第七章粉末冶金与陶瓷材料的成形工艺

主讲人：于美杰副教授：88396181：yumeijie@工程资料与机械制造根底第七章粉末冶金与陶瓷资料的成形工艺本章根本要求粉体的根本物理性能粉体成形原理了解几种常用的成形工艺第七章目录第一节粉体成形原理第二节粉体制备技术第三节粉末冶金的成形工艺第四节陶瓷资料的成形工艺第五节烧结第六节陶瓷与粉末快速成形工艺

第一节粉体成形原理第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder与资料液态铸呵斥形与固态塑性成形方法不同，粉末冶金与陶瓷的成形方法是利用粉末特有的性能，经过坯体成形、烧结等系列工艺组成的。消费工艺过程:粉末冶金与陶瓷所用原资料都是“粉体〞第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder一、粉料的根本物理性能粒度：d、等效直径粒度分布、形貌〔宏观、微观〕拱桥效应：粉体颗粒的形貌千差万别，直接影响到粉体的流动性和填充性。由于实践粉料不是球形，加上外表粗糙不平以及附着和凝聚的作用，颗粒之间相互咬合，构成拱桥形空间，增大了空隙率，使粉料自在堆积的空隙率往往比实际计算值大得多。第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder粉体颗粒的外表能和外表形状外表能：晶体破碎后内部原子在周围原子的均等作用下处于能量平衡形状，而外表原子只是一侧遭到内部原子的引力，另一侧那么处于一种具有“过剩能量〞的形状，该“过剩能量〞称为外表能。吸附与凝聚第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder粉料的堆积〔填充〕特性与外形有关：拱桥效应，外形越不规那么，空隙率越高。与粒径分布有关：粒径分布越宽，空隙率越小，堆积密度越大。粉料的流动性自然安息角越小，反映出流动性越好球形粉末的流动性好第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder二、粉体成形原理将粉体原料制成块状坯体普通采用三种不同的方法：压制成形：直接将不含液体〔水或有机溶剂〕或含有少量液体的粉体加压成形。可塑成形：将粉体参与适量的液体，做成可塑泥团，经过塑性变形制成坯体。浆料成形：将粉体中参与足够多的液体〔含液量超越可塑泥团〕，做成流体形的浆料，将其浇注至模具内构成坯体。第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder〔1〕压制成形原理：基于较大压力成形过程中坯体的密度、强度、压力发生变化。高而细的产品不适于压制法成型图7－3单面加压时坯体内部压力分布情况H－坯体高度D－坯体直径第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder影响坯体密度的要素成形压力加压方式：单面、双面、四面加压速度：一轻、二重、慢提起光滑剂等添加剂加压方式和压力分布形状图(a)单面加压；(b)双面同时加压；(c)双面先后加压；(d)四面加压〔等静压〕密度均匀程度添加两次之间有间隙，利于空气排出第一节粉体成形原理对压制用粉料的工艺性能要求(由于压制成型时粉料颗粒必需能充溢模型的各个角落)良好的流动性。粉料中气体越少越好。以便得到较高的素坯密度。粉料的堆积密度越高越好。第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder〔2〕可塑成形原理主要用于构成陶瓷坯体，不用于粉末冶金可塑泥团的流变特性弹性变形假塑性变形开裂σy－流限、屈服值σp－强度极限εn－假塑性形变εy－回复形变εp－最大变形量可塑泥团的应力－应变曲线少量空气和有机增塑剂的作用泥团中颗粒产生相对位移所致出现裂纹前的最大变形量第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder影响泥团可塑性的要素固相颗粒大小和外形：颗粒越粗，呈现最大塑性时所需水分愈少，最大可塑性愈低;颗粒愈细，比外表积愈大，每个颗粒外表构成水膜所需的水分与多，可塑性愈高。液相的数量和性质：水分是泥团出现可塑性的必要条件，当水分适量时才干呈现最大可塑性。第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder可塑性评价目的：σy＊εp。屈服值随含水量添加而减少；最大变形量随含水量添加而添加。可塑泥团的可塑性与含水量的关系第一节粉体成形原理可塑坯料的工艺性能要求可塑性好；含水量适当；枯燥强度高；收缩率小；颗粒细度适当；空气含量低。