陶瓷工艺原理第四章t2陶瓷t2陶瓷工课件

1、4.4 注浆成型 (slip casting)4.4.1 概述4.4.2 泥浆的成型性能4.4.3 基本注浆成型方法 4.4.4 强化注浆成型方法4.4.5 热压铸成型4.4.6 流延法成型7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理 工艺过程：将制备好的坯料泥浆注入多孔性模型内，由于多孔性模型的吸水性，泥浆在贴近模壁的一侧被模子吸水而形成一均匀的泥层，并随时间的延长而加厚，当达到所需厚度时，将多余的泥浆倾出，最后该泥层继续脱水收缩而与模型脱离，从模型取出后即为毛坯。 4.4.1 概述7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理工艺特点：（1）适于成型各种产品，形状复杂、不规则、薄、体积较大而且尺

2、寸要求不严的器物，如花瓶、汤碗、椭圆形盘、茶壶等。（2）坯体结构均匀，但含水量大且不均匀，干燥与烧成收缩大。 传统的定义：在石膏模的毛细管力作用下，含有一定水分的粘土泥浆脱水硬化、成型的过程。 目前：将所有基于坯料具有一定液态流动性的成型方法统归为注浆成型。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.2 泥浆的成型性能4.4.2.1 陶瓷泥浆的流变特性4.4.2.2 影响泥浆浇注性能的因素4.4.2.3 注浆过程的物理化学变化 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.2.1 陶瓷泥浆的流变特性 1. 陶瓷泥浆的流动曲线2. 影响泥浆流变性能的因素 (1) 泥浆的浓度 (2)

3、固相颗粒的粒度及粒度分布 (3) 电解质的加入 (4) 陈腐 (5) 有机物质 (6) 可溶性盐类 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理 1. 陶瓷泥浆的流动曲线7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理 陶瓷泥浆就其固相颗粒大小讲，是介于溶胶悬浮体粗分散体系之间的一种特殊系统。既具有溶胶的稳定性，又会聚集沉降。因此，要控制泥浆的流变性能，既要从固相颗粒本身出发，又要考虑外在条件（浓度、粒度分布、电解质的种类和数量，泥浆制备方法等）的影响。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理2. 影响泥浆流变性能的因素 (1) 泥浆的浓度 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理(2) 固相颗

4、粒的粒度及粒度分布 一定浓度的泥浆中固相颗粒越细，颗粒间的平均距离越小，吸引力增大，位移时所需克服的阻力增大，流动性减小 。7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理(3) 电解质的加入 在泥浆中加入一定数量和一定种类的电介质，可以使泥浆在含水量最少的情况下，具有良好的流动性。7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理(4) 陈腐 新鲜调制的泥浆及解凝程度不够的泥浆，流变性能是不稳定的，经过陈腐（可长达几周的时间）后，可以稳定下来。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工

5、艺原理7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理(5) 有机物质 腐植质是一系列酸性的高分子聚合物，其官能团主要是羧基、酚式羟基及少量烯醇式羟基。它们可以影响粘土颗粒的絮凝，进而影响其流动性。主要是降低泥浆的粘度，增加其流动性。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理(6) 可溶性盐类 包括碱金属、碱土金属的氯化物、硫酸盐，它们能使泥浆的粘度提高。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.2.2 影响泥浆浇注性能的因素1. 流动性 2. 吸浆速度3. 脱模性 4. 挺实能力 5. 加工性 (1) 固相的含量、颗粒大小和形状的影响(2) 泥

6、浆温度的影响 (3) 水化膜厚度的影响(4) 泥浆的pH值的影响 (5) 电解质的作用7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理1. 流动性 影响泥浆流动性的因素：(1) 固相的含量、颗粒大小和形状的影响泥浆流动时的阻力来自三个方面： a. 水分子本身的相互吸引力； b. 固相颗粒与水分子之间的吸引力； c. 固相颗粒相对移动时的碰撞阻力。若用经验公式表示可写为： o(1c)1cn2cm式中 泥浆粘度； o 液体介质粘度； c 泥浆中固相浓度； n、m、k1、k2常数。（对高岭土泥浆来说，n1，m3，k10.08，k27.5）7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理固相颗粒越细，流动性减小

7、等轴颗粒产生的阻力最小。反映颗粒形状与悬浮液粘度关系的经验公式： o(1KV)式中 悬浮液粘度； o 液体介质粘度； V 悬浮液中固相体积百分数； K 形状系数。颗粒形状球形椭圆形层片状长/厚=12.5棒状2063形状系数K2.54.853807/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理(2) 泥浆温度的影响 将泥浆加热时，分散介质（水）的粘度下降，泥浆粘度也因而降低。企业的试验结果泥浆温度 11.517.027384255流动性 秒151140102796656 此外，提高泥浆温度还可加速泥浆脱水，增加坯体强度。所以生产中有采用热浆进行浇注的方法。若泥浆温度为3540、模型温度为35左右，则吸

