压制时及在湿法压制时是典型的，在脆性的陶瓷材料干压时，只有在特别咼的压力下可能出现， 或

15、在咼温压制时也会出现。咼粘度的塑 化剂也起这种作用。2、压制过程中坯体的变化压制过程中，随着压力的增加，松散的粉料迅速形成坯体。坯体的相对密 度的规律地发生变化。如图6-9所示。加压的第一阶段坯体的密度急剧增加； 第二阶段中压力继续增加时，坯体密度增加缓慢，后期几乎无变化；第三阶段 中压力超过某一数值（极限变形应力）后坯体的密度又随压力的增加而加大。塑 性材料的粉料压制时，第二阶段不明显，第一，第三阶段衔接。只有脆性材料 第二阶段才明显表现出来。压制过程坯体密度的变化可以定量的加以讨论 （图6-10）。若粉料在模型中 单方面受到均匀的压力P,则在不同的时间下孔隙率的变化为：时间 t=0 t=某

16、值 t=t极（极限值）咼度hohh极孔隙率vovv极（v-v极）表示在受压时间t内坯体孔隙率与极限孔隙率（即理论上能达到的 孔隙率）之差，也就是可能被压缩率。图6-9坯体密度与压力的关系图6-10压制过程中坯体孔隙率的变化在dt时间内，孔隙率差值的变化为d（v-v极）。孔隙率变化的速率为:d v v极dt它正比于可能被压缩的孔隙率（v-v极），后者愈大，愈易压紧，孔隙率变化速率也越大; 度)成反比，所以：改写成等式为:此外，这一变化速率与压力P成正比，与粉料内摩擦(粘d v v极P v v极dtd v v极P v v极=k-dt式中k与模型形状，粉料性质有关的比例系数。等号右边的“-”号表示孔

17、隙率降低。将上列方程移项：d vv极kPdtvv极进行不定积分得：In vkPtv极C利用边界条件确定积分常数C。当 t=0 时，v=vo所以C= In vov极代回原式：从上式可作如下讨论：(v -v 极)=vo v 极 e(1) 粉料装模时自由堆积的孔隙率 vo越小，则坯体成型后的孔隙率 V也越 小，因此，应控制粉料的粒度和级配，或采用振动加料减少 V0，从而可得到较 致密的坯体。(2) 增加压力P可使坯体孔隙率v减小，而且它们呈指数关系。实际生产 中受到设备结构的限制，以及坯体质量的要求 P值不能过大。(3) 延长加压时间，也可以降低坯体气孔率，但会降低生产率。(4) 减少颗粒间内摩擦力

18、也可使坯体气孔率降低。实际上，粉料经过造粒(可通过喷雾干燥)得到球形粒，加入成型润滑剂或采取一面加压一面升温(热压)等方法均可达到这种效果。(5) 坯体形状，尺寸及粉料性质对坯体密度的关系反映在数值影响上。压制过程中，粉料与模壁产生摩擦作用，导致压力损失。坏体的高度H与直径D比(H/D)愈大，压力损失也愈大，坯体密度更加不均匀。模具不够光滑，材料 硬度不够都会增加压力损失。模具结构不合理(出现锐角，尺寸急剧变化)某些 部位粉末不易填满，会降低坯体密度和密度分布不均匀。另一种确定压力与气孔率的关系的方法认为，使坯体获得一定密度的压 力，由下列三部分组成：(1)克服粉料颗粒间内摩擦力的压力 Pi；

19、 (2)克服粉料 颗粒与模具间的外摩擦力P2； (3)由于粉料水份、颗粒组成及其在模内填充的不均匀性，使压力的分布在某此部分呈现着不均匀性， 为了克服这种压力分布 不均匀性，所需要的过剩压力 R。所以，总压力应为：P总= R+P2+RP1、P2和P3间的比例关系，取决于一系列的因素，其中主要是粉料的分散度，颗粒组成，粉料水份，坯体的尺寸形状等等。用计算方法求出P1、P2和P3值是较困难的，通常用试验方法，近似地确定压制所需总压力P总。坯体的气孔率是衡量坯体质量的标准，采用机械压制，在坯体不产生弹性 变形的压力范围(10200MPa),坯体气孔率与压制压力间的关系，可用如下关 系式表示：=a-b

