陶瓷工艺学陶瓷成型

第五章陶瓷成型第一页，共九十三页。绪言第一节坯料的成型性能◆陶瓷制品的成型方法主要分三类：可塑法成型——基于坯料具有良好的可塑性进行。注浆法成型——基于坯料具有良好的液态流动性进行。压制法成型——基于坯料在较大外加压力下具有良好的固态流动性及结合性完成。●可塑法成型具有多种实用方法。如：拉坯成型第二页，共九十三页。滚压成型第三页，共九十三页。纯手工围筑塑造成型工艺第四页，共九十三页。●注浆法成型举例空心注浆(单面吃浆)

第五页，共九十三页。实心注浆(双面吃浆)●注浆法成型举例第六页，共九十三页。●压制法成型釉面广场砖

外墙砖

第七页，共九十三页。一、可塑泥料的成型性能（一）可塑泥料的流变特性●流变学是研究物体流动和变形的科学，综合研究物体的弹性应变、塑性变形和粘性流动。物体的流变特性系指其在某一时刻所表现出的应力与应变的定量关系。◆关于流变学的一些基本知识剪切应力表观粘度速度梯度●可塑法成型和注浆法成型用坯料的性能都涉及它们的流变特性。xyvτ第八页，共九十三页。●

几种基本流体类型ShearthinningShearthickening（胀流型流体）（假塑性流体）（牛顿型流体）（宾汉型流体）τy第九页，共九十三页。●可塑泥料受应力作用而产生变形时，既有短暂的弹性变形阶段（OA段），又有塑性变形阶段。●但当应力超过弹性形变的极限应力值σy之后，泥料即产生不可逆的假塑性变形，且变形量随应力的增大而增大。oAσε粘土泥料应力—应变曲线第十页，共九十三页。●若撤除外加应力，则发生假塑性变形的泥料只能部分地恢复原状态（εy），剩下的不可逆变形部分（εn）叫做“假塑性变形”。εn部分是由于泥料中的矿物颗粒产生了相对位移所致。●σp和εp分别为泥料受力出现裂纹（破坏）时的极限应力值和变形量。

σp和εp的大小取决于所加应力的速度和应力在泥料中扩散的速度。oAσε粘土泥料应力—应变曲线第十一页，共九十三页。●可塑泥料还具有一个特点，即：当其受外力作用产生变形后，若维持其变形量不变，则泥料中的应力会逐渐减小直至消失。泥料中的应力降到一定值时所需的时间叫做“应力松弛期”。●如果成型时泥团的受力时间比其松弛期短得多，则在应力作用期间内，泥料将来不及产生塑性变形（只产生弹性变形）。反之，则将产生塑性变形而能保持变形后的形状。oAσε粘土泥料应力—应变曲线第十二页，共九十三页。●因此，若要使泥料形成所要求坯体外形，成型时就要使泥料受力时间足够长，且成型压力应陆续、多次地作用到泥料上。●在塑性泥料的流变性参数中，屈服值σy和最大变形量εp对成型过程具有重要意义。●成型性能好的泥料应该具有一个较高的屈服值σy和足够大的εp值。前者可以防止刚刚成型好的坯体因偶然的外力作用产生变形；后者可以保证泥料在成型过程中变形虽大、但又不易产生开裂。oAσε粘土泥料应力—应变曲线第十三页，共九十三页。●改变泥料的含水量，可以改变其中一个流变参数，但同时也会降低另一个特性参数。如右图所示，随着含水量增加，σy减小而εp却增大。●屈服值σy和最大变形量εp是相互关联的，且往往相互矛盾。●因此，一般可以近似地用（σy×εp）来评价泥料的成型性能，这就是前已述及的“可塑性指标”。对于一定组成的泥料而言，在合适的含水量条件下，这个乘积达到最大值时，也就意味着它具有最好的成型性能。某粘土泥料的含水率与其应力—应变曲线σε第十四页，共九十三页。1.矿物组成。就可塑性强弱而言：伊利石＜高岭石＜＜蒙脱石◆可塑性良好的粘土泥料一般应具备以下条件：（1）颗粒细小；（2）粘土矿物解理明显或完全，尤其呈片状结构最好；（3）粘土颗粒表面的水化膜较厚。2.颗粒大小及形状。含水量%（σy×εp）可塑性指数d=0.2µm0.3µm0.5µm1.5µm3.5µm细颗粒泥料的比表面积大，可塑性亦大。板片状、短柱状颗粒的比表面积比球状颗粒的比表面大，故前两种颗粒容易形成面-面接触，形成的毛细管力大，相应的泥料可塑性亦大。（二）影响泥料可塑性的因素第十五页，共九十三页。3.吸附的阳离子种类。粘土胶团之间的斥力（吸引力）影响着泥料的可塑性，而吸引力的大小则决定于粘土的阳离子交换容量及吸附的阳离子种类。◆粘土吸附不同阳离子时，其可塑性变化的顺序与阳离子交换顺序相同：H-粘土＞Al3+＞