第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder〔3〕浆料成形原理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，在贴近模壁的一层泥浆被模型吸水而构成一均匀的泥层，这泥层随着时间的延伸而逐渐加厚，当到达所需的厚度时，可将多余的泥浆倒出。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。第一节粉体成形原理影响泥浆流变性能的要素泥浆浓度：浓度越高，在同一剪切速率下所需应力越大，流动性降低。固相颗粒大小：颗粒越细，吸引力越大，流动阻力越大；电解质的作用：泥浆解凝泥浆的pH值：影响离解程度，或胶溶或絮凝未解凝的可塑粘土泥浆浓度与流动曲线的关系第一节粉体成形原理Formingtheoryofpowder注浆成型对泥浆的总的工艺性能的要求流动性好；稳定性好；适当的触变性；含水量少；滤过性好；坯体强度高；脱模容易；不含气泡。第二节粉体制备技术Preparationtechnologiesofpowder粉体制备方法粉碎法：机械粉碎、气流粉碎不易制备1微米以下的微细颗粒设备定型化，产量大，容易操作，被广泛地运用于粉末消费中，属于物理法机械合金化〔高速高能球磨〕合成法：经过离子、原子、分子反响，成核、生长、搜集、后处置获得微细颗粒纯度高粒度可控均匀性好颗粒微细第二节粉体制备技术Preparationtechnologiesofpowder金属粉末的合成方法复原法雾化法电解法化合物粉末的合成方法固相法化合反响法热分解反响法氧化物复原法液相法生成沉淀法水热法溶胶凝胶法溶剂蒸发法熔液法气相法蒸发-凝聚法气相化学反响法第三节粉末冶金成形工艺Powdermetallurgy粉末冶金成型工艺压制成形：运用最广泛粉浆浇注成形楔形压制第三节粉末冶金成形工艺Powdermetallurgy压制成形〔1〕物料预备粉末分级配料混合混合料湿磨：混合+研细〔2〕压制工艺称料装模压制脱模第三节粉末冶金成形工艺Powdermetallurgy粉浆浇注成形将粉末预先制成悬浮状或浆糊状物质,然后注入石膏模中的成形方法,叫粉浆浇注.粉浆的制备模具资料:石膏(200度失去结晶水)浇注方法:手工浇注(倾倒浇注)、紧缩空气浇注第三节粉末冶金成形工艺Powdermetallurgy楔形压制成形楔形压制又称循环压制。其方法是用一只楔形的上模冲，将粉末分段压制而成制品.第四节陶瓷资料成形工艺Formingtechniquesofceramics浆料成形注浆成形热压铸成形流延成形：超薄型制品可塑成形滚压成形塑压成形挤压成形轧膜成形压制成形模压成形等静压成形第四节陶瓷资料成形工艺Formingtechniquesofceramics〔1〕注浆成形：坯料具有一定液态流动性根本注浆方法：空心注浆、实心注浆〔单面注浆、双面注浆〕小件、薄壁外模注口型芯注浆出气口吸水硬化脱模大件、厚壁第四节陶瓷资料成形工艺Formingtechniquesofceramics强化注浆方法：〔提高吸浆速度和坯体强度〕真空注浆离心注浆压力注浆〔2〕热压铸成形利用石蜡的热流行特点，与坯料配合，是用金属模具在压力下成形，冷凝后坯体可以坚持其外形。蜡浆料的制备：浆坯料参与到以石蜡为主的粘结剂中热压铸高温排蜡第四节陶瓷资料成形工艺Formingtechniquesofceramics〔3〕滚压成形盛放着泥料的石膏模具和滚压头分别绕着本人的轴线以一定的速度同方向旋转。滚压头在转动的同时，逐渐接近石膏模型，并对泥料进展滚压成形。坯体质量好消费效率高日用品陶瓷阳滚压阴滚压第四节陶瓷资料成形工艺Formingtechniquesofceramics〔4〕塑压成形在模型内常温下压制成坯抽真空挤压成形，通紧缩空气迅速脱模各种盘碟类制品坯体致密度高石膏模寿命短多孔树脂膜、金属膜高强模型第四节陶瓷资料成形工艺Formingtechniquesofceramics〔5〕挤压成形效率高适宜管件、棒状制品〔6〕轧膜成形厚度1mm以下的薄片制品横向收缩大，易变形和开裂第四节陶瓷资料成形工艺Formingtechniquesofceramics〔5〕模压成形将流动性好、颗粒级配适宜宜的粉料，装入模具内，经过施加外力，使粉料压制成一定外形的坯体。液压成形机、自动压片机〔6〕等静压成形〔静水压成形〕利用液体介质的不可紧缩性和均匀传送压力性先将配好坯料装入用塑料或橡胶做成的弹性模具内，置于高压容器内，密封后，打入高压液体介质，压力传送至弹性模具对坯料加压。释放压力取出模具，得到坯件。外形复杂、大件、细而长制品成型质量高、密度高而均匀模具寿命长、本钱低