20、lgP式中 真气孔率，%a 、b常数P压制压力，Mpa在上式中，a与b之间，存在着一定的关系，不同物料压制时的数据列于表6-1和图6-113.f1MfJl 1»M TCrSo图6-11各种耐火材料气孔率与压力对数值的关系1 铬质；2 尖晶石质；3粒度为02毫米的镁质；4 粒度为02毫米的镁质;5橄榄石质；6 蛇纹石质；7锆质；8硅质；9含20%吉合粘土的粘土质各种硬度物料的坯料及砖坯的性质表6-1坯料序号物 料 名 称莫氏 硬度35毫米颗粒 气孔率，%真气孔率，%干坯气孔率，%相对致密度压缩坯料常数干 料湿 料P=200e 1P2=200 s 2aba/b1滑石1-75.480.22

21、9.410.265.3122.440.33.042粘土12-70.072.032.018.841.295.527.63.463菱镁石4.5<1.552.475.833.225.224.071.916.84.204电熔方镁石5.5<1.053.471.033.627.917.061.111.955.15石英岩7<1.552.964.637.030.018.970.814.74.816刚玉9<1.054.472.950.843.414.581.215.755.53注：1.所有坯 料的颗粒组成为：0.20.88毫米60% 0.880.060毫米40% 水份4.0%;2.试样为

22、圆柱体，直径 38毫米高为50毫米试验室小压机上压制。研究结果可得到如下结论：(1) 常数a及b取决于自然堆积粉料的气孔率信放料的硬度，气孔率增高，则a,b亦增高； 物料的硬度增高，则坯体的气孔率及a/b的比值也随之高；(3)物料的相对致密度与a/b比值间为反比关系(如图6-12)，因此a/b比 值可用来表示粉料趋于致密化的能力。曲图4-12 相对致密度 100%与a/b值的关系1从上述讨论可见，a，b取决于粉料的性质、颗粒形状、颗粒组成、水份及 被压制物料的物理性质，特别是它们的硬度。为了在给定压力下制得气孔率最低的坯体，可借助于实验，找出a/b比值最低的粉料组成及其加工方法，来达到预期的目

23、的。若要找出每种具体条件下压制关系式中的常数，则可以在两种不同压力 （最好其比值为1/5）下，对坯料进行压制，从实验确定出压力及真气孔率的数 值，解联立方程，即可求出常数 a及b的数值。以上压制过程定量分析都是以液压机压制试验为基础提出的。当粉料受到冲击压力时，如用摩擦压力机压制时，情况有所不同，生产经验表明，冲击更有利于粉体致密化，为使坯体达到同样的致密程度所需的静压力约为冲击压 力的1.52倍，即一台3000吨的液机与一台15002000吨的摩擦压力机的压 制效果相同。3、压制时的压力分布由于压制时压力用于克服颗粒之间的内摩擦力， 颗粒与模壁之间的外摩擦 力以及被压坯体料的变形，所以与压头

24、直接接触位置的物料，受到最大的压力, 达到最大的致密化，随着离开压头距离的增加，压力减少，近似的关系可用下式表示:kLPnP e R式中，Pn距受压面处的压强；P受压表面的压强；L距受压面的距离；R 坯体截面的水力半径；k 系数，k值与压制模壁与坯料之间的摩擦系数及坯料颗粒之间的摩擦系数有关, 为：k ftg45 2式中，f '坯体与模壁的外摩擦系数；坯料的自然休止角。L ekR因为坯料的气孔率取决于压强的数值，所以沿坯体高度方向，压强的落差 就决定了坯体的均匀程度。坯体的均匀程度可用 Pn及P的比值来估计。PnP当=1时，坯体可获得最大的均匀性，这在实际操作过程中是不可能达到 的。实

25、际坯体中的这种距受压面近的地方密度大，随着距离为断增大的现象，习上称为“层密度”。图6-13示出不同高度和直径比（L/D）的圆柱体中的实际 压力分布。随着L/D增大，下部压强急剧下降。在压强与圆柱体接触处，形成 高的压力中心，这是高的摩擦力所引起的。图6-13坯体的压力分布（a）短模，L/D=0.45 ； （b）高模，L/D=1.75三、加压制度对坯体质量的影响1、加压方式的影响单面加压时，坯体中压力的分布是不均匀的。不但有低压区，还有死角。 为了使坯体密度均匀一致，宜采用双面加压。双面加压时，可消除底部的低压 区和死角，但坯体中部的密度较低（图6-14-b）若两面先后加压，二次加压之 间有间

