第四章復(fù)習(xí)陶瓷坯體成型

第4章陶瓷坯體的成型復(fù)習(xí)1、根據(jù)坯料含水（液體）不同的分類：注漿成型（含水率：30-40%）法）、2.可塑成型法（坯料含水率18-26%）、3.干壓成型法、4.等靜壓成型法、5.其它成型方法。2、成型方法選擇必須考慮的因素：1、產(chǎn)品形狀、大小、厚??；

2、坯料的工藝性能（如可塑性等）；3、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量要求；

4、成型設(shè)備要簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度要小，勞動(dòng)條件要好；5、技術(shù)指標(biāo)要高，經(jīng)濟(jì)效益要好。4、注漿成型所用漿料必須具備的性能，影響漿料流動(dòng)性的因素，澆注過程的物理化學(xué)變化。基本注漿法（空心注漿、實(shí)心澆注）、特點(diǎn)；注漿成型的主要缺陷。注漿成型所用漿料必須具備的性能1、漿料的流動(dòng)性要好；2、漿料的穩(wěn)定性要好；3、漿料的觸變性要?。?、漿料的含水率盡可能要小，滲透性要好；5、漿料的脫模性要好；漿料中盡可能不含氣泡。澆注時(shí)的物理脫水過程：（1）在澆注的初期，泥漿中的水分沿著毛細(xì)管排出，毛細(xì)管力是泥漿脫水過程的推動(dòng)力。（2）當(dāng)模型內(nèi)壁形成一層坯體后，水分要繼續(xù)排出必須先通過坯體的毛細(xì)孔，然后再到達(dá)模型的毛細(xì)孔中。此時(shí)的阻力來自兩個(gè)方面：石膏模和坯體。隨著吸漿的不斷進(jìn)行，阻力逐漸由石膏模轉(zhuǎn)為坯體。化學(xué)凝聚過程泥漿與石膏模接觸時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：Na-黏土+CaSO4+NaSiO3→CaSiO3+NaSO4（由于CaSiO3溶解性很小，反應(yīng)不斷往右進(jìn)行。）基本注漿法1、空心注漿（單面注漿）特點(diǎn)：沒有模芯，適合于澆注小型薄壁的產(chǎn)品。如坩堝、花瓶、管子等。坯體的厚度決定于吸漿的時(shí)間、模型的濕度與溫度、漿料的性質(zhì)。2、實(shí)心澆注特點(diǎn)：泥漿注入外模和模芯之間，坯體的內(nèi)部形狀由型芯決定。適合于澆注兩面的形狀和花紋不同、大型、壁厚產(chǎn)品。對(duì)于大型厚壁產(chǎn)品坯體的致密性差異明顯，中間疏松。3、注漿成型的主要缺陷（1）坯體開裂（2）氣孔及針眼（3）變形（4）塌落（5）粘模3、注漿成型原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。注漿成型原理：注漿成形是將陶瓷粉體用水(或甘油、酒精等液體)制成帶有流動(dòng)性的泥漿,將泥漿注入具有所需形狀的、多孔質(zhì)的石膏模型內(nèi),待具有吸水性的多孔石膏模吸收掉泥漿中的水分(或液體)使粉料變成致密、形狀與模具形面相應(yīng)的注件后,拆開模具就可取出注件。注件取出后,去掉多余料。在室溫下自然干燥或者在可調(diào)節(jié)干燥速度的裝置中進(jìn)行干燥。特點(diǎn)及應(yīng)用：注漿法是陶瓷工業(yè)中歷史悠久的一種成形方法。石膏模制備容易,成本低;由于采用澆注成形,此法可制造大型、形狀復(fù)雜、薄壁的產(chǎn)品。故較早應(yīng)用于碳化物、氮化物、硼化物的成形?，F(xiàn)在也用于金屬陶瓷、粉末冶金等復(fù)合材料制品的成形。如用此法成形纖維增強(qiáng)的高溫合金噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件。5、干法壓制原理及工藝過程、特點(diǎn)及應(yīng)用6、粉體的流動(dòng)性、影響粉料流動(dòng)性的因數(shù)、影響坯體密度的因素、坯體的強(qiáng)度變化、坯體中的壓力分布7、加壓制度對(duì)坯體質(zhì)量的影響（一、成型壓力的影響、二、加壓方式的影響、三、加壓速度的影響）8、加入添加劑的目的：提高坯體密度，減小密度分布的不均勻性。添加劑的選擇原則。9、彈性后效（在壓制坯體時(shí)，當(dāng)壓制的外力取消后，由于壓制過程中產(chǎn)生的彈性力而引起坯體膨脹的作用稱為彈性后效。是壓制法產(chǎn)生廢品（層裂）的直接原因。）干法壓制的基本原理

