第四章复习陶瓷坯体成型

第4章陶瓷坯体的成型复习1、根据坯料含水（液体）不同的分类：注浆成型（含水率：30-40%）法）、2.可塑成型法（坯料含水率18-26%）、3.干压成型法、4.等静压成型法、5.其它成型方法。2、成型方法选择必须考虑的因素：1、产品形状、大小、厚薄；

2、坯料的工艺性能（如可塑性等）；3、产品的产量和质量要求；

4、成型设备要简单，劳动强度要小，劳动条件要好；5、技术指标要高，经济效益要好。4、注浆成型所用浆料必须具备的性能，影响浆料流动性的因素，浇注过程的物理化学变化。基本注浆法（空心注浆、实心浇注）、特点；注浆成型的主要缺陷。注浆成型所用浆料必须具备的性能1、浆料的流动性要好；2、浆料的稳定性要好；3、浆料的触变性要小；4、浆料的含水率尽可能要小，渗透性要好；5、浆料的脱模性要好；浆料中尽可能不含气泡。浇注时的物理脱水过程：（1）在浇注的初期，泥浆中的水分沿着毛细管排出，毛细管力是泥浆脱水过程的推动力。（2）当模型内壁形成一层坯体后，水分要继续排出必须先通过坯体的毛细孔，然后再到达模型的毛细孔中。此时的阻力来自两个方面：石膏模和坯体。随着吸浆的不断进行，阻力逐渐由石膏模转为坯体。化学凝聚过程泥浆与石膏模接触时发生如下反应：Na-黏土+CaSO4+NaSiO3→CaSiO3+NaSO4（由于CaSiO3溶解性很小，反应不断往右进行。）基本注浆法1、空心注浆（单面注浆）特点：没有模芯，适合于浇注小型薄壁的产品。如坩埚、花瓶、管子等。坯体的厚度决定于吸浆的时间、模型的湿度与温度、浆料的性质。2、实心浇注特点：泥浆注入外模和模芯之间，坯体的内部形状由型芯决定。适合于浇注两面的形状和花纹不同、大型、壁厚产品。对于大型厚壁产品坯体的致密性差异明显，中间疏松。3、注浆成型的主要缺陷（1）坯体开裂（2）气孔及针眼（3）变形（4）塌落（5）粘模3、注浆成型原理、特点及应用。注浆成型原理：注浆成形是将陶瓷粉体用水(或甘油、酒精等液体)制成带有流动性的泥浆,将泥浆注入具有所需形状的、多孔质的石膏模型内,待具有吸水性的多孔石膏模吸收掉泥浆中的水分(或液体)使粉料变成致密、形状与模具形面相应的注件后,拆开模具就可取出注件。注件取出后,去掉多余料。在室温下自然干燥或者在可调节干燥速度的装置中进行干燥。特点及应用：注浆法是陶瓷工业中历史悠久的一种成形方法。石膏模制备容易,成本低;由于采用浇注成形,此法可制造大型、形状复杂、薄壁的产品。故较早应用于碳化物、氮化物、硼化物的成形。现在也用于金属陶瓷、粉末冶金等复合材料制品的成形。如用此法成形纤维增强的高温合金喷气发动机部件。5、干法压制原理及工艺过程、特点及应用6、粉体的流动性、影响粉料流动性的因数、影响坯体密度的因素、坯体的强度变化、坯体中的压力分布7、加压制度对坯体质量的影响（一、成型压力的影响、二、加压方式的影响、三、加压速度的影响）8、加入添加剂的目的：提高坯体密度，减小密度分布的不均匀性。添加剂的选择原则。9、弹性后效（在压制坯体时，当压制的外力取消后，由于压制过程中产生的弹性力而引起坯体膨胀的作用称为弹性后效。是压制法产生废品（层裂）的直接原因。）干法压制的基本原理

①原理及工艺过程

通过模冲对装在钢模内的粉末施加压力,压制成一定尺寸和形状的压坯。卸压后,坯块从阴模中脱出。

在压制过程中,粉末颗粒之间,粉末与模冲、模壁之间存在摩擦,使压制压力受到损失,造成压力的不均匀性,使得压坯的密度和强度沿压力方向亦造成不均匀性。粉料中加润滑剂，如油酸、硬脂酸锌等,可降低摩擦,改善密度和强度不均匀性。