26、歇，利于空气排出，使整个坯体压力与密度都较均匀（图6-14-c）。如果粉料四周都施加压力（也就是等静压成型），则坯体密度更加均匀（图 6-14-d）。2、加压速度与保压时间的影响实践表明，加压速度与保压时间，对坯体性能有很大的影响，即与压力的 传递和气体的排出有很大的关系。如果加压过快，保压时间过短，气体不易排 出。同样当压力末传递到应有的深度时，外力就己卸掉，显然难以达到较为理想的坯体质量。当然，如果加压速度过慢，保压时间过长，使生产效率降低， 也是没有必要的，因此，应根据坯体的大小、厚薄和形状来调整加压速度和保 压时间。一般对于大型，高度大，形状较为复杂的产品，开始加压宜慢，中间可快，后期

27、宜慢，并有一定的保压时间。这样有利于气体的排除和压力的传递, 如果压力足够大时，保压时间可以短些。不然，加压速度不当，排不出气体， 会出现鼓泡，夹层和裂纹等。对于小型坯体，这方面要求不严格，加压速度可 以适当加快，以便提高生产效率。图1-14加压方式和压力分布关系图(横条线为等密度线)a单面加压；b双面同时加压；c双面先后加压；d四面加压3、水份的影响压制成型时，粉料中的水份含量是至关重要的。颗粒表面的水膜起着润滑 和塑化的作用，水份含量高时还起着填充气孔的作用。对某一压力就相应有一 合适的水份含量，使气孔率最低。压力越大，该水份含量就越低。干法压制是 在低水份和高压力下的压制。在水份偏小时，

28、增加水份的含量，则有利于提高 坯体密度和均匀性。但粉料中过多的水份也是有害的，因为在成型时水份会妨 碍颗粒的靠近，增加弹性变形并会助长裂纹和层裂。这是由于压制成型时，部分水膜从颗粒间的接触处被挤入气孔中，当卸去外压力后，水又重新进入颗 粒之间，将颗粒推开，使成型结束的坯体发生膨胀。因此，从坯体的致密性和 均匀性考虑，在压制成型时，适宜的水份量是极其重要的。4、添加剂的作用在压制成型的粉料中，尤其是全瘠性粉料中，往往加入一定种类和数量的添加物，促使成型过程顺利进行，提高坯体的密度和强度，减少密度分布不 均的现象。添加剂有三个主要作用：(1) 减少粉料颗粒间及粉料与模壁之摩擦，这种添加剂又称润滑剂

29、；(2) 增加粉料颗粒之间的粘结作用，这类添加剂又称粘合剂；(3) 促进粉料颗粒吸附，湿润或变形，通常采用表面活性物质。实际上一种添加剂往往起着几种作用，如石蜡既可粘结粉料颗粒，也可减 少粉料的摩擦力。添加剂和粉料混合后，它吸附颗料表面及模壁上，减少颗粒 表面的粗糙程度，并能使模具润滑，因而可减少颗粒的内，外摩擦，降低成型 时的压力损失，从而提高坯体高度，强度及分布的均匀性。若添加物是表面活 性物质， ，则它不仅吸附在粉料颗粒表面上， 而且会渗透到颗粒的微孔和微裂 纹中，产生巨大的劈裂应力，促使粉料在低压下便可滑动或碎裂 ，使坯体的 密度和强度得以提高。 若加入粘性溶液， 将瘠性颗粒粘结在一起

30、， 自然可提高 坯体强度。选择压制成型的添加剂时，希望在产品烧成过程中尽可能烧掉，至少不会 影响产品的性能。 添加剂与粉料最好不发生反应。 添加剂的分散性要好， 少量 使用便能得到良好的效果。综上所述，影响坯体均匀程度的因素众多，主要可归纳为以下几点：(1) 坯体的均匀程度随粉料内、外摩擦系数的降低而增高；(2) 坯体的均匀程度随受压面的增大以及坯体厚度和周边长度的减少而提 高，双面压制或四周压制能提高坯体的均匀性；(3) 向粉料中引入某些润滑剂，粘结剂和表面活性物质，有利于提高坯体 密度和均匀性；(4) 在一定范围内，粉料颗粒较粗，水份较大有利于提高坯体的密度和均 匀性。四 、干法 (半干法