Ba2+＞

Ca2+＞

Mg2+＞

NH+＞

K+＞

Na+＞

Li+可塑性增大4.液相的性质及含量。液相的性质主要涉及液相的粘度及表面张力。一般地，高粘度和高表面张力的液体介质能够提高泥料的可塑性。表面张力可塑性第十六页，共九十三页。4.液相的性质及含量。●液相含量对泥料可塑性的影响如右图所示：随着含水量增加，泥料的屈服值降低，最大变形量增大。而最大可塑性指数（标）则对应于一个最佳含水量。第十七页，共九十三页。二、注浆坯料（泥浆）的成型性能1.陶瓷泥浆的流变曲线（一）陶瓷泥浆的流变特性1.可塑粘土泥浆2.骨灰浆体3.石英浆体(近似牛顿型)4.氧化铝浆体（胀流型）5.加入了碱的可塑粘土泥浆第十八页，共九十三页。2.影响泥浆流变性质的因素（1）泥浆浓度如右图所示。泥浆浓度增大时，流变曲线的形状基本上不变，只是曲线位置右移，意味着泥浆获得相同剪切速率所需施加的应力增大，亦即泥浆的屈服值增大。第十九页，共九十三页。（2）固相颗粒的大小及其分布。就固相颗粒的细度而言，陶瓷泥浆是介于溶胶—悬浮体—粗分散体系之间的一种特殊固液系统，其粒度分布范围大致在200~0.2µm之间。其中胶体颗粒（＜0.2µm

）很少，但小颗粒（主要由粘土矿物引入）是悬浮体中大颗粒的分散剂，以及大中颗粒移动时的润滑剂。因此，泥浆体系中大小颗粒之比和颗粒的分布范围均对泥浆流变性质起着决定性作用，影响情况复杂。（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。加入电解质是调节泥浆流变性和稳定性的有效方法。电解质的种类及加入量对泥浆流变性质均影响显著。第二十页，共九十三页。（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。单独加入Na2CO3

的高岭土泥浆的流变曲线●加入量＜1%时，流变曲线形状没有太大改变，屈服值降低也不明显。●加入量为2%时，泥浆解凝程度最大，屈服值降到最低。●过分解凝时，粘度重新增大。η=τ/γ.说明电解质的加入量存在一个最佳值。第二十一页，共九十三页。单独加入六偏磷酸钠的高岭土泥浆的流变曲线●解凝效果比碳酸钠更好，仅需加入0.5%即可达到最大解凝效果——屈服值降到零。●过分解凝时，粘度重新增大。η=τ/γ.●加入量＜2%时，泥浆呈胀流型流体特征。加入量＞2%后，泥浆变为塑性流体。加入量为2%时，泥浆近乎牛顿流体。第二十二页，共九十三页。●

