陶瓷工艺原理4章陶瓷坯体的成型

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第4章 陶瓷坯体的成型,4.1 概述,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,9/17/2024,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(slip casting),、,可塑成型(plastic molding),和,压制成型(compression moulding),。,等静压成型：使用橡皮,模,干压成型：使用钢模,可塑成型,成型方法,注浆成型,半干压成型：使用钢模,冷法,石膏模,常压冷法注浆,加压冷法注浆,抽真空冷法注浆,热法（热压注法）：钢模,有模,无模,压制成型,9/17/2024,4.2 原料的处理,4.2.1 原料的精选,原料精选，主要是对原料进行别离、提纯，除去原料中各种杂质，使之在化学组成、矿物组成、颗粒组成上更符合制品的质量要求。,4.2.1.1 物理方法,该法适用于除去与原料颗粒以别离状态存在的杂质。,目的：除去粗粒杂质；控制原料的颗粒组成。,1. 分级法,水簸(淘洗)、水力旋流、风选、筛选等。,原理：利用矿物颗粒直径或密度差异来进行。,湿法,：效果好，精度高，但需要脱水。,干法,：噪音和粉尘大，但处理能力大。,9/17/2024,1水簸 (淘洗),淘洗系统由粉碎机、搅拌机、除砂机沟、沉淀池与压滤机等组成。,根据颗粒沉降速度的差异进行别离。,淘洗的大致工艺流程,软质黏土,风化,粗筛,粉碎,过筛,沉淀池,均化,除砂沟,化浆,(加水高速搅拌),压滤脱水,干燥,9/17/2024,2水力旋流器,边界粒度：溢流浆中最大的物料粒度，大于这个粒度的物料由排砂口排出。,9/17/2024,磁选法用来别离原料中的含铁矿物。,2. 磁选法,利用矿物的磁性差异进行别离。,9/17/2024,超声波是用来别离原料与其外表的氧化铁和氢氧化铁薄膜。,3. 超声波法,9/17/2024,4.2.1.2 化学法,目的：除去原料中难以以颗粒形式别离的微细含铁杂质，如FeS, Fe(OH)3,高温下: 2,Fe,2,O,3,+ 6Cl,2,= 4 FeCl,3,+ 3 O,2,(1) 升华法,(2) 溶解法,用酸或其它反响剂使Fe变为可溶盐，水洗除去。,9/17/2024,4.2.1.3,物理化学方法,1. 浮选法,利用各种矿物对水的润湿性不同，从悬浮液中将憎水颗粒粘附在水泡上浮游别离的方法。,浮选剂捕集剂：使待除去的矿物悬浮，提高浮选效果，它使物质的润湿特性发生改变。,常用浮选剂：,石油碘酸、铵盐、磺酸盐。,浮选法适于精选含铁、钛矿物和有机物的粘土10100 um。,2. 电解法,用于除去含铁杂质。,是一种基于电化学的原理除去混杂在原料颗粒中杂质的方法。,9/17/2024,4.2.1.4 水的处理对坯料、制品性能的影响,1. 水中的离子,Ca,2+,、Mg,2+,、SO,4,2-,等易引起泥浆絮凝。,将硬水转化为软水的方法：,1离子交换,2参加添加剂：磷酸钠、焦磷酸钠等，生成不溶性物质,3蒸馏,2. pH值,pH值影响坯料的可塑性。一般 要求水的。,3. 磁化水,国外采用磁化水而使生坯和产品的强度有一定提高。,9/17/2024,4,.2.2 原料的预烧,4.2.2.1 原料预烧的意义,4.2.2.2 预烧的作用,1. 使其发生晶型转变，得到所需晶型；引起体积变化，产生应力。,2. 除去原料中的杂质，提高纯度。,3. 改善物质结构，改变物性，满足生产工艺要求。,4. 降低原料的塑性。,9/17/2024,4.2.2.3 举例,1. Al,2,O,3,的预烧,1晶型转变,2除杂,3保证制品的体积稳定性,9/17/2024,2. 石英的预烧,3. ZrO,2,的预烧,4. 滑石的预烧,9/17/2024,4.3 坯料的制备,坯料的种类和质量要求,4.3.1.1 坯料的种类,1. 坯料： 将陶瓷原料经过配料和加工后，得到的具有成型性能的多组分混合物。,2. 分类,根据成型方法不同，可将陶瓷坯料分为三类：,1注浆坯料 含水量约 2835,2可塑坯料 含水量约 1825,3压制坯料,a. 