陶瓷工艺学第5章-成型课件

本章要点了解成型方法的分类及选择；掌握可塑成型、注浆成型、压制成型的成型工艺原理；了解修坯与粘接、成型模具以及成型常见缺陷。1．塑性料团成型法（简称可塑法）塑性坯泥料:水分18%~25%2．浆料成型法（简称注浆法）水分28%~35%的坯料浆3．粉料成型法（简称压制法）水分3%~6%的粉状坯料普通陶瓷制品的成型方法，按照坯料性能可分为：5.1可塑成型可塑泥团是由固相、液相、气相组成的塑性-粘性系统。当它受到应力作用而发生变形时，既有弹性，又出现塑性变形的阶段。流动极限：由弹性变形过渡到假塑性变形的极限应力。假塑性变形：除去泥团应力后，剩下的不可逆变形部分称假塑性变形。由泥团中矿物颗粒产生相对位移所致。

一、可塑泥团的流变性特征

（一）

影响坯料可塑性的因素1、粘土矿物结构的影响坯料的可塑性与所用粘土矿物原料的种类有很大的关系。如高岭土和膨润土的塑性相差很大。2、吸附阳离子的影响粘土胶团间的吸引力影响着粘土坯料的可塑性，吸引力的大小决定于阳离子交换能力及阳离子的大小与电荷。比表面积增加会促使原料的阳离子交换能力增强，即细粒原料可塑性好。3、颗粒大小和形状的影响颗粒愈细，比表面积愈大，每个颗粒表面形成水膜所需的水分愈多，产生的毛细管力越大，可塑性越好。不同形状颗粒的比表面积是不同的，形成的毛细管也不一样。板状，短柱状颗粒比球状颗粒的可塑性好。4、分散介质的影响

陶瓷坯料中最常用的分散介质是水。坯料中加入水分适当时才呈现最佳的可塑性。水膜厚度为0.2um时，坯料呈现最大的可塑性。（二）

塑化剂的作用和选择

特种陶瓷采用的原料大多数是瘠性的化工原料，它们主要依靠塑化剂的作用才具有成型能力。

粘合剂：常温下能将坯料颗粒粘合在一起，使坯料具有成型性能，烧成时会氧化﹑分解和挥发的物质。常用的粘合剂为糊精﹑聚乙烯醇﹑羧甲基纤维素﹑聚笨乙烯等。

粘合剂应能满足以下要求：

1、具有极性，能良好湿润和吸附在坯料颗粒表面；

2、希望粘合性能和表面张力大些，以便成型和保证强度；

3、不和坯料颗粒发生化学反应；

4、挥发温度范围宽些，灰分少些。溶剂：用来溶解粘合剂的物质。常用的溶剂为水﹑无水乙醇﹑甲苯﹑醋酸乙脂等。

常用的可塑成型方法主要是挤压法﹑车坯法﹑湿压法（包括旋坯法﹑滚压法﹑冷模湿压法和模湿压法）﹑轧模法等。二、可塑成型方法（一）

挤压成型

是将可塑坯料团经过抽真空挤压成型机的螺旋或活塞挤压向前，再经过机头模具挤压出来达到要求的形状。管状产品﹑柱形瓷棒﹑各种形状规格的劈离砖等产品，都采用挤压法成型。1.挤制压力

压力过小：要求泥料水分较多才能顺利挤出，得到的坯体强度低﹑收缩大。

压力过大：摩擦阻力大，加重设备工作负荷。影响因素：

1.机头喇叭的锥度以及模具出口断面尺寸。

2.挤嘴出口直径d与机筒直径D之比，比值愈小则对泥料挤制的压力愈大。一般比值在1/1.6~1/2范围内。2.挤出速率当挤出压力达最佳状态时,挤出速率决定于主轴转数和加料快慢。

3.挤压成型的缺陷(1)气孔:

练泥时抽真空度不够,或坯泥陈腐时间太短。(2)弯曲变形:坯料太湿；坯料组成不均匀；模具芯头调整不好，坯体两面厚薄不一；承接坯体托板不光滑。(3)表面不光滑:

挤坯压力不稳定；坯料大颗粒过大。(二)车坯成型

外形复杂的圆柱形产品常将挤出的泥段再经车坯成型。尺寸精度要求较高产品多采用干车成型。车坯成型是将经过真空练泥机挤出的圆柱形泥段，再干燥到含6%~11%的水分，然后固定在立式或卧式车坯机上加工而成。(三)旋坯成型

旋坯成型的设备是辘轳旋压机。是利用型刀将置入石膏模内坯泥料进行旋压成型。旋坯成型分为两种：阴模旋坯：石膏模内凹，模型内壁决定坯体的外形，刀决定坯体内部形状时。阳模旋坯：石膏模凸起，坯体的内表面取决于模型的形状，坯体的外表面由型刀旋压出来。(四)滚压成型

是把扁平型刀改变成尖锥形或圆柱形的回转体，即滚压头。滚压成型分为两种：阴模滚压：用滚压头决定坯体外表面的形状和大小，所以叫外滚。阳模滚压：用滚压头形成坯体的内表面，叫内滚。优点：坯体致密度高，机械强度大，变形少，劳动强度低，生产效率高。滚压成型要注意问题：1、对泥料的要求

a.

好的可塑性和低的含水率;

b.

具有高的屈服值和大的延展量。2、滚压过程的要求

a.滚头下降接触泥料时，动作要轻，速度6~7mm/s;

b.

压至所要求厚度时，滚头动作重而稳，时间2~3s;

c.

最后，滚头轻捷抬离坯体，太快，产生泥缕。3、对石膏模型的要求

a.适当调整石膏与水的比例，或掺水泥，提高强度;

b.

增加石膏模型底部和边部厚度;

c.

将石膏模型重心降低，防止模型甩出;

d.模型与模座衔口要紧密配合。4、常见缺陷

a.粘滚头：可塑性过强，水过多，转速过快;

b.

坯体开裂：可塑性太差，水太少，温度过高;

c.

鱼尾：凸轮曲线不合理，刀架摆动;

d.

刀花：凸轮表面不平，模型固定不好;

e.

底部上凸：滚头造型设计不当，角度不合适;

f.

花底：模型过干、过热，水分过低，车速太快。(五)湿压成型

是把水分为20％左右的可塑泥料放在模型内，用金属模头加压成型。便于脱模采取措施：1、表面涂润滑油：金属模头表面涂，防止坯体粘模。2、真空脱模：适合成型浅型产品。3、加热金属上模。5.2、注浆成型

是利用石膏膜的的吸水性，将具有流动性的泥浆注入石膏膜内，使泥浆分散地粘附在膜壁上，形成和模型相同的坯泥层，并随时间的延长而逐渐增厚，当达到一定厚度时，经干燥收缩而与膜壁脱离，然后脱膜取出，坯体制成。

凡是形状复杂或不规则，以及薄胎等制品，均可采用注浆成型的方法生产。一、注浆成型的工艺原理(一)注浆成型对泥料和稀释剂的要求

1、固体的含量、颗粒大小和形状的影响泥浆流动时的阻力来自三个方面：（1）水分子本身的相互吸引（2）固体颗粒之间的相互吸引力（3）固体颗粒相互运动时的碰撞阻力。

等轴颗粒产生的阻力最小，越不规则的颗粒阻力越大，泥浆的流动性越差。2、泥浆温度的影响提高泥浆温度除增大流动性外，还可以加速泥浆的脱水，增加坯体的强度。3、粘土及泥浆处理方法的影响当粘土温度达到105度时，配成的泥浆其流动性可达最大值，而进一步升高干燥温度，泥浆的流动性则又下降。

泥浆陈腐一定时间对稳定注浆性能、提高流动性和增加坯体强度非常有利。4、稀释剂的影响及选用

电解质之所以能产生稀释作用在于它能改变泥浆中胶团的双电层的厚度和电位。作稀释剂的电解质所必须具备的条件：

a.具有水化能力大的一价阳离子；

b.能直接离解或水解而提供足够OH－，使分散系统呈碱性；

c.它的阴离子能与粘土中的有些离子形成难熔的盐类或稳定的络合物。（二）注浆成型的物理化学变化1、注浆时的物理脱水过程泥浆注入石膏模型后，在毛细管力作用下，水沿着毛细管排出后吸入石膏模毛细管内。