几种基本流体类型ShearthinningShearthickening（胀流型流体）（假塑性流体）（牛顿型流体）第二十三页，共九十三页。复合加入Na2CO3和Na2SiO3（1：1）的高岭土泥浆的流变曲线●随着加入量的增大，泥浆粘度不断减小。●加入量为2%时，泥浆解凝程度最大，屈服值接近于零，触变环最小，泥浆近似牛顿流体。●过分解凝时，粘度重新增大（η=τ/γ）.触变环也变大。第二十四页，共九十三页。●瓷器泥浆含有较多的瘠性原料。●随着碳酸钠的加入量增大，泥浆由假塑性流态改变为胀流型流体。瓷器泥浆（含水率31%）加入Na2CO3的流变曲线第二十五页，共九十三页。d)过分解凝态。近似牛顿型流体，重现触变环，粘度比(c)态大得多。0%0.4%0.8%1.2%(a)(b)(c)(d)精陶泥浆加入Na2SiO3的流变曲线a)絮凝态,近似宾汉型流体。b)部分解凝态。呈有一定屈服值的假塑性流体，触变性最大。c)完全解凝态。近似牛顿型流体，无触变环。第二十六页，共九十三页。（4）陈腐处理。新制的泥浆其流变性能是不稳定的，往往需要陈腐一段时间才能稳定。陈腐过程中，粘度和屈服值有所增大。1h24h120h288h432h剪切速率剪切应力第二十七页，共九十三页。（5）泥浆的pH值。随着介质pH值的不同，板片状粘土颗粒的边面所带的电荷情况发生变化，从而会影响泥浆中胶粒之间的作用力，以及颗粒之间的架构形式，进而影响泥浆的粘度和屈服值。第二十八页，共九十三页。（6）粘土吸附的可溶性盐类自然界中的粘土一般都会吸附一些可溶性盐类，如碱金属和碱土金属的氯化物、硫酸盐等，它们对泥浆粘度的影响各有不同。泥浆粘度可溶性盐类含量与泥浆粘度的关系NaOHNa2SO4CaCl2MgCl2NaCl第二十九页，共九十三页。（二）影响泥浆浇注性能的因素1.流动性。泥浆的浇注性能包括泥浆的流动性、成坯速度、脱模难易性、湿坯坯强度及可加工性。影响泥浆流动性的因素包括：（1）泥浆浓度。浓泥浆的流动性差，但若泥浆太稀，浇注成型时成坯速度会降低，且坯体强度低，干燥收缩变大。（2）固相颗粒的大小及形状。对于一定浓度的泥浆而言，固相颗粒越细——颗粒间平均间距越小、水化膜也越厚——吸引力增大、流动阻力增大——流动性减小。此外，非球形颗粒比球形或等轴颗粒的移动阻力大，即流动性较低。第三十页，共九十三页。（3）泥浆温度。——温度提高，致分散介质的粘度降低，流动性增大。（4）粘土的处理工艺。——实践经验表明，将粘土先经适当的干燥后再调制成浆，有助于改善泥浆的流动性。这与干燥前后的粘土表面吸附的离子溶剂化水膜厚度有关。◆在含水量一定的情况下，胶团中结合水量少，将使体系中自由水量增多，流动性增大。粘粒粘粒粘粒Na+Na+Na+水化膜水化膜原状态脱水后再水化第三十一页，共九十三页。（5）泥浆的pH值。——对于瘠性料浆，调节其pH值是控制其流动性与稳定性的重要方法。Al2O3料浆的ζ-电位（虚线）及粘度（实线）与pH值的关系26108400.11.010.0100.050100150200粘度，Pa.sζ-电位，mVpH第三十二页，共九十三页。（6）电解质的作用——影响粘土—水系统的胶团双电层的厚度及ζ-电位大小。2.成坯速度（模型吸浆速度）实验证明，注浆成型时，经过一定时间后，模型表面形成一定厚度的坯体层后，注件的成坯速度主要由水分通过坯体层扩散到模型表面的速度所控制。由理论推导可得出，坯体的成坯厚度与时间的关系为：D=K·t1/2Dt式中K为吸浆（成坯）速度常数。它与下列因素有关：第三十三页，共九十三页。D=K·t1/2K与下列因素有关：(1)坯体层中的气孔率（或固相颗粒填充率）。(2)泥浆细度。(3)泥浆温度（液相介质的粘度）。成坯速度常数颗粒填充率颗粒比表面积泥浆温度第三十四页，共九十三页。D=K·t1/2K与下列因素有关：(4)泥浆浓度。(5)注浆压力（坯体层两侧的压差）。注浆压力成坯速度常数泥浆含水率第三十五页，共九十三页。3.脱模性。模型吸浆结束后，坯体将随其所含水分的减少而产生收缩，从而与模型分离。脱模性是指坯体脱离模型的难易性。当然，前提是脱模后的坯体形状保持稳定。◆脱模性的表征指标——离模系数G。G=吸浆完毕至离模时，坯体中固相颗粒所占体积百分数的变化。G是一个随时间增大的量。实际上，G亦代表了湿坯体的干燥速度。G越大且随时间增加越快，意味着坯体越容易脱模，反之亦然。但实际生产中只是要求G适当大。若G太大，则坯体在模型内干燥速度快、收缩大，难免产生开裂。