半干压坯料 含水量约 815,b. 干压坯料 含水量约 37,9/17/2024,4.3.1.2 坯料的性能要求,一 根本要求,1. 配方准确,2. 组分均匀,3. 粒度及粒度分布合理,4. 空气含量少,二 注浆坯料,各种坯料均应满足以下根本要求：,1. 流动性好,2. 悬浮性好,3. 触变性适当,4. 滤过性适当,5. 泥浆含水量少,9/17/2024,三 可塑坯料,四 压制坯料,1. 具有良好的可塑性,2. 具有一定的形状稳定性,3. 含水量适当,4. 成型坯体的枯燥强度和收缩率适当,1. 流动性好,2. 堆积密度大,3. 水分均匀、含水量适当,压制粉料制备后，造粒后假颗粒的形状、粒度及粒度分布，直接影响粉料的流动性和堆积密度。,9/17/2024,4.3.,2 原料粉碎,粉碎是指将大颗粒研磨或减小成小颗粒的过程。,它是获得无机材料工业大量使用的粉体的最主要方法，在传统陶瓷粉体制备中起着至关重要的作用。,传统无机材料粉体制备conventional ceramic powder preparation的概念主要是指通过研磨或粉碎过程进行粉体加工的方法。,常用的方法：研磨或球磨。,9/17/2024,4.3.,3 筛分与搅拌,4.3.3.1 筛分,1. 定义,将已经粉碎的物料，放在具有一定大小孔径的筛面上进行振动或摇动，使其别离为颗粒大小近似相等的假设干局部。这种方法叫筛分。,2. 作用,1使原料颗粒适合于下一制造工序的需要。,2粉碎过程中及时筛去已符合粒度要求的颗粒，使粗粒得到充分粉碎，可提高设备的粉碎效率。,9/17/2024,3确定颗粒大小及其比例，并控制原料或坯料中粗颗粒的含量，因而可以提高成品的品质。,3. 筛分方法,1干筛,2湿筛,4. 筛分设备,摇动筛：别离12 mm以下的物料。与中碎设备构成闭路循环系统。,回转筛,：,振动筛,：,9/17/2024,搅拌泥浆,1. 作用,1泥浆搅拌工序使储存的泥浆保持悬浮状态，防止分层。,2粘土或回坯泥的加水浸散以及用干粉配料在浆池中加水混合等。,2. 设备,双轴搅拌机,螺旋浆搅拌机,3. 搅拌池,形状：八角形或六角形,泥浆真空搅拌机,压缩空气搅拌机,9/17/2024,4.3.,4 泥浆脱水,4.3.4.1 机械脱水压滤脱水法,可得到含水量为2025的坯料。,1. 设备：箱式液压自动压滤机,9/17/2024,2. 影响压滤效率的因素,1压力大小,2加压方式,3泥浆温度,4泥浆密度,5泥浆性能,6电解质,9/17/2024,热风脱水喷雾枯燥、喷浆造粒,可得到含水量,8的坯料。,1. 喷雾枯燥装置,9/17/2024,2. 工艺过程,雾化与枯燥,既是脱水过程，又是造粒过程。,泥浆的制备与输送,热源的发生与热气流的供给,干粉的收集与废气别离,3. 雾化方式,气流式雾化、离心式雾化、压力式雾化,4. 热源,油、煤气、煤炭、电等。,9/17/2024,5. 影响粉料性能和枯燥效率的主要因素,1泥浆浓度,9/17/2024,9/17/2024,2进塔热气温度和排出废气温度,9/17/2024,3离心盘转速和喷雾压力,9/17/2024,6. 喷雾枯燥的工艺特点,1工艺简单，可连续化生产，效率高。,2粉料性能稳定，可随时调节，颗粒呈球形，流动性好，成型性能好。,3一次性投资较大，能量消耗大。,9/17/2024,4.3.5 造粒造粒过程粒化过程,1. 定义,是将细碎后的陶瓷粉料制备成具有一定粒度假颗粒的坯料，使之使用于干压和半干压成型工艺，这个过程称为造粒。,2. 粒化过程,球粒形成,球粒长大,球粒紧密,三个阶段主要依靠加水或其他粘结剂和用滚动或喷雾的方法产生的作用来实现的。,9/17/2024,3. 水分在造粒过程中的形态及作用,吸附水,薄膜水,毛细管水,重力水,粒化过程中，起决定性影响的是毛细管水和分子结合水,(,吸附水和薄膜水,),。,9/17/2024,4. 粉粒间的链接作用,固体链链接,毛细管作用,粘结力和粘附力,固体颗粒之间的吸附力,颗粒外表凹凸交错的结合力,Rumpf分类方案：,9/17/2024,5. 粒化方法及设备,1喷雾造粒喷雾枯燥法,2轮碾造粒,3滚动造粒,4挤压造粒,6熔融造粒,5破碎造粒,7压缩造粒,9/17/2024,4.3.,6 坯料的陈腐和真空练泥,4.3.6.1 坯料的陈腐,1. 