8、浆时间可缩短一半，脱膜时间也相应缩短。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理(3) 水化膜厚度的影响粘土原料经过干燥后配成的泥浆其流动性有所改变。粘土干燥温度与泥浆流动性的关系 这和粘土干燥脱水后，表面吸附离子的吸附性质发生变化（这种现象称为固着现象）有关 。7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理 在同一含水量条件下，胶团中结合水减少,导致自由水增多，因而颗粒易于位移，泥浆流动性增大。但若干燥温度超过一定数值后，粘土颗粒表面结构受热破坏，吸附的离子和粘土颗粒结合变松，再水化时粘土对水的耦合力较强，能形成较厚的水化膜，使结合水量增加，而自由水量相对减少，因而泥浆的流动性又变差。 吸附离

9、子与粘土颗粒的固着状态 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理（4）泥浆的pH值的影响 控制料浆的pH值促使瘠性料浆形成胶团。 料浆的pH值改变时，会改变胶粒表面作用力和影响电位，最终使其胶溶或絮凝。7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理（5）电解质的作用加入电解质是改善泥浆流动性的一个主要方法。 电解质起稀释、凝聚作用的原因：改变泥浆中胶团的双电层厚度和电位。 工业生产中常用的电解质为Na2CO3及Na2SiO3两种，一般用量为0.30.5%左右，含粘土多的泥浆要求电解质多些。 不用NaOH作为稀释剂，因它与粘土吸附的Ca2+交换后生成的Ca(OH)2溶解度大而仍旧产生Ca2+，因此

10、泥浆仍发生凝聚现象而达不到稀释的目的。而CaCO3及CaSiO3为难溶解的沉淀，从而使Ca2+的含量降低。7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理2. 吸浆速度(1) 吸浆速度的定量描述阿德柯克推导出吸浆速度的定量公式：式中 l 坯体厚度； t 吸浆时间； s 坯体中固体颗粒的比表面积； p 泥浆与模型间的压力差； 水的粘度； N 常数，与坯体疏松程度及泥浆浓度有关； 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理将上式移项积分得： K值称为吸浆速度常数，为描述在一定条件下吸浆快慢的常数，除依赖于泥浆和石膏模的性质外，还和注浆时的温度有关。也就是说，在其他条件固定不变情况下，坯体厚度的平方l2与

11、吸浆时间成正比。若以l2t作图则得到一条直线。直线的斜率即为吸浆速度常数K。K值越高则吸浆速度越大。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理(2) 影响吸浆速度的因素泥浆的性质 主要是指吸附泥浆的组成因素：颗粒粒度越细，填充率越高，则吸浆速度越低。 泥浆的温度 泥浆的温度升高，其粘度就会降低，从而使吸浆速度升高。泥浆的浓度压力增高，水分通过模型毛细管的速率增大，吸浆速度增加。模型的制造工艺。控制模型的吸水能力。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理(3) 增大吸浆速度的方法 减少模型的阻力 一般可增加水与熟石膏的比值，适当延长石膏浆的搅拌时间

12、，真空处理石膏浆等。减少坯料的阻力 泥浆中塑性原料含量多则吸浆速度小，瘠性原料多的泥浆则吸浆速度大； 泥浆颗粒愈细，其比表面愈大，越易形成致密的坯体，疏水性差，吸浆速度因而降低； 泥浆中加入稀释剂可以改善其流动性，但由于促使坯体致密化，则减慢吸浆速度。7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理 提高吸浆过程的推动力 从吸浆速度方程式可知，泥浆与模型之间的压力差是吸浆过程的推动力。在一般的注浆方法中，压力差来源于毛细管力。若采用外力以提高压力差，必然有效的推动吸浆过程加速进行。 泥浆中若加入少量絮凝剂，形成的坯体结构疏松，可加快吸浆过程。实践证明，加入少量Ca2、Mg2的硫酸盐或氯化物都可增大吸

13、浆速度。 在保证泥浆具有一定流动性的前提下，减少泥浆中的水分，增加其比重，可提高吸浆速度。7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理3. 脱模性 脱模性：指坯体离模的难易程度，可用离模系数（G）表示。 G为吸浆完毕至离模时坯体中固体粒子所占体积百分比的变化，或者说这两种情况下坯体水分的变化。 G要求适当：G过小，水分变化不大，坯体柔软疏松，在后续工序中易变形开裂。G过大，坯体致密，水分小而强度大，但在模型内收缩大，易开裂。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理4. 挺实能力 指脱模时坯体有足够的硬度或湿强度、不致变形的能力。 注浆坯体脱模后断面上水分分布是不均匀分布的，离模型表面越近，水