①原理及工藝過程

通過模沖對(duì)裝在鋼模內(nèi)的粉末施加壓力,壓制成一定尺寸和形狀的壓坯。卸壓后,坯塊從陰模中脫出。

在壓制過程中,粉末顆粒之間,粉末與模沖、模壁之間存在摩擦,使壓制壓力受到損失,造成壓力的不均勻性,使得壓坯的密度和強(qiáng)度沿壓力方向亦造成不均勻性。粉料中加潤(rùn)滑劑，如油酸、硬脂酸鋅等,可降低摩擦,改善密度和強(qiáng)度不均勻性。

②特點(diǎn)及應(yīng)用

模壓成形法只能成形形狀簡(jiǎn)單和尺寸小的制品。粉體流動(dòng)性概念:粉體在堆積時(shí)由于其流動(dòng)性的存在，使粉體堆積到一定高度后，粉體會(huì)向四周流動(dòng)，始終保持圓錐形，其安息角α保持不變。當(dāng)粉體堆積的斜度超過其固有α角時(shí)，粉體向四周流瀉，直至傾斜角降至α角為止。粉體的流動(dòng)性取決于它的內(nèi)摩擦力。f=μN(yùn)其中μ為粉料的內(nèi)摩擦系數(shù),μ=tanα影響粉料流動(dòng)性的因數(shù):粒度分布、顆粒形狀、大小、表面形狀等。壓制過程坯體的變化一、密度變化坯體密度變化的三個(gè)階段：第一階段坯體密度急劇增加；第二階段坯體密度增加緩慢，后期幾乎無變化；第三階段當(dāng)壓力超過某一數(shù)值時(shí)（極限變形壓力）坯體的密度又隨著壓力的增高而加大。影響坯體密度的因素1、粉料裝摸時(shí)的自由堆積空隙率；2、增加壓力可使坯體的空隙率下降；3、延長(zhǎng)加壓時(shí)間可以降低坯體的氣孔率；4、減少顆粒間的內(nèi)摩擦力可使坯體的空隙率降低；5、坯體形狀，尺寸及粉料性質(zhì)對(duì)坯體的密度有較大的影響（反映在數(shù)值上）（高度）H/D（直徑）的值越大→壓力損失越大，坯體密度越不均勻。二、坯體的強(qiáng)度變化坯體的強(qiáng)度隨成型壓力的變化可分為三個(gè)階段：1、第一階段：壓力較低→坯體強(qiáng)度不大2、第二階段：壓力增加→顆粒位移，空隙率繼續(xù)減小，顆粒發(fā)生彈-塑性變形，顆粒間接觸面積增大，出現(xiàn)原子間力的相互作用，坯體強(qiáng)度呈直線提高。3、第三階段：壓力繼續(xù)增大→坯體密度和空隙率變化不大，坯體強(qiáng)度變化比較平坦。三、坯體中的壓力分布由于加壓方式的局限性使陶瓷坯體中的壓力分布不均勻，導(dǎo)致坯體的密度出現(xiàn)差別。坯體密度的變化隨著H/D值的變化而變化H/D值↑→不均勻現(xiàn)象越嚴(yán)重。注意：高而細(xì)的產(chǎn)品不適合采用壓制法，易產(chǎn)生開裂，變形等缺陷?！?.3.3加壓制度對(duì)坯體質(zhì)量的影響一、成型壓力的影響在壓制過程中，壓力消耗在兩個(gè)方面：1、克服粉料的阻力P1（顆粒間）2、克服粉料對(duì)模壁摩擦所消耗的力P2總壓力P=P1+P2一般地：為獲得一個(gè)致密度一定的坯體所需施加的單位面積上的壓力是一個(gè)定植，P=F/S對(duì)不同尺寸的坯體所需總壓力F=P.S。一般工業(yè)陶瓷的總壓力P=40~100Mpa二、加壓方式的影響三、加壓速度的影響1、開始加壓時(shí)，壓力小些→短時(shí)釋放此壓力，使空氣排出；（小、快）2、高壓時(shí)，顆粒緊密靠攏，速度要慢，使殘余空氣排出。（否則，釋放壓力后，空氣膨脹，回彈產(chǎn)生層裂。）3、當(dāng)坯體較厚時(shí)，H/D較大，或顆粒較細(xì)時(shí)粉料的流動(dòng)性較差，→應(yīng)減慢加壓速度，延長(zhǎng)保壓時(shí)間；4、為提高壓力的均勻性，可采取多次加壓，壓制大件坯體（墻地磚等）通常采用多次加壓，壓力逐次增加。10、產(chǎn)生層裂的原因：