定义： 经过细磨后的坯料可塑坯料、注浆坯料、干压坯料，陈放一段时间后可使水分均匀，性能提高，工艺上称为陈腐。,注浆料,粘度降低，流动性增加，浆料性能改善,泥饼,组织均匀，水分均匀，可塑性提高,造粒后粉料,水分更加均匀,9/17/2024,2. 陈腐的作用,1通过毛细管作用，使水分更加均匀。,2通过粘土颗粒充分水化和离子交换，提高可塑性。,3坯料中的有机物发酵、腐烂转变为腐殖酸类物质，提高可塑性。,4发生氧化复原反响，产生的气体扩散、流动使泥料松散均匀。,3. 陈腐设施、条件,在密闭的仓、池中，保证一定的温度和湿度，以利于坯料氧化和水解反响的进行。,陈腐时间长，那么效果好。,9/17/2024,4.3.6.2 坯料的真空处理,1. 真空练泥,排出泥饼中残留空气，提高致密度和可塑性，并使泥料组织均匀，改善成型性能，提高枯燥强度和成瓷后的机械强度以及介电性能、化学稳定性，透光性等。,作用：,9/17/2024,排气机理：,真空负压,膨胀,压力差促使泥料膜破裂,2. 泥浆的真空脱气,9/17/2024,9/17/2024,9/17/2024,9/17/2024,9/17/2024,9/17/2024,9/17/2024,注浆成型 (slip casting),4.4.,1 概述,4.4.2 泥浆的成型性能,4.4.3 根本注浆成型方法,4.4.4 强化注浆成型方法,热压铸成型,流延法成型,9/17/2024,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，当到达所需厚度时，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。,4.4.,1 概述,9/17/2024,工艺特点：,1适于成型各种产品，形状复杂、不规那么、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，枯燥与烧成收缩大。,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。,9/17/2024,4.4.2 泥浆的成型性能,4.4.2.1,陶瓷泥浆的流变特性,4.4.2.2,影响泥浆浇注性能的因素,4.4.2.3,注浆过程的物理化学变化,9/17/2024,4.4.2.1 陶瓷泥浆的流变特性,1.,陶瓷泥浆的流动曲线,2.,影响泥浆流变性能的因素,(1) 泥浆的浓度,(2) 固相颗粒的粒度及粒度分布,(3) 电解质的参加,(4) 陈腐,(5) 有机物质,(6) 可溶性盐类,9/17/2024,1. 陶瓷泥浆的流动曲线,9/17/2024,陶瓷泥浆就其固相颗粒大小讲，是介于溶胶悬浮体粗分散体系之间的一种特殊系统。既具有溶胶的稳定性，又会聚集沉降。因此，要控制泥浆的流变性能，既要从固相颗粒本身出发，又要考虑外在条件浓度、粒度分布、电解质的种类和数量，泥浆制备方法等的影响。,9/17/2024,2. 影响泥浆流变性能的因素,(1) 泥浆的浓度,9/17/2024,(2) 固相颗粒的粒度及粒度分布,一定浓度的泥浆中,固相颗粒越细，颗粒间的平均距离越小，吸引力增大，位移时所需克服的阻力增大，流动性减小,。,9/17/2024,9/17/2024,(3) 电解质的参加,在泥浆中参加一定数量和一定种类的电介质，可以使泥浆在含水量最少的情况下，具有良好的流动性。,9/17/2024,9/17/2024,9/17/2024,(4) 陈腐,新鲜调制的泥浆及解凝程度不够的泥浆，流变性能是不稳定的，经过陈腐可长达几周的时间后，可以稳定下来。,9/17/2024,9/17/2024,(5) 有机物质,腐植质是一系列酸性的高分子聚合物，其官能团主要是羧基、酚式羟基及少量烯醇式羟基。它们可以影响粘土颗粒的絮凝，进而影响其流动性。主要是降低泥浆的粘度，增加其流动性。,9/17/2024,9/17/2024,(6) 可溶性盐类,包括碱金属、碱土金属的氯化物、硫酸盐，它们能使泥浆的粘度提高。,9/17/2024,4.4.2.2 影响泥浆浇注性能的因素,1. 流动性,2. 吸浆速度,3. 脱模性,4. 挺实能力,5. 