31、 ) 成型坯体缺陷干法(半干法) 成型是耐火材料制品的最主要成型方法， 混合和成型操作不 良时，坯体会产生缺陷或成为废品， 而且有的缺陷是在干燥或烧成以后才暴露 出来。坯体的某些缺陷是由成型方法或成型机械所造成的。 1、弹性后效和层裂层裂是指在压制的坯体内部有层状裂纹的缺陷。这常常是成型的主要缺 陷，层裂除了受压制成型中的不均匀性影响之外， 还与众多因素有关。 一般将 层裂和弹性后效联系起来分析。坯体被压制时，施加于坯体上的外力被方向相反，大小相等的内部弹性力 所平衡。 模具与坯体之间也存在这种力的平衡。 当外力取消时， 坯体内部的弹 性能 被释放出来，坯体膨胀，粉料坯体释放弹性能的特点是，部

32、分弹性能的 释放(或者说是弹性应变 )滞后于压力下降的过程， 即在压力取消之后坯体仍有 大的滞后膨胀作用。 坯体的这种滞后膨胀作用称为弹性后效。 弹性后效在压制 过程中往往是造成废品的直接原因。 压力取消后， 坯体的横膨胀被压模的侧壁 阻止，因而纵向呈现较大的膨胀，有的坯体纵向膨胀达12%。由于弹性后效引起的坯体的不均匀膨胀， 以及坯体本身性质的不均匀性， 往往导致坯体产生 层裂废品。压制过程中坯体产生层裂，这是一个非常复杂的过程，其影响因素较多且复杂，如坯体本身的影响(颗粒组成、水份、可塑性等等)，操作条件(如压机 结构、加压操作情况等等)。(1) 气相的影响 坯体中的气体在压制过程中大部分

33、被排出，一部分被压 缩，应当强调的是，压制时坯料体积的减少并不等于排出坯料中空气的体积，因为压制时尚有颗粒的弹性，脆性变形和空气本身的压缩。坯料中的气体，能 够增加物料的弹性变形和弹性后效。如果压制过程中坯料内的空气末从模内排出，则被压缩在坯体内的空气的压力是很大的。计算结果表明，这样高的压力实际己超过了砖坯的断裂强度。 所以残留在坯体内的空气是造成坯体层裂的重要原因，在其它条件相同的条件下，坯 体内的空气量越多，压制时造成层裂的可能性越大，所以，空气若不 能从坯体中排出，则不可能得到优质产品。坯体内气相数量的多少，也与很多因素有关，如粉料成份，颗粒组成，混 合和压制操作等工艺条件，但是颗粒组

34、成是先决条件，细粉过多的配料易于 产 生层裂。(2) 水份的影响 在半干压制粉料中水 份太大会引起层裂。因为水份的压 缩性很小，具有弹性，在高的压制压力下，水从颗粒的间隙处被挤入气孔内， 当压力消除后，它又重新进入颗粒之间，使颗粒分离，引起坯体体积膨胀，产 生层裂。总之，在水份过大时，水份是引起层裂的主要原因，在水份小时，弹 性后效是引起层裂的主要原因。(3) 加压次数对层裂的影响 加荷卸荷次数增多，则残余变形逐渐减小， 所以在条件相同的情况下，间断卸荷比一次压制的密度高。压制时间及压力的影响 在条件相同的情况下，慢慢地增加压力，即 延长加压时间，也能得到类似压缩程度很大的结果。粉料在持续负载

35、的作用下 塑性变形很大。塑性变形的绝对值取决于变形速度， 在任一级最终荷重下，缓 慢加荷比快速加荷使坯体具有更大的塑性变形。实践证明，坯体在压力不大但 作用时间长的情况下加压，比大压力一次加压产生的塑性变形大。(5) 其它因素如粉料颗料间的结合性太差，粉料不均匀，粉料中片状结构颗粒太多并形成取向结构，模具太粗糙，摩擦力过大，模子安装不当等等也 是造成层裂的原因。2、其它缺陷(1) 粉料粘模或冲头 这是细粉料干法压制时常有的缺陷，这常常是细粉 团聚的较粗颗粒，如400 m的颗粒的水份不均引起的。开始压制时，水份大 的团聚体易被压碎粘在壁上，以后压制中细粉进一步粘到水份较大的己粘结的 位置。(2)