1、氣體的影響，在壓制過程中坯體中的氣體大部分被排除，一部分被壓縮。2、坯體中水分的影響，水的可壓縮性很小，具彈性，在高壓下，水從顆粒的間隙處被擠入氣孔內(nèi)，當(dāng)壓力消除后水重新進(jìn)入顆粒間，使顆粒分離，引起膨脹產(chǎn)生層裂。3、加壓次數(shù)的影響，加荷←→卸荷，次數(shù)增多使殘余變形逐漸減小。4、壓制時(shí)間及壓力的影響11、可塑成型概念：是利用模具或刀具等運(yùn)動(dòng)所造成的壓力、剪力、擠壓等外力對(duì)具可塑性的坯料進(jìn)行加工，迫使坯料在外力的作用下發(fā)生可塑變形而制成坯體的成型方法。特點(diǎn)：1、泥料含水量高，干燥熱耗大，變形開裂等缺陷較多，對(duì)泥料要求苛刻；2、制備方便，外力不大，模具簡(jiǎn)單，操作方便；3、燒成前期大量有機(jī)物排除，環(huán)境污染大，開裂容易12、熱壓鑄成型工藝概念：在壓力的作用下，把熔化的含蠟漿料注滿金屬模中，冷卻后再行脫模，獲得具一定強(qiáng)度的坯體。特點(diǎn)：產(chǎn)品尺寸較準(zhǔn)確，粗糙度較低，坯體結(jié)構(gòu)緊密。應(yīng)用領(lǐng)域：形狀復(fù)雜，尺寸和質(zhì)量要求高的工業(yè)產(chǎn)品。如裝置瓷、電容器瓷、氧化物陶瓷等。表面活性物質(zhì)的種類及在蠟漿制備中的作用。13流延法成型概念:

流延法是制備層狀陶瓷薄(厚)膜的一種成型方法,可得到厚度小于0.05mm的薄膜.可用生產(chǎn)小體積大容量的電子器件.如：電容器、熱敏電阻、壓電陶瓷,特別適合生產(chǎn)混合集成電路基片.又稱帶式澆注法或刮刀法.優(yōu)點(diǎn):設(shè)備不太復(fù)雜,工藝穩(wěn)定;連續(xù)操作,生產(chǎn)效率高;自動(dòng)化水平高,坯體性能均勻,一致,易控制.缺點(diǎn):粘合劑含量高,最終坯體密度較低,燒成收縮率高,造成一定的環(huán)境污染.14、等靜壓成型概念:等靜壓成型又稱靜水壓成型,它是利用流體作為傳遞介質(zhì)來獲得均勻靜壓力,施加到材料上的一種成型方式。原理及工藝過程、：等靜壓成形是利用高壓泵把傳遞壓力的介質(zhì)(液體或氣體)壓入鋼制的高壓密封容器內(nèi),使彈性模套(軟模，一般為橡膠袋)內(nèi)的粉料在各個(gè)方向上同時(shí)受到介質(zhì)傳遞的均衡壓力,從而獲得密度分布均勻和強(qiáng)度較好的壓坯，卸壓后,即可取出壓坯。此法也稱膠袋成形法。優(yōu)點(diǎn)：可以成型形狀復(fù)雜和尺寸大的制品(如具有凹形、空心、細(xì)長(zhǎng)、和大件等)；摩擦、磨損小,成形壓力??；模具制作容易；密度均勻,可獲得完全致密的材料。缺點(diǎn):產(chǎn)品的尺寸不易精確,表面不光滑，生產(chǎn)率低，模具壽命短。此法首先應(yīng)用于鎢、鉬條料的成型,現(xiàn)還用于成形火花塞的絕緣子、壓電陶瓷、及超大型絕緣電瓷等復(fù)雜、大型制品。熱等靜壓法已用于陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)零件的制備,核反應(yīng)堆放射性廢料的處理等。15、等靜壓成形分為冷等靜壓和熱等靜壓成形兩種。冷等靜壓：一般是用液體、水或油作為壓力傳遞介質(zhì)。（1）濕式等靜壓，（2）干袋式等靜壓熱等靜壓：用惰性氣體作為傳遞壓力的介質(zhì)，如氮?dú)?、氬氣。熱等靜壓是將粉末壓坯或裝入包套的粉末放入有加熱爐的高壓容器中,使粉料經(jīng)受高溫和均衡壓力的作用,同時(shí)壓制并燒結(jié)成致密件。16注射成形：概念：陶瓷的注射成形與工程塑料的注射成形過程相似。但陶瓷注射成形的坯料是由不含水的陶瓷瘠性粉料與結(jié)合劑（熱塑性樹脂）、潤(rùn)滑劑、增塑劑、等有機(jī)添加物（含量一般為20%~30%）按一定比例加熱混合，干燥固化后經(jīng)粉碎造粒而成。經(jīng)注射成形獲得的坯料在燒結(jié)前要進(jìn)行脫脂處理（即清除坯料中的有機(jī)添加物）。脫脂時(shí)間為24~96h。注射成形設(shè)備主要是柱塞式或螺桿式注射機(jī)，成形模具采用高強(qiáng)度的金屬模。陶瓷注射成型的種類：A、熱塑性系統(tǒng)特點(diǎn)，能通過分子量大小及分布的選擇來調(diào)節(jié)脫脂階段的熱降解B熱固性系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：在脫脂過程中能減小坯體的變形及提供反應(yīng)燒結(jié)所需大量的碳缺點(diǎn)：成型性，流動(dòng)性較熱塑性差，有機(jī)粘結(jié)劑用量大，污染大。主要粘結(jié)劑：環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂脫脂脫脂是指注射成型中工藝耗時(shí)最長(zhǎng)，能耗最多的一道工序。原因：有機(jī)載體體積分?jǐn)?shù)為30~50%，保證坯體形狀不變所需時(shí)間30~200小時(shí)，或更長(zhǎng)（400小時(shí)），工藝過程復(fù)雜，可能形成坯體開裂、變形、空洞等缺陷。脫脂的分類：（1）惰性氣體氣氛中有機(jī)物熱降解；（2）氧化降解；（3）蒸發(fā)或升華；（4）溶劑萃取17、坯體的干燥過程干燥速度取決與內(nèi)部擴(kuò)散速度和表面汽化速度兩個(gè)過程，可分為四個(gè)階段：1、升速階段，短時(shí)間內(nèi)，坯體表面被加熱到等于干燥介質(zhì)濕球溫度的溫度，水分蒸發(fā)速度很快增大，到A點(diǎn)后，坯體吸收的熱量和蒸發(fā)水分耗去的熱量相等。時(shí)間短，排除水量不大