影响G的因素有：坯体的致密程度（气孔率）；坯体的形状、厚度；模型—坯体的界面结合强度。第三十六页，共九十三页。4.湿坯强度及可加工性。刚脱模时的湿坯强度主要与坯体的含水率、颗粒细度等因素有关。刚脱模后的注浆成型坯体，其在坯体层厚度上存在明显的水分浓度梯度(如下图示)，但随着干燥时间的延长，该水分浓度梯度逐渐减小。abcd123422242628坯体含水率，%距模型表面的距离，mm●湿坯体的可加工性主要取决于其强度。第三十七页，共九十三页。（三）注浆成型过程中的物理化学变化1.物理脱水过程◆石膏模中的毛细管力是泥浆脱水过程的推动力。其大小取决于模型中毛细管的数量、分布及其半径大小，以及水的表面张力大小。它决定了浇注前期的成坯速度。∵模型中毛细管两端的压差（推动力）：△P=2γ/r。●采用石膏模浇注成型时，既有物理的脱水过程，在模具表面也存在化学的凝聚淀析反应过程。但对坯体形成起主要作用的是物理脱水过程。◆但当模型表面形成了一定厚度的坯体后，脱水过程的阻力就主要来自于坯体层，即成坯速度变为由水分透过坯体层的扩散速度所控制。第三十八页，共九十三页。◆坯体层所产生的阻力大小决定于其致密度（气孔率）和泥浆性质。泥浆如含塑性粘土越多、瘠性原料越少，固相颗粒越细，则会使坯体层的密度越高，水分透过的阻力越大。◆另外，石膏模中的毛细管的大小及分布与模型制造时的“水/膏”比值密切相关。实验表明，当水/膏=78/100时，注浆过程的总阻力最小，相应地，成坯速度最大。如水/膏＜78/100，则模型中形成的毛细管少，模型阻力大；反之，则是坯体层形成的阻力较大。第三十九页，共九十三页。注浆过程的阻力变化与吸浆（成坯）速度的关系吸浆速度模型阻力坯体阻力总阻力第四十页，共九十三页。2.化学凝聚过程泥浆浇注成型时，会在泥浆—石膏模界面上发生如下离子交换反应：Na-粘土+CaSO4+Na2SiO3→Ca-粘土+Na2SO4+CaSiO3↓结果使靠近模壁面处的泥浆变为Ca-粘土泥浆，并发生聚沉，同时生成CaSiO3沉淀促使反应不断向右进行。生成的Na2SO4则随水分进入模型毛细孔中，烘干时又从中析出。Na-粘土泥浆对石膏模型工作面的溶蚀，一方面将使石膏模工作面逐渐变得粗糙和凹凸不平，另一方面也会逐渐降低石膏模的机械强度。第四十一页，共九十三页。三、压制成型用粉料的成型性能1.粒度及粒度分布（一）粉料的工艺性质粒度：通常以颗粒半径或直径表示。非球形颗粒的大小可用一个等效半径表示。2.粉料的堆积特性单一粒径的颗粒堆积密度低，而有适当颗粒级配的粉料的堆积密度大。中粒粗粒细粒35%32%32%32%29%26%23%粗颗粒50%中颗粒10%细颗粒40%等效半径系指与非球形颗粒等体积的球体之半径。第四十二页，共九十三页。3.粉料的拱桥效应4.粉料的含水率及水分分布均匀性◆生产要求是：含水率适当，且水分分布均匀。粉料堆积时的拱桥效应粉料堆积体中，颗粒相互搭接，形成拱桥形空隙的现象叫做拱桥效应。粗大、光滑的球形颗粒堆积时，不易形成拱桥效应。相反，细颗粒重量小，比表面大，颗粒间附着力大，容易形成拱桥，尤其是当颗粒呈不规则的多面体时。第四十三页，共九十三页。自然堆积的粉料外形5.粉料的流动性●自然休止角α的概念。●粉料的流动性可用其自然休止角α来表征。一般粉料的α角为20°~40°.●粉料的流动性与其粒度分布、干湿程度、颗粒大小及形状、以及颗粒的表面状态等因素有关。◆流动性差的粉料会影响其在模具中的充填速度和密实度，进而影响坯体的成型质量。第四十四页，共九十三页。（二）粉料的致密化过程1.密度的变化陶瓷粉料在受压密实的过程中，其密度变化一般可分为三个阶段，如右图所示。坯体密度随成型压力的变化（对于塑性粉料，图中阶段2是极不明显的，几乎不存在。）阶段1：松散堆积的粉料在外压作用下，迅速填充空隙，使密度迅速增大。阶段2：压力增大，但未达到颗粒的极限变形压力，还不足以使颗粒产生严重的变形或断裂，不能形成面—面接触，故密度增大缓慢。第四十五页，共九十三页。坯体密度随成型压力的变化（对于塑性粉料，图中阶段2是极不明显的，几乎不存在。）阶段3：当压力增大超过颗粒的极限变形压力后，将使颗粒产生严重的变形或断裂，形成面—面接触，甚至再次进行一定程度的位移、重排，使坯体中的残留空隙基本得以排除，从而在此引起坯体密度的显著增大。第四十六页，共九十三页。粉料在单面受压成型过程中，任一时刻t时坯体中的残余空隙率可用下式表示：(V－Vth)=(V0－Vth)e–kpt/η式中：Vth——极限空隙率（理论空隙率），在粉料性能和加压工艺参数一定的情况下可视为常数，理想情况下Vth=0.V0、V——分别为受压时间为0、t时的空隙率。显然V0、V＞Vth。P——成型压力。