36、 坯体边角强度较低 这也是常见的缺陷，特别是粗颗粒太大，颗粒分 布不均匀，粉料结合性太差以及砖型复杂。装料为合适时更为严重。(3) 表面粗糙 这是压制以后，颗粒间结合不好的一种表现。常常是粉料 不均匀，配比不恰当或装料时偏析和粘模引起的。有时这种缺陷在烧成以后才 明显看到，在表面颗粒周围形成微小裂纹。(4) 坯体尺寸不合格(5) 坯体单重不合格生产中对以上缺陷必须进行检查和控制。 由于缺陷不仅与成型模具和操作 过程有关，而且很多与粉料的性质紧密相关。所以检查和控制通常把粉料性质， 如水份、粒度、堆密度、松散性等与坯体本身的检查结合起来。五、压制成型机械干法(或半干法)成型是将含有一定水份的粉状

37、固体颗粒物料装填在刚性 模型内施加压力成型坯体的。完成压制成型工艺的机械是各种形式的压力机。 常用的成型机械有摩擦压砖机，液压压砖机，杠杆式压砖机，转盘式压砖机等， 而使用最广泛的是摩擦压砖机。1、摩擦压砖机摩擦压砖机是用摩擦轮通过丝杆带动滑块作上下往复运动的压砖机。摩擦压砖机的特点是结构简单，造价低，操作容易，维修方便，成型出的坯体质量 较高，其缺点是生产能力较低，滑块行程不固定，压力不稳定，而且不安全， 对操作工人要求较高。表6-2列出了常用的几种摩擦压砖机的主要技术性能。常用摩擦压砖机的主要技术性能表6-2编号公称压力kN最大压力kN滑块行程mm行程次数次/mi n装模高度mm工作台尺寸

38、mm电机功率kWloot1000200040016470500X 55011160t1600320055015610570X 80015200t20004000100012.5800630X100022300t3000600093014780700X 80022315t3150630060012780750X 80022400t4000800075011920850X 95037500t50001000077010950900X112045630t630012600750111150900X112055800t800016000800101205950X1250751000t100002000

39、090091260960X1250902、杠杆压砖机杠杆压砖机是通过曲轴连杆机构带动冲头上下移动来完成压砖过程的。 这 种压砖机采用容积加料方式， 由模具的容积控制加料量。 加料箱在工作台上作 直线往复运动， 在加料的同时， 将顶出于工作台面上的坯体推出， 然后由取砖 装置或用手工拿走。 杠杆压砖机主要用于形状比较简单、 尺寸较小的制品成型。 杠杆压砖机的优点是生产能力高， 操作简单，维护费用低， 因冲头行程是固定 的，故可制得尺寸较为稳定的产品。 该机的缺点是加压制度难以调节， 由于加 料不准， 砖坯单重波动较大。 目前对杠杆压砖机进行以下几个方面的改进， 一 是提高压力， 以适应尺寸较大制

40、品的成型需要； 二是采用基本上等压力的双面 加压，以改善砖坯密度的均匀性； 三是防止加料偏析的各种措施， 因为该机是 采用机械法加料，容易造成粉料的偏析。3 、液压压砖机 通过液压缸内液体的压力来驱动冲头上下移动的压砖机称为液压压砖机。 根据所用液体不同，又可分为水压机和油压机两大类。液压机的特点是成型压力比摩擦压砖机大， 加压时静压有利于坯体中气体 的排出和密度的均匀， 而且液压机比摩擦压砖机更易于实现自动化。 但液压机 的构造复杂， 制造技术要求较高， 而且日常维护比较困难。 液压压砖机一般用 于密度，强度等指标要求较高的制品的成型 ，如生产高档炉衬砖。 六、压制成型模具模具是影响压制成型