加工性,(1) 固相的含量、颗粒大小和形状的影响,(2) 泥浆温度的影响,(3) 水化膜厚度的影响,(4) 泥浆的pH值的影响,(5) 电解质的作用,9/17/2024,1. 流动性,影响泥浆流动性的因素：,(1) 固相的含量、颗粒大小和形状的影响,泥浆流动时的阻力来自三个方面：,a. 水分子本身的相互吸引力；,b. 固相颗粒与水分子之间的吸引力；,c. 固相颗粒相对移动时的碰撞阻力。,假设用经验公式表示可写为：,o(1c)1cn2cm,式中 泥浆粘度；,o 液体介质粘度；,c 泥浆中固相浓度；,n、m、k1、k2常数。,对高岭土泥浆来说，n1，m3，k1，k2,9/17/2024,固相颗粒越细，流动性减小,等轴颗粒产生的阻力最小。,反映颗粒形状与悬浮液粘度关系的经验公式：,o,(1,KV),式中, ,悬浮液粘度；,o,液体介质粘度；,V ,悬浮液中固相体积百分数；,K ,形状系数。,颗粒形状,球形,椭圆形,层片状,长/厚=12.5,棒状2063,形状系数K,2.5,4.8,53,80,9/17/2024,(2) 泥浆温度的影响,将泥浆加热时，分散介质水的粘度下降，泥浆粘度也因而降低。,企业的试验结果,泥浆温度 ,11.5,17.0,27,38,42,55,流动性 秒,151,140,102,79,66,56,此外，提高泥浆温度还可加速泥浆脱水，增加坯体强度。,所以生产中有采用热浆进行浇注的方法。假设泥浆温度为3540、模型温度为35左右，那么吸浆时间可缩短一半，脱膜时间也相应缩短。,9/17/2024,(3) 水化膜厚度的影响,粘土原料经过枯燥后配成的泥浆其流动性有所改变。,粘土枯燥温度与泥浆流动性的关系,这和粘土枯燥脱水后，外表吸附离子的吸附性质发生变化这种现象称为固着现象有关 。,9/17/2024,在同一含水量条件下，胶团中结合水减少,导致自由水增多，因而颗粒易于位移，泥浆流动性增大。但假设枯燥温度超过一定数值后，粘土颗粒外表结构受热破坏，吸附的离子和粘土颗粒结合变松，再水化时粘土对水的耦合力较强，能形成较厚的水化膜，使结合水量增加，而自由水量相对减少，因而泥浆的流动性又变差。,吸附离子与粘土颗粒的固着状态,9/17/2024,4泥浆的pH值的影响,控制料浆的pH值促使瘠性料浆形成胶团。,料浆的pH值改变时，会改变胶粒外表作用力和影响电位，最终使其胶溶或絮凝。,9/17/2024,5电解质的作用,参加电解质是改善泥浆流动性的一个主要方法。,电解质起稀释、凝聚作用的原因：改变泥浆中胶团的双电层厚度和,电位。,工业生产中常用的电解质为Na,2,CO,3,及Na,2,SiO,3,两种，一般用量为0.5%左右，含粘土多的泥浆要求电解质多些。,不用NaOH作为稀释剂,，因它与粘土吸附的Ca,2+,交换后生成的Ca(OH),2,溶解度大而仍旧产生Ca,2+,，因此泥浆仍发生凝聚现象而达不到稀释的目的。而CaCO,3,及CaSiO,3,为难溶解的沉淀，从而使Ca,2+,的含量降低。,9/17/2024,2. 吸浆速度,(1) 吸浆速度的定量描述,阿德柯克推导出吸浆速度的定量公式：,式中 l 坯体厚度；,t 吸浆时间；,s 坯体中固体颗粒的比外表积；,p 泥浆与模型间的压力差；, 水的粘度；,N 常数，与坯体疏松程度及泥浆浓度有关；,9/17/2024,将上式移项积分得：,K值称为吸浆速度常数，为描述在一定条件下吸浆快慢的常数，除依赖于泥浆和石膏模的性质外，还和注浆时的温度有关。也就是说，在其他条件固定不变情况下，坯体厚度的平方l2与吸浆时间成正比。假设以l2t作图那么得到一条直线。直线的斜率即为吸浆速度常数K。K值越高那么吸浆速度越大。,9/17/2024,(2) 影响吸浆速度的因素,泥浆的性质,主要是指吸附泥浆的组成因素：颗粒粒度越细，填充率越高，那么吸浆速度越低。, 泥浆的温度,泥浆的温度升高，其粘度就会降低，从而使吸浆速度升高。,泥浆的浓度,压力增高，水分通过模型毛细管的速率增大，吸浆速度增加。,模型的制造工艺。控制模型的吸水能力。,9/17/2024,9/17/2024,(3) 增大吸浆速度的方法,减少模型的阻力,一般可增加水与熟石膏的比值，适当延长石膏浆的搅拌时间，真空处理石膏浆等。