η——粉料的内摩擦力。k——与模具形状、粉料性质有关的比例系数。第四十七页，共九十三页。(V－Vth)=(V0－Vth)e–kpt/η（5）坯体（模具）形状、尺寸及粉料性质也会影响坯体的成型密度及密度均匀性。由上式可知：（1）粉料装模时的自然堆积空隙率V0越小，则成型后的坯体空隙率V也越小。因此，因尽量提高粉料在模具中的堆积密度。（2）增大成型压力P，可使V减小。但实际生产中往往受到设备本身的限制。（3）延长受压时间t可减小V,但这会降低产量。（4）减小粉料颗粒的内摩擦力η，可使V减小。第四十八页，共九十三页。（1）采取适当的造粒工艺，使粉料具有合理的颗粒级配和良好的流动性。（2）添加适当的外加剂以减小粉料颗粒间内摩擦力η。（3）在设备性能允许的前提下，适当增大成型压力P。◆提高坯体密度的有效工艺途径：2.强度的变化坯体强度与成型压力的关系成型压力坯体强度123陶瓷粉料在受压密实过程中，形成的坯体强度随着压力的增大也可大致分为三个阶段，如右图所示。第四十九页，共九十三页。坯体强度与成型压力的关系成型压力坯体强度123阶段1：虽然此阶段坯体的气孔率减小，密度明显增大，但坯体颗粒仍未发生足够的变形，故颗粒间的接触面积仍小，坯体强度不大。阶段2：由于压力增大，颗粒变形严重，接触面积大大增加，故坯体强度增加迅速。阶段3：坯体密度趋于稳定，故强度变化也逐渐趋于稳定。不言而喻，坯体的强度和密度是正比关系：SD第五十页，共九十三页。3.坯体中的压力分布（密度差别）单面加压时坯体内部的压力分布情况示意图H/D=0.43H/D=1.66压制成型时，由于粉料颗粒间的内摩擦力，以及粉料和模壁间的外摩擦力的存在，会造成成型压力的损失，从而造成坯体中压力分布的不均匀，最终造成坯体的密度不均匀。而且，制品的高径比（H/D）越大，这种不均匀性越严重。●坯体各部位的的密度如果相差太大，则在干燥和烧成时容易因收缩不一致而产生变形。第五十一页，共九十三页。（三）影响压制成型坯体质量的因素1.成型压力●成型压力的确定，一要考虑坯料的性能，二要考虑坯体的大小、形状及厚薄，以及坯体的质量（强度）要求。压制成型时所施加的压力主要用于克服以下两个阻力：（1）粉料的内摩擦力和使粉料变形的阻力；（2）粉料与模壁的摩擦力（外摩擦力）。单面加压双面同时加压双面先后加压各方均匀加压2.加压方式第五十二页，共九十三页。3.加压速度及次数“一轻、二重、三加压、慢提起”4.添加剂的作用在粉料中加入适当的添加剂，可以减小颗粒的内摩擦力及其与模壁间的外摩擦力，增强颗粒间的粘结力，从而提高坯体的强度和密度，并改善其均匀性。5.粉料的工艺性能。第五十三页，共九十三页。第二节调节坯料成型性能的添加剂根据外加剂的作用，陶瓷生产中用于调节坯料性能的添加剂主要有三种：（3）润滑剂：用于提高粉料的湿润性，减小粉料颗粒间及粉粒与模壁间的摩擦力。（2）塑化剂（结合剂）：用以改善坯料的可塑性，提高生坯的强度。