14、分越低，坯体强度越高。 脱模后水分含量随时间的延长而趋于均匀。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理5. 加工性 指注浆成型的生坯能承受钻孔、切割等加工工序的能力。坯体的加工性与坯料组成、电解质等因素有关系。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.2.3 注浆过程的物理化学变化 1. 注浆时的物理脱水过程毛细管力是泥浆脱水过程的推动力。 这种推动力取决于毛细管的半径和水的表面张力。 毛细管愈细，水的表面张力愈大，则脱水的动力就愈大。当水:石膏78:100时，总阻力最小而相应的吸浆速度最大。 脱水阻力模型阻力：取决于毛细管的大小和分布；坯体阻力：决定于泥浆本身的性质和坯体的结构

15、。7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理2. 注浆时的化学凝聚过程 CaSO4和泥浆中的Na-粘土及水玻璃发生离子交换反应：Na-粘土CaSO4Na2SiO3Ca-粘土CaSiO3+Na2SO4石膏起着絮凝剂的作用，促进泥浆絮凝硬化，缩短成坯时间。 由于CaSO4的溶解与反应，模型的毛细管增大，表面出现麻点，机械强度下降。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.3 基本注浆成型方法 1. 空心注浆法（单面注浆） drain casting 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理2. 实心注浆 (双面注浆) solid casting 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原

16、理4.4.4 强化注浆成型方法 （注浆方法的改进） 在注浆过程中人为地施加外力，加速注浆过程的进行，使吸浆速度和坯体强度得到明显改善的方法。 1. 真空注浆 (vacuum casting)真空脱气压力注浆示意图 1-搅拌池2-泥浆泵3-容器4-空气压缩机5-缓冲容器6-真空泵7- 注浆台7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理2. 离心注浆(centrifugal-casting) 使模型在旋转情况下进浆，料浆在离心力的作用下紧靠模壁形成致密的坯体。气泡较轻，易集中在中间最后破裂排出，故可提高吸浆速度与制品质量。 要求：泥浆中的颗粒分布范围窄，否则大颗粒集中在靠近模型的坯体表面，而小颗粒集

17、中在坯体内面，造成坯体组织不均匀，收缩不一致。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理3. 压力注浆 (pressure casting) 通过提高泥浆压力来增大注浆过程推动力，加速水分的扩散，不仅可缩短注浆时间，还可减少坯体的干燥收缩和脱模后坯体的水分。 注浆压力越高，成型速度越大，生坯强度越高。但是受模型强度的限制。 模型的材料：石膏模型、多孔树脂模型、无机填料模型。 根据压力的大小可将压力注浆分为：微压注浆：压力 2 MPa 高强度树脂模型7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理微压注浆成型原理图 微压注浆成型工艺过程： （1）注浆； （2）吸浆； （3）空浆； （4）一次巩固（微

18、压巩固）； （5）开模、二次巩固、脱坯。7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理高压注浆成型原理图 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理4. 热浆注浆 在模型两端设置电极，料浆注满后，马上接交流电，利用料浆中少量电解质的导电性加热，升温至50左右，可加快吸浆速度。 当泥浆温度为1555，粘度会降低5060，坯体成型速度提高3242。 7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理5. 电泳成型 根据料浆中粘土粒子（带有负电荷）在电流作用下能向阳极移动，把坯料带往阳极而沉积在金属模的表面而成型的。模型用铝、镍、镀钴的铁等。 影响因素：主要为电压、电流

19、、成型时间、泥浆浓度及电解质含量等。 圆筒形电泳成型机1-多余的再循环稀浆排除口；2-电泳形成的沉积层；3-中心电极（阴极）；4-供泥浆的管子；5-锌阳极；6-双层陶瓷坯体带；7-运输带7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.5 热压铸成型 (Hot Pressing)定义：将含有石蜡的浆料在一定的温度和压力下注入金属模 中，待坯体冷却凝固后再进行脱模的成型方法。 主要工序：制备腊浆、坯体浇注成型、排腊 （1） 腊浆由粉料、塑化剂、表面活性剂组成。 （2） 混料方式 a. 将石蜡加热熔化，粉料倒入，边加热边搅拌。 b. 粉料加热后倒入石蜡熔液，边加边搅拌。 (3) 设备：快速和腊机、慢速和腊机 然后将料浆倒入容器中，凝固后制成腊板，备用。 (4) 料浆的性能指标 稳定性、可铸性、收缩率7/30/2022国家精品课程陶瓷工艺原理2. 热压铸成型