②特点及应用

模压成形法只能成形形状简单和尺寸小的制品。粉体流动性概念:粉体在堆积时由于其流动性的存在，使粉体堆积到一定高度后，粉体会向四周流动，始终保持圆锥形，其安息角α保持不变。当粉体堆积的斜度超过其固有α角时，粉体向四周流泻，直至倾斜角降至α角为止。粉体的流动性取决于它的内摩擦力。f=μN其中μ为粉料的内摩擦系数,μ=tanα影响粉料流动性的因数:粒度分布、颗粒形状、大小、表面形状等。压制过程坯体的变化一、密度变化坯体密度变化的三个阶段：第一阶段坯体密度急剧增加；第二阶段坯体密度增加缓慢，后期几乎无变化；第三阶段当压力超过某一数值时（极限变形压力）坯体的密度又随着压力的增高而加大。影响坯体密度的因素1、粉料装摸时的自由堆积空隙率；2、增加压力可使坯体的空隙率下降；3、延长加压时间可以降低坯体的气孔率；4、减少颗粒间的内摩擦力可使坯体的空隙率降低；5、坯体形状，尺寸及粉料性质对坯体的密度有较大的影响（反映在数值上）（高度）H/D（直径）的值越大→压力损失越大，坯体密度越不均匀。二、坯体的强度变化坯体的强度随成型压力的变化可分为三个阶段：1、第一阶段：压力较低→坯体强度不大2、第二阶段：压力增加→颗粒位移，空隙率继续减小，颗粒发生弹-塑性变形，颗粒间接触面积增大，出现原子间力的相互作用，坯体强度呈直线提高。3、第三阶段：压力继续增大→坯体密度和空隙率变化不大，坯体强度变化比较平坦。三、坯体中的压力分布由于加压方式的局限性使陶瓷坯体中的压力分布不均匀，导致坯体的密度出现差别。坯体密度的变化随着H/D值的变化而变化H/D值↑→不均匀现象越严重。注意：高而细的产品不适合采用压制法，易产生开裂，变形等缺陷。§4.3.3加压制度对坯体质量的影响一、成型压力的影响在压制过程中，压力消耗在两个方面：1、克服粉料的阻力P1（颗粒间）2、克服粉料对模壁摩擦所消耗的力P2总压力P=P1+P2一般地：为获得一个致密度一定的坯体所需施加的单位面积上的压力是一个定植，P=F/S对不同尺寸的坯体所需总压力F=P.S。一般工业陶瓷的总压力P=40~100Mpa二、加压方式的影响三、加压速度的影响1、开始加压时，压力小些→短时释放此压力，使空气排出；（小、快）2、高压时，颗粒紧密靠拢，速度要慢，使残余空气排出。（否则，释放压力后，空气膨胀，回弹产生层裂。）3、当坯体较厚时，H/D较大，或颗粒较细时粉料的流动性较差，→应减慢加压速度，延长保压时间；4、为提高压力的均匀性，可采取多次加压，压制大件坯体（墙地砖等）通常采用多次加压，压力逐次增加。10、产生层裂的原因：

1、气体的影响，在压制过程中坯体中的气体大部分被排除，一部分被压缩。2、坯体中水分的影响，水的可压缩性很小，具弹性，在高压下，水从颗粒的间隙处被挤入气孔内，当压力消除后水重新进入颗粒间，使颗粒分离，引起膨胀产生层裂。3、加压次数的影响，加荷←→卸荷，次数增多使残余变形逐渐减小。4、压制时间及压力的影响11、可塑成型概念：是利用模具或刀具等运动所造成的压力、剪力、挤压等外力对具可塑性的坯料进行加工，迫使坯料在外力的作用下发生可塑变形而制成坯体的成型方法。特点：1、泥料含水量高，干燥热耗大，变形开裂等缺陷较多，对泥料要求苛刻；2、制备方便，外力不大，模具简单，操作方便；3、烧成前期大量有机物排除，环境污染大，开裂容易12、热压铸成型工艺概念：在压力的作用下，把熔化的含蜡浆料注满金属模中，冷却后再行脱模，获得具一定强度的坯体。特点：产品尺寸较准确，粗糙度较低，坯体结构紧密。应用领域：形状复杂，尺寸和质量要求高的工业产品。如装置瓷、电容器瓷、氧化物陶瓷等。表面活性物质的种类及在蜡浆制备中的作用。13流延法成型概念:

流延法是制备层状陶瓷薄(厚)膜的一种成型方法,可得到厚度小于0.05mm的薄膜.可用生产小体积大容量的电子器件.如：电容器、热敏电阻、压电陶瓷,特别适合生产混合集成电路基片.又称带式浇注法或刮刀法.优点:设备不太复杂,工艺稳定;连续操作,生产效率高;自动化水平高,坯体性能均匀,一致,易控制.缺点:粘合剂含量高,最终坯体密度较低,烧成收缩率高,造成一定的环境污染.14、等静压成型概念:等静压成型又称静水压成型,它是利用流体作为传递介质来获得均匀静压力,施加到材料上的一种成型方式。原理及工艺过程、：等静压成形是利用高压泵把传递压力的介质(液体或气体)压入钢制的高压密封容器内,使弹性模套(软模，一般为橡胶袋)内的粉料在各个方向上同时受到介质传递的均衡压力,从而获得密度分布均匀和强度较好的压坯，卸压后,即可取出压坯。此法也称胶袋成形法。优点：可以成型形状复杂和尺寸大的制品(如具有凹形、空心、细长、和大件等)；摩擦、磨损小,成形压力小；模具制作容易；密度均匀,可获得完全致密的材料。缺点:产品的尺寸不易精确,表面不光滑，生产率低，模具寿命短。此法首先应用于钨、钼条料的成型,现还用于成形火花塞的绝缘子、压电陶瓷、及超大型绝缘电瓷等复杂、大型制品。热等静压法已用于陶瓷发动机零件的制备,核反应堆放射性废料的处理等。15、等静压成形分为冷等静压和热等静压成形两种。冷等静压：一般是用液体、水或油作为压力传递介质。（1）湿式等静压，（2）干袋式等静压热等静压：用惰性气体作为传递压力的介质，如氮气、氩气。热等静压是将粉末压坯或装入包套的粉末放入有加热炉的高压容器中,使粉料经受高温和均衡压力的作用,同时压制并烧结成致密件。16注射成形：概念：陶瓷的注射成形与工程塑料的注射成形过程相似。但陶瓷注射成形的坯料是由不含水的陶瓷瘠性粉料与结合剂（热塑性树脂）、润滑剂、增塑剂、等有机添加物（含量一般为20%~30%）按一定比例加热混合，干燥固化后经粉碎造粒而成。经注射成形获得的坯料在烧结前要进行脱脂处理（即清除坯料中的有机添加物）。脱脂时间为24~96h。注射成形设备主要是柱塞式或螺杆式注射机，成形模具采用高强度的金属模。陶瓷注射成型的种类：A、热塑性系统特点，能通过分子量大小及分布的选择来调节脱脂阶段的热降解B热固性系统优点：在脱脂过程中能减小坯体的变形及提供反应烧结所需大量的碳缺点：成型性，流动性较热塑性差，有机粘结剂用量大，污染大。主要粘结剂：环氧树脂，酚醛树脂脱脂脱脂是指注射成型中工艺耗时最长，能耗最多的一道工序。原因：有机载体体积分数为30~50%，保证坯体形状不变所需时间30~200小时，或更长（400小时），工艺过程复杂，可能形成坯体开裂、变形、空洞等缺陷。脱脂的分类：（1）惰性气体气氛中有机物热降解；（2）氧化降解；（3）蒸发或升华；（4）溶剂萃取17、坯体的干燥过程干燥速度取决与内部扩散速度和表面汽化速度两个过程，可分为四个阶段：1、升速阶段，短时间内，坯体表面被加热到等于干燥介质湿球温度的温度，水分蒸发速度很快增大，到A点后，坯体吸收的热量和蒸发水分耗去的热量相等。时间短，排除水量不大