毛细管力是泥浆脱水过程推动力。2、注浆时的化学凝聚过程泥浆与石膏接触时，在接触面上溶有一定数量的CaSO4,与泥浆中的Na-粘土和水玻璃发生离子交换反应，形成Ca－粘土，泥浆由悬浮态转为聚沉，石膏起到絮凝剂作用，缩短了成坯时间。（三）增大吸浆速度方法1、减少模型阻力：通过改变模型制造工艺控制。2、减少坯料阻力：适当减少塑性料；颗粒稍粗；减少水分。3、提高吸浆推动力：提高泥浆与模型之间的压力差。

二、注浆成型对石膏模及泥浆的性能要求1、对石膏模型的要求（1）模型设计合理，易于脱模，各部位吸水均匀。（2）模型的孔隙率大，吸水性能好。其孔隙率要求在30%-40%。（3）翻制模型时，应严格控制石膏与水的比例。保证有一定的吸水性和机械强度。（4）模型工作表面应光洁，无空洞，无润滑油迹。2、对泥浆的要求

（1）泥浆的流动性良好。（2）含水量尽可能低，以降低收缩，缩短干燥时间。（3）泥浆要有足够的稳定性，稀释剂的选择和用量要适当，以防止较大的颗粒分离沉淀。（4）要有良好的滤过性，使泥浆扩散快，成型时间短，以防止坯体表面硬化，而中心有流浆的现象。（5）泥浆的触变性要适宜，不应过大。三、注浆成型的方法（一）

基本注浆方法

1、空心注浆（单面注浆）石膏模无型芯，适于浇注小型薄壁产品，如花瓶，管件等。泥浆密度较小一般在1.65~1.8g/cm3。

2、实心注浆（双面注浆）

将泥浆注入石膏模型与模芯之间。坯体的内部形状由型芯决定。注浆后不需倒出余浆。泥浆密度在1.8/cm3以上。（二）

加速注浆的方法

1、压力注浆增大泥浆压力的方法是提高浆桶的高度，利用泥浆本身重力从模型底部进浆，也可用压缩空气将泥浆注入模型内。效果如下：

a.

压力注浆可以缩短模型吸浆时间；

b.

压力注浆可以减少坯体的干燥收缩。

c.

压力注浆可降低坯体脱模后留存的水分。２、离心注浆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，泥浆紧靠模壁脱水后形成坯体。离心注浆时，料中的气泡较轻，在模型旋转时，多集中中部，最后破裂消失。得到的坯体厚度均匀，变形较少。

用的泥浆固体颗粒不能相差太大，否则会出现细颗粒容易集中在模型表面，造成坯体干燥收缩易变形。3、真空注浆

一种是在石膏模外抽取真空，增大模型内外压力差；一种方式在真空室中全部处于负压方式下注浆。四、注浆成型操作注意事项

1.新制成的泥浆应至少存放（陈腐）一天以上再使用，用前须继续搅拌5-10min。

2.泥浆温度应不低于10-12℃；

3.石膏模应按顺序轮换使用，使模型湿度保持一致。

4.泥料注入模型时保证泥层的生成和均匀一致，减低坯内气泡，减少烧成变形。

5.在实心注浆时，使泥浆流满各处。

6.石膏模内在注浆前最好喷一层薄釉渣或撒一层滑石粉，以防粘模。

7.余浆回收使用时，要先加水搅拌，洗去可溶盐类，然后过筛压滤与新浆料配用。

8.注浆坯体脱模后要轻拿轻放，放平、放正、放稳，并防止振动。五、注浆成型常见缺陷1.气孔、针孔

a.

泥浆水分太少，粘度太大，气泡不易排出

b.

泥浆存放时间太长，温度过高，未陈腐等

c.

电解质数量和种类不当

d.

搅拌剧烈，注浆速度太快

e.