41、制品质量、产量及成本的很重要的一环，模具设计的 好坏将决定成型的质量。在实际生产中，虽然模具是由产品的外形来决定的， 但常常由于产品外形的不合理， 决定了模具设计得不合理， 致使影响成型质量， 因此有时宁可对产品的外形作一些修改， 使模具设计得合理些。 一个合理的模 具设计，应遵循如下几个原则：要便于粉料充满和移动，脱模要方便，结构简 单，设有透气孔，装卸方便，壁厚均匀，材料要节约等。在模具加工中应注意 尺寸准确，配合精密，工作面要光滑等要求。模具所用材料可分为两大类：一类是普通材料，主要包括变质铸铁， A3 钢，低碳钢， 45 号钢；另一类是高性能材料，如各种工具钢，超高碳钢，硬 质合金等。

42、目前的新模具材料也很多，但没有广泛推广，仅个别厂家使用。常 用模具材料的概况见表 6-3 。模具损坏的主要原因之一是磨损。加压时，硬度较大的尖角状颗粒因点接 触粘着或相互嵌入而引起模板的严重磨损， 致使模板表面过快出现 “凹痕” 和 “波形槽”， 随着这些“疲坑”和“波形槽”的不断扩大，模板的磨损越来 越严重。为了适应模具高效率，高精度加工，延长模具工作寿命等要求，目前模具 技术的新发展主要在以下几个方面：模具的加工机械；模具新材料及热处理新 技术的开发；CAD/CAM计算机辅助设计/计算机辅助制造）。常用模具材料概况表6-3项目变质铸铁A3及低碳钢45号钢主要用途各种模型、大截面模芯模型、上

43、下垫板、上下 盖板、芯棒模型、芯棒热处理方法铸后760840C退火渗碳淬火，C-N或C-N-B共渗渗碳或直接淬火硬度要求HRC4550HRC6C以上处理后HRC6C以上磨损方式颗粒磨损颗粒、粘着磨损颗粒磨损报废形式磨损超差或出砖困难磨损超差、崩边磨损超差或出砖困难修复方法机械加工焊补、退火后加工退火后加工普通碳素钢第二节等静压成型等静压成型是一种特殊的压制成型方法，它是利用液体介质不可压缩性和 均匀传递压力性的一种成型方法。即处于高压容器中的试样所受到的压力如同 处于同一深度的静水中所受到的压力情况， 而称之为等静压。等静压成型是近 几十年发展起来的新的成型方法。它从三十年代开始应用于实际生产

44、中，五十 年代以后，由于对成型质量的要求愈来愈高，也由于高压设备和高压元件技术 的发展，等静压技术发展很快，在陶瓷、粉末冶金、塑料和其它工业中获得广 泛应用。等静压成型可用于压制一般成型法难于成型的形状复杂的大件及细长 形的制品，如长水 口，浸入式水口，风口砖，整体塞棒等。近年来，在一般的等静压成型的基础上又开发出了热等静压和爆炸等压成 型技术。热等静压主要用于超硬材料和难烧结材料， 一般是烧结与成型同时完 成。另外，热等静压还用于烧结制品的再致密化， 接合，消除制品内部缺陷等。 热等静压可以改善制品的机械性能， 减小性能波动，降低坯体烧结温度，而且 容易控制材料的显微结构。爆炸等静压是将爆炸

45、产生的高压冲击波作用于液体介质，同时加压于模 体，使混合料在各个方向同时均匀受压。爆炸等静压成型的特点是：装置简单， 不带附属的高压系统，爆炸产生的压力高，成型时间短，成型体的密度高，硬 度大。一、等静压成型原理和特点等静压成型与干法成型相似，也是利用压力将粉料在模型中压制成型。但 等静压成型的压力不象干法成型那样只局限于一二个受压面， 而是在模型的各 个方向上都施于均匀的压力， 很显然，这种成型方法要比干法成型优越， 可以 消除干压成型中一些很难克服的弱点，提高制品的成型质量。利用了液体或气体能均匀地向各个方向传递压力的特征， 等静压成型就是 利用这个特性来实现均匀受压成型的。 等静压成型的

46、过程可叙述如下： 将粉料 装入一只有弹性的模具内， 密封，然后将模具连同粉料一起放在具有液体或气 体的高压容器中去。 封闭后， 用泵对气体或液体进行加压， 通过气体或液体能 均匀传递压力的特点， 弹性模就受到均匀的压力并传递给粉料， 使粉料被压成 为与模型相似的压实物，但其尺寸要比模型小一些，受压完毕后，慢慢减压， 就可以在模具中取出坯体。等静压成型的过程如图 6-15 。从干压成型的原理可知，等静压成型与干压成型的最主要差别在于：(1) 压力是由各个侧面同时进行的，因此粉料颗粒的受压运动也不是一个 方向，这样有利于把粉料压实到相当的密度， 同时粉料颗粒的直线位移减少了， 消耗在粉料颗粒运动时