,减少坯料的阻力,泥浆中塑性原料含量多那么吸浆速度小，瘠性原料多的泥浆那么吸浆速度大；,泥浆颗粒愈细，其比外表愈大，越易形成致密的坯体，疏水性差，吸浆速度因而降低；,泥浆中参加稀释剂可以改善其流动性，但由于促使坯体致密化，那么减慢吸浆速度。,9/17/2024, 提高吸浆过程的推动力,从吸浆速度方程式可知，泥浆与模型之间的压力差是吸浆过程的推动力。在一般的注浆方法中，压力差来源于毛细管力。假设采用外力以提高压力差，必然有效的推动吸浆过程加速进行。,泥浆中假设参加少量絮凝剂，形成的坯体结构疏松，可加快吸浆过程。实践证明，参加少量Ca2、Mg2的硫酸盐或氯化物都可增大吸浆速度。,在保证泥浆具有一定流动性的前提下，减少泥浆中的水分，增加其比重，可提高吸浆速度。,9/17/2024,3. 脱模性,脱模性：指坯体离模的难易程度，可用离模系数G表示。,G为吸浆完毕至离模时坯体中固体粒子所占体积百分比的变化，或者说这两种情况下坯体水分的变化。,G要求适当：G过小，水分变化不大，坯体柔软疏松，在后续工序中易变形开裂。G过大，坯体致密，水分小而强度大，但在模型内收缩大，易开裂。,9/17/2024,4. 挺实能力,指脱模时坯体有足够的硬度或湿强度、不致变形的能力。,注浆坯体脱模后断面上水分分布是不均匀分布的，离模型外表越近，水分越低，坯体强度越高。,脱模后水分含量随时间的延长而趋于均匀。,9/17/2024,5. 加工性,指注浆成型的生坯能承受钻孔、切割等加工工序的能力。,坯体的加工性与坯料组成、电解质等因素有关系。,9/17/2024,4.4.2.3 注浆过程的物理化学变化,1. 注浆时的物理脱水过程,毛细管力是泥浆脱水过程的推动力。,这种推动力取决于毛细管的半径和水的外表张力。,毛细管愈细，水的外表张力愈大，那么脱水的动力就愈大。,当水:石膏78:100时，总阻力最小而相应的吸浆速度最大。,脱水阻力,模型阻力：取决于毛细管的大小和分布；,坯体阻力：决定于泥浆本身的性质和坯体的结构。,9/17/2024,2. 注浆时的化学凝聚过程,CaSO4和泥浆中的Na-粘土及水玻璃发生离子交换反响：,Na-粘土CaSO4Na2SiO3Ca-粘土CaSiO3+Na2SO4,石膏起着絮凝剂的作用，促进泥浆絮凝硬化，缩短成坯时间。,由于CaSO4的溶解与反响，模型的毛细管增大，外表出现麻点，机械强度下降。,9/17/2024,4.4.3 根本注浆成型方法,1. 空心注浆法单面注浆 drain casting,9/17/2024,2. 实心注浆 (双面注浆) solid casting,9/17/2024,4.4.4 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。,1. 真空注浆 (vacuum casting),真空脱气压力注浆示意图,1-搅拌池,2-泥浆泵,3-容器,4-空气压缩机,5-缓冲容器,6-真空泵,7- 注浆台,9/17/2024,2. 离心注浆(centrifugal-casting),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，否那么大颗粒集中在靠近模型的坯体外表，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。,9/17/2024,3. 压力注浆 (pressure casting),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，还可减少坯体的枯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 2 MPa 高强度树脂模型,9/17/2024,微压注浆成型原理图,微压注浆成型工艺过程：,1注浆； 2吸浆； 3空浆；,4一次稳固微压稳固；,5开模、二次稳固、脱坯。,9/17/2024,高压注浆成型原理图,9/17/2024,9/17/2024,4. 热浆注浆,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1555，粘度会降低5060，坯体成型速度提高3242。,9/17/2024,5. 