石膏模中有杂质，过干，过湿，温度过高。2.开裂

a.塑性原料用量不当，过粗。

b.模型干湿不一，新模型使用前未清除表面油污。

c.电解用量不当，泥浆未陈腐，搅拌不均。

d.注浆操作不善，未倒净余浆，造成干燥收缩不一。

e.脱模过早、迟、温度过高。

3.变形

a.泥浆混合不匀，造成干燥收缩不一。

b.泥浆水分过多，造成干燥收缩大。

c.倒余浆操作不当，坯体厚薄不均。

d.脱模过早，模型过湿。

4.泥缕

a.泥浆粘度大，流动性差。

b.模型工作面沾有浆滴。

c.倒余浆操作不当。5.3、压制成型

压制成型是将陶瓷粉料置入金属模具中，然后施加一定的压力，而制得所需要的形状，尺寸和致密度的产品（坯体）。一、压制成型的工艺原理（一）粉料的工艺性质

1.

粒度和粒度分布压制成型粉料的粒度是由许多小颗粒组成的粒团，比真实的固体大部分小于60um。要先经过“造粒”。采用一定粒度分布的粉料可减少其气隙，提高粉料自由堆积的密度，有利于提高压制成型的坯体的质量。2.

粉料的含水量粉料含水率高于适当值，压制成型过程中容易粘模；粉料含水率低于适当值时，却难以得到密实的坯体；成型设备的压力不同对粉料含水率亦有不同要求;

不同季节使用的坯粉料含水率也有区别。3.

粉料的拱桥效应

拱桥效应：粉料自由堆积的孔隙率望望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，结果颗粒互相交错咬合，形成拱桥形空间，增大空隙率。细颗粒的质量小，比表面大，颗粒间附着力大，容易形成拱桥。4.

粉料的流动性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要求在短时间内填满模具，影响压机的产量和陪体的质量。所以望望向粉料中加入适量的润滑剂，目的在于提高粉料的流动性。（二）压制过程中坯体的变化

1.

密度变化

第一阶段，密度急剧增加，迅速形成坯体；

第二阶段，压力增加，密度增加缓慢，后期无变化；

第三阶段，压力超过某值，密度又随压力增大而增高。

规律解释：

第一阶段，大量颗粒产生相对滑动和位移，位置重新排列，孔隙减小，假颗粒破裂，拱桥破坏，密度增大。

第二阶段，坯体中宏观的大量空隙已不存在，不会再出现大量孔隙被填充和颗粒重新排列，坯体密度变化很小。

第三阶段，压力增加到能使固体颗粒变形和断裂的程度，颗粒的棱角压平，孔隙继续填充，坯体密度进一步提高。提高压制成型坯体密度措施：

1.减小粉料装模时自由堆积的孔隙率。

2.增加压制压力，可使坯体孔隙率减小。

3.延长加压时间，可以提高坯体的致密度，降低坯体的气孔率，大相应会降低生产效率。

4.减小粉料颗粒间内摩擦力，能使坯体气空率降低。2.

强度变化

第一阶段，压力较低，由于粉料颗粒位移，填充孔隙，坯体孔隙减小，颗粒间接触面积小，坯体强度并不大。

第二阶段，压力增加，颗粒位移和填充孔隙继续进行，而且颗粒发生变形，出现原子间力相互作用,坯体强度增加。

第三阶段，坯体孔隙和密度变化不明显，强度变化较平坦。

3.

坯体中压力分布压制成型的一个问题是坯体中压力分布不均匀，即不同的部位受到压力不等，导致坯体各部分的密度不均匀。原因：坯粉料颗粒移动和重新排列时，颗粒之间产生内摩擦力；颗粒与模壁产生外摩擦力；妨碍了压制压力的传递。（三）加压制度及压制成型操作对坯体质量的影响

1.填料方式与填料操作填料方式：快速而均匀地将粉料装入钢模，将有利于劳动生产率及成型坯体质量的提高。填料操作：“长推、稳推、慢拉、推拉，层次分明，节奏清楚”，“紧推、慢拉、中间哆嗦”。

2.成型压力的确定（1）克服粉料的阻力P1为净压力。它包括粉料颗粒相对位移时所需克服的内磨擦力及使粉料颗粒变形所许的力。（2）