（1）解凝剂（稀释剂）：用于改善泥浆的流动性、稳定，同时使泥浆具有较高浓度、较低含水率。第五十四页，共九十三页。第二节调节坯料成型性能的添加剂●对各种添加剂的共同要求是：与坯料不发生化学反应，不会影响产品的质量性能；分散性好，易与坯料混合均匀；有机物质能在较低温度下烧尽，且灰分少；氧化分解的温度范围宽些，以防引起坯裂。●实际上，一种添加剂的作用不是单一的，往往兼具其他作用。一些表面活性剂既可作解凝剂，又具有润滑剂的作用。第五十五页，共九十三页。一、泥浆用稀释剂（一）稀释剂的稀释机理两种情况：1.稀释剂与粘土发生阳离子交换反应，提高泥浆的ζ-电位，从而改善泥浆的流动性和稳定性。——各种无机及有机盐类电解质。2.稀释剂分子吸附于料浆胶粒的表面，形成一种保护膜，从而阻碍胶粒聚结沉降，改善泥浆的流动性和稳定性。——各种聚合物电解质。第五十六页，共九十三页。（二）稀释剂种类无机盐类电解质——主要用于粘土质泥浆有机盐类电解质聚合物类电解质既可用于粘土质泥浆，亦可用于瘠性料浆。●作为稀释剂的无机和有机盐类电解质通常应具备以下条件：（1）能直接离解或水解，离解出（水化能力强的）碱金属离子，并使泥浆系统成呈碱性。（2）其阴离子能与料浆中的有害离子形成难溶盐或稳定的络合物。第五十七页，共九十三页。1.无机盐类稀释剂●大多为无机酸的钠盐，常用的有：水玻璃、碳酸钠、NaOH、焦磷酸钠（Na4P2O7）、六偏磷酸钠（NaPO3）6等。其用量一般为0.3~0.5%。◆各种稀释剂的加入量及稀释效果与粘土类型密切相关。对高岭土泥浆稀释效果最好的是水玻璃，其次是Na2CO3。1:NaOH2:Na2CO33:Na2SiO3123电解质加入量不同电解质对高岭土泥浆的解凝效果粘度，Pa.s第五十八页，共九十三页。◆稀释剂的稀释效果还与粘土吸附的阳离子种类有关。当粘土是较纯的H—粘土时，则水玻璃、碳酸钠的稀释效果不如NaOH和单宁酸钠。因为：苏州土是一种H—粘土，实践证明，纯碱和水玻璃都不易使其解凝。Na2CO3Na2SiO3NaOHR--COONa+H--粘土Na--粘土+H2CO3H2SiO3H2OR--COOH上述反应生成的R—COOH和H2O的离解度要比H2CO3和H2SiO3小得多；后两者离解度较大，从而使泥浆中的H+浓度较大，抑制了离子交换反应的进行。第五十九页，共九十三页。◆“稀释效果与粘土吸附的阳离子种类有关”还体现在同一种电解质对吸附了不同阳离子的粘土泥浆表现出不同的解凝效果。如右图所示，焦磷酸钠对NH4-粘土泥浆具有最佳的解凝效果，其次是Na-粘土泥浆。焦磷酸钠对各种粘土泥浆粘度的影响第六十页，共九十三页。●须知，使用解凝剂不仅会改变泥浆的粘度，也会影响其浇注性能和生坯的某些性质（如强度、干燥性质）。◆因此，生产上经常同时采用Na2CO3和Na2SiO3作稀释剂，以调节成坯速度和坯体强度。单用水玻璃，坯体脱模后硬化快、易开裂；单用碳酸钠，坯体硬化慢、易变形。第六十一页，共九十三页。◆应当指出：（1）Na2CO3吸潮后会变成NaHCO3，后者是一种絮凝剂。故对碳酸钠要注意检测其纯度、注意防潮。（2）注意使用适当模数【n=SiO2/Na2O】的水玻璃作解凝剂。水玻璃的化学组成存在一个较宽的范围Na2O·(1.6~4)SiO2。陶瓷工业上用的是模数为2~3的水玻璃。第六十二页，共九十三页。2.有机酸盐类稀释剂◆这类电解质主要有腐殖酸钠、单宁酸钠、柠檬酸钠等。它们的稀释机理及作用规律与无机酸盐类稀释剂类似——①离解出的Na+吸附于泥浆中的粘土胶粒上，增大泥浆的ζ-电位；②有机酸根离子与泥浆中的有害离子形成难溶性盐或络合物。●腐殖酸钠的用量不超过0.25%,单宁酸钠的用量一般为0.3~0.6%。单宁酸钠及水玻璃加入量对骨灰瓷泥浆的稀释效果第六十三页，共九十三页。3.聚合物类电解质这类电解质常用的有：羧甲基纤维素、聚丙烯酸盐、木质素磺酸盐、阿拉伯树胶等，它们都是水溶性聚合物。（2）应有良好的水溶性、较大表面吸附能力，在水介质中能充分吸附于粘粒表面；聚合物电解质的稀释效果取决于其如下性质——表面吸附能力、聚合度（分子量）、分子结构等。用作稀释剂的聚合物电解质，要求其符合以下条件：（1）应是低分子量（低聚合度）聚合物；（3）应具有线型分子结构。第六十四页，共九十三页。聚丙烯酸盐的稀释作用很强，一般使用的是其钠盐和铵盐。浓度为70%的泥浆仅需加入0.1%即可获得较好的流动性。聚丙烯酸钠的聚合度对泥浆粘度的影响聚合度用作稀释剂的聚丙烯酸盐的分子量在数千至2万之间（聚合度＜4000，聚合度即一个分子所含的单体数量。）第六十五页，共九十三页。一些特种陶瓷的瘠性料浆常采用阿拉伯树胶、明胶、羧甲基纤维素钠盐等有机胶体作稀释剂（悬浮剂）。这类胶体只有在用量足够多时才能表现出稀释（悬浮）作用，用量少时反而会使料浆聚沉。此外，有机胶体会提高料浆中的液相粘度，因而增大固相颗粒聚沉的阻力。a)少量胶体情况b)大量胶体情况有机胶体对氧化铝料浆的作用第六十六页，共九十三页。本章作业题：5.分析讨论影响泥浆成坯速度的诸因素。6.作图说明压制成型时粉料的致密化过程。7.提高压制成型坯体密度的有效工艺途径有哪些？8.影响压制成型生坯质量的因素有哪些？9.用作稀释剂的无机或有机盐类电解质，以及聚合物类电解质各自应具备哪些条件？10.别说明无机或有机盐类电解质及聚合物类电解质的稀释机理。4.根据塑性泥料的流变特性（应力-应变曲线）及可塑法成型的工艺特点，试讨论说明：成型性能良好的泥料应具有怎样的流变参数特征？以及成型时的工艺操作要求如何？第六十七页，共九十三页。第三节陶瓷成型方法成型是将制备好的坯料，用各种不同的方法制成具有一定形状和尺寸的坯体（生坯）的过程。成型需满足的要求：