47、的摩擦功相应地减少了，提高了压制效率。(2) 由于粉料内部和外部介质中的压强是相等的，因此在粉料中可能包含 的空气无法排出，而被挤压在粉料颗粒之间，这就影响到压力和体积的关系， 限制了进一步增大压力来压实粉料， 故在生产中， 如要得到密度大的坯体， 有 必要排除装模后粉料中的少量空气。从等静压的特点可以看出，其优点表现在：(1) 与施加压强大致相同的其它压制成型相比，等静压可以得到较高的生 坯密度。同时生坯密度在各个方向上都比较均匀， 不会因尺寸大小及形状的不 同而有很大的变化。 反之也说明对于同一坯料， 要过到同样的生坯密度， 等静 压方法所需的压强要低。(2) 等静压不会在压制过程中使生坯

48、内部都产生很大的应力。由于等静压 的压强方向差别不如其它压制成型那样大， 同时，粉料颗粒间和颗粒与模型间 的摩擦作用显著地减少， 故等静压成型时， 生坯中产生应力的现象是很少出现 的。(3) 采用等静压成型的生坯强度较高，同时生坯的内部结构也是均匀的， 不会象挤压成型所造成的颗粒有规则的排列。(4) 可以采用较干的粉料进行成型，也不必或很少使用粘结剂或润滑剂。 这对于减少干燥收缩和烧成收缩是有利的。(5) 对制品的尺寸和尺寸之间的比例没有很大的限制，并且对制品形状的限制也较宽图 6-15等静压成型过程1待成型粉料；2将的弹性的软模用粉料装满；3把模子关上并封严;4把模子放到施压容器的施压介质中

49、；5施压；6减压之后得到毛坯二、等静压的分类与操作过程等静压成型根据使用的模具不同可以分为二类：一类为湿袋等静压法；另 一类为干袋等静压法。湿袋等静压结构如图6-16所示。它所采用的有弹性的模子是一只与施压 容器无关的元件。弹性模具先装满粉料，密封后，放入高压容器中，模具与加 压的液体直接接触。施压容器中可以同时放入几个模具。 其特点是模具处于高 压液体中，各方受压。这种方法用得比较普遍，主要适用于成型多品种，形状 较复杂，产量小和大型的制品。但操作较费时。干袋等静压是在高压容器封紧一个加压橡皮袋，其结构如图6-17所示。加料后的模具送入此橡皮袋中加压，成型后又从橡皮袋中退出脱模。也有的将 弹

50、性模具直接固定在高压施压容器内，加料后封紧模具就可升压成型。干袋等 静压法的模具可不与液体接触，或减少了模具的移动，这样就可以减少或取消 在施压容器中取放模具的时间，加快了成型过程。但这种方法只是在粉料周围 受压，模具的顶部或底部无法受压，而且密封较难。它适用于成批生产，特别 是对于如管子，圆柱等形状的产品。图6-16 湿袋法图6-17 干袋法另外，根据工作温度还可分为：常温液体等静压，中温液体等静压和高温 （气体介质）等静压。典型的湿袋等静压成型具体的操作过程为： 粉料称量 固 定好模具形状装料排气把模具封严将模具放入被压容器内把高压容器盖紧 关紧高压容器各支管施压（保压）降压 打开高压容器

51、的支管 打开高压容器的盖 取出模具 把压实坯体抽出。对于干袋等静压法，则 操作过程可以省略一些，有的操作可合为一个过程。下面重点介绍几个主要的操作过程：1、备料制备等静压粉料的过程与干压法相似。对于无塑性的粉料颗粒要求细一些 （20 m以下），粉料的含水量可为14%水份太多，不易排出空气，并易产生 分层。采用喷雾干燥的颗粒是较好的，它易于均匀填满模具内。2、装料把粉料装入模具中时，一般不易填满，尤其是形状复杂，有凸凹较多的模 型，所以一般采用振动加料，有时还一边振动一边抽真空，效果更好。粉料紧 后，把模具封严，封处涂上清漆，放入高压容器中。3、加压耐火材料一般加压可为98137MPa如果提高压