电泳成型,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外表而成型的。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。,圆筒形电泳成型机,1-多余的再循环稀浆排除口；,2-电泳形成的沉积层；,3-中心电极阴极；,4-供泥浆的管子；,5-锌阳极；,6-双层陶瓷坯体带；,7-运输带,9/17/2024,热压铸成型,(Hot Pressing),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、外表活性剂组成。,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,9/17/2024,2. 热压铸成型工艺,主要工艺参数：,(1) 腊浆温度。6075，温度升高，那么腊浆的粘度下降，坯体致密，但冷却收缩相应大。温度过低，那么易出现欠注、皱纹等缺陷。,(2) 钢模温度。决定坯体冷却凝固的速度。一般为2030。,(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0.5 MPa。,9/17/2024,3. 排蜡,这是热压法成型所特有的工序。此法含蜡量在13甚至更多，高温下，石蜡软化会引起坯体变形，所以通常在低于坯体烧结温度下排蜡，然后再烧结。,排蜡时，把坯体埋在吸附剂中，石蜡在60以上开始熔融，120以上蒸发。吸附剂包围着坯体，不致变形，同时吸附液体石蜡，然后再蒸发。,排蜡的加热制度一般要根据瓷粉的性质，产品形状、大小及窑炉结构来确定。也可将低温度阶段升温速率减慢，不必单独排蜡直接烧成产品。,9/17/2024,真空搅拌热压铸机,9/17/2024,4.4.6,流延法成型 (tape casting),1. 是超薄型瓷片的成型方法，可成型厚度 0.05 mm的薄膜。,浆料由粉料一般 3 m、塑化剂和溶剂组成。,2. 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。,影响因素：,1 塑化剂用量和浓度,2 排出气泡,3 枯燥条件,9/17/2024,多层共挤流延膜挤出设备,9/17/2024,可塑成型,4.5.1 可塑泥团的成型性能,4.5.1.1 可塑泥团的流变特性,y : 流动极限流限、屈服值,: 强度极限,n,: 假塑性变形,: 断裂变形,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。根本原理是基于坯料的可塑性。,9/17/2024,成型时应采取逐渐、屡次加压到泥团上的方法。,E =,K,W,2,， e =,k,w,2,9/17/2024,可塑坯料流变性质的两个重要参数：,1屈服值：,要求高,2出现裂纹前的最大变形量：,要求大,9/17/2024,4.5.1.2 影响泥团可塑性的因素,1. 矿物种类,蒙脱石：,范德华键,高岭石：,氢键,可塑性良好的泥团应具备的条件：,颗粒较细；矿物解理完全；颗粒外表水膜较厚。,粘土中矿物的可塑性排序：Marshall,1955,地开石 伊利石 绿脱石 锂蒙脱石 高岭石 蒙脱石,9/17/2024,2. 固体颗粒大小和形状,颗粒愈细那么比外表积愈大，每个颗粒外表形成水膜所需水分愈多。另外，颗粒愈细那么形成的毛细管半径越小，毛细管力越大，可塑性越高。,颗粒的形状不同，其比外表积不同,因而对可塑性的影响也有差异。,板片状、短柱状大于球状、立方体颗粒。易形成面面接触，毛细管小，毛细管力大，且对称性低，移动时阻力大，促使泥团可塑性增大。,9/17/2024,3. 吸附阳离子的种类,粘土胶团间的吸引力明显地影响着泥团的可塑性，而吸引力的大小决定于阳离子交换的能力和交换阳离子的大小与电荷。,9/17/2024,4. 液相的数量和性质,液体是泥团出现可塑性的必要条件。,液体介质的粘度、外表张力对泥团的可塑性有显著的影响。,液体介质的外表张力大，那么泥团的可塑性大。,9/17/2024,4.5.1.3 可塑泥团的颗粒取向与成型的关系,1. 泥料颗粒取向的原因及排列状况,9/17/2024,2. 颗粒取向与收缩、变形的关系,9/17/2024,3. 颗粒取向与产品性能的