1．坯体应符合产品所要求的生坯形状和尺寸（应考虑收缩）。2．坯体应具有相当的机械强度，以便于后续工序的操作。3．坯体结构均匀，具有一定的致密度。4．成型过程适合于多、快、好、省的组织生产

从工艺上讲，根据坯料的性能和含水量的不同，陶瓷的成型方法可分为三类：注浆成型、可塑成型和压制成型。

第六十八页，共九十三页。一、注浆成型工艺过程：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。

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。

（一）概述：第六十九页，共九十三页。工艺特点：（二）.基本注浆成型方法

（1）适于成型各种产品，形状复杂、不规则、薄、体积较大而且尺寸要求不严的器物，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。1空心注浆法（单面注浆）draincasting第七十页，共九十三页。2实心注浆(双面注浆)solidcasting（三）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。

第七十一页，共九十三页。1真空注浆

2离心注浆

真空脱气压力注浆示意图

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，而小颗粒集中在坯体内面，造成坯体组织不均匀，收缩不一致。

第七十二页，共九十三页。3压力注浆

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<0.03MPa采用石膏模型中压注浆：压力0.15～0.4MPa强度较高的石膏模型，树脂模型高压注浆：压力>2MPa高强度树脂模型第七十三页，共九十三页。高压注浆成型原理图

微压注浆成型原理图

第七十四页，共九十三页。4热浆注浆

5电泳成型

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15～55℃，粘度会降低50～60％，坯体成型速度提高32～42％。