52、力能使粉料颗粒断裂或颗 粒位移，则会增加生坯的致密度和烧结性。 但等静压设备费用随压力提高而增 加，超过产品的要求而去提高压力的等级是不经济的。4、降压 装在模具内的粉料，在高压容器内受压时，残余空气的体积被压缩 (1000 大气压下，空气体积会减小到原来体积的 0.2%)，它只占据颗粒之间的空间。 成型后要避免突然降压， 否则生坯内外气压不平稳会使坯体碎裂， 所以要均匀 缓慢地降压。三、等静压成型的产要设备 等静压成型的产要设备有高压容器，高压泵，控制元件和弹性模具等 。 高压容器是成型的工作室，最简单的外形为封底的圆筒状，上盖密封塞由 压紧螺母压紧， 用橡皮圈密封。 在较低的压力下可由优质

53、高强度钢制造， 可为 单层筒体结构。 若使用压力较高时， 筒体必须用多层筒体结构。 筒体下面有高 压液体入口，上盖密封塞上留有一排气孔，用小螺钉封闭。高压泵是供给高压液体用的，产生压力一般要求大于98MPa 。压力在98980MPa勺高压泵一般为柱塞泵。若无高压泵时，也可用手动泵作为压力来 源，并用压力倍增器来再增大压力。弹性模具：模具勺材料要求能均匀伸长展开，不易撕裂，不能太硬，能耐 液体介质勺侵蚀。一般常用勺模具材料为橡胶，如天然橡胶，氯丁二橡胶，硅 橡胶等。由于橡胶制作复杂模具较困难， 而且橡胶受高压后容易变形， 成本高， 近年也多采用塑料模具。弹性模具还需要一些辅助工具配套，如模具勺支

54、撑， 抽真空装置，密封夹紧装置等。确定模具尺寸时，还需要考虑到粉料勺压缩比，压缩比是指粉料振动装模 后所占勺体积与成型后生坯体积之比。根据压缩比可估计成形前模具勺尺寸。施压介质一般采用加防腐剂勺水，甘油，刹车油，锭子油等。 等静压成型除在工艺上勺优点外， 在设备方面与干压法相比其优点还表现 在：(1) 便于采用组合模具，来适合复杂产品勺成型 ；(2) 同样勺生产能力，等静压设备勺投资是较低勺；(3) 设备体积小，占地面积小，建造成本低；（4）模具成本较低，复制模具方便；（5）便于实现自动化。第三节 注浆成型选择适当的反絮凝剂和悬浮液，将粉状原料制成泥浆，浇注到吸水性的模 型（ 一般常用石膏模

55、）中吸去水份， 泥浆即干涸成模型状坯体， 该法即为注浆成 型法。注浆成型适用于形状复杂、不规则的、薄的、体积较大且尺寸要求不严 的中空高级耐火制品和特种耐火制品， 如热电偶套，高温炉管，坩埚，连铸用 熔融石英水口等。注浆成型后的坯体结构均匀，但其含水量大，且不均匀，干燥与烧成收缩 也较大。由于注浆成型方法的适应性大，生产时只要有多孔性模型 （ 一般为石 膏模）就可以生产，不需专用设备， 也不拘于生产量的大小， 投产容易上马快； 但生产时间长，手工操作多，占地面积大，模型用量大。一、注浆成型工艺过程注浆成型可以分为两个工艺阶段：1、泥浆制备 把粉状原料，按其原料种类，采用酸性的或碱性的水溶液或酒精溶液调制 成一可浇注的悬浊液。 有时添加有机保护剂， 使得这种假胶体系统不离析。 原 料粉末的细度和种类，液体的数量和化学性质以及添加物的数量必须相互配 合，使之能形成一种含固体材料尽量多的， 流动性好的泥浆。 由于影响泥浆流 变性能的物理、化学因素众多，很多问题只能通过实验来解决。2、浇注成型将泥浆浇注到一透气的、多毛细孔的、有坯体尺寸外型的模型中（多数是 石膏），类似于一过滤过程，固体材料在模型 / 泥浆界面上富集，形成生坯。二、注浆