圆筒式电泳成型机

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、成型时间、泥浆浓度及电解质含量等。

第七十五页，共九十三页。（四）热压铸成型

1

制备腊浆

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、收缩率第七十六页，共九十三页。2热压铸成型工艺

主要工艺参数：

(1)腊浆温度。60～75℃，温度升高，则腊浆的粘度下降，坯体致密，但冷却收缩相应大。温度过低，则易出现欠注、皱纹等缺陷。

(2)钢模温度。决定坯体冷却凝固的速度。一般为20～30℃。

(3)成型压力。与浆桶深度、料浆性能有关。压力升高，坯体的致密度增加，坯体的收缩程度下降。一般可以采用0.3～0.5MPa。

3排腊第七十七页，共九十三页。（五）流延法成型

影响因素：

是超薄型瓷片的成型方法，可成型厚度<0.05mm的薄膜。浆料由粉料（一般<3µm）、塑化剂和溶剂组成。将浆料充分混合，搅拌除泡，真空脱气，过滤，最后利用流延机进行成型。（1）塑化剂用量和浓度（3）干燥条件（2）排出气泡第七十八页，共九十三页。二、可塑成型（一）滚压成型

可塑法成型是利用外力对具有一定可塑变形能力的坯料进行加工成型的方法。基本原理是基于坯料的可塑性。

1.滚压成型工艺原理和特点

成型时盛放着泥料的石膏模型和滚压头分别绕自己的轴线以一定的速度同方向旋转。滚压头在旋转的同时逐渐靠近石膏模型，对泥料进行滚压成型。二者之间既有滚动又有滑动，泥料主要承受压延力的作用。

阴模滚压（内滚压）：滚压头形成坯体的内表面。

阳模滚压（外滚压）：滚压头决定坯体形状和大小，模型决定内表面的花纹。第七十九页，共九十三页。2.滚压成型的主要控制因素

（1）对泥料的要求水分、可塑性既有滚动，又有滑动，泥料主要受压延力的作用。要求有一定的可塑性和较大的延伸量。可塑性低，易开裂；可塑性高，水分多易粘滚头。阳模滚压和阴模滚压对泥料的要求有差别。阴模滚压受模型的承托和限制，可塑性可以稍低，水分可稍多。（2）滚压头的温度热滚压：100～130℃，在泥料表面产生一层气膜，防止粘滚头，坯体表面光滑。冷滚压：可用塑料滚压头，如聚四氟乙烯。（3）主轴转速（n1）和滚头转速(n2)第八十页，共九十三页。（二）塑压成型模型：蒸压型的α－半水石膏，内部盘绕多孔性纤维管，用以通压缩空气或抽真空。

将可塑泥料放在模型中在常温下压制成型的方法。成型时施以一定的压力，坯体的致密度较旋坯法、滚压法都高。因此，需要提高模型强度：采用多孔性树脂模、多孔金属模。

成型压力与坯泥的含水量有关。第八十一页，共九十三页。（三）注塑成型（注射成型）

瘠性物料与有机添加剂混合加压挤制的成型方法。

1.坯料的制备坯料由陶瓷瘠性粉料与结合剂（热塑性树脂）、润滑剂、增塑剂等有机添加剂构成。制备过程：配料、加热混合、固化、粉碎造粒。有机物含量直接影响坯料的成型性能剂烧结收缩性能。2.成型过程第八十二页，共九十三页。4.注射成型与热压注成型的比较：

相同点：（1）瘠性料与有机添加剂混合、成型、脱脂（排腊）三个主要工序。（2）在一定温度、压力下成型。不同点：（1）热压注在烧结前需制成可以流动的腊浆。注射成型是制备出粉状干粉料，注入模具后加热至塑性状态，填充模具。（2）热压注压力0.3～0.5MPa，注射成型压力130MPa。3.脱脂除去有机添加剂的工序第八十三页，共九十三页。（四）轧膜成型

是薄片瓷坯的成型工艺，主要用在电子陶瓷工业中直至瓷片电容、独石电容及电路基板等瓷坯，适于1mm以下，常见为0.15mm。

1.坯料的制备瘠性粉料：预烧、过筛。塑化剂：由粘合剂（PVA、聚羧酸乙烯酯、甲基纤维素）、增塑剂（甘油、己酸三甘醇、临苯二甲酸二丁酯）和溶剂（水、甲苯、乙醇）配置而成。将瘠性粉料和塑化剂搅拌均匀、利用轧膜机混炼使之充分混合、吹风（使溶剂挥发）、粗轧。第八十四页，共九十三页。2.轧膜成型工艺炼泥与成型同时进行，粗轧后的厚膜仍要多次反复轧炼以保证泥料高度均匀并排出气泡。在轧膜过程中逐步缩小轧辊间距，至所需厚度，最后进行冲切。轧膜过程中只在长度、厚度方向受碾压，宽度方向缺乏足够的压力，故具有颗粒定向排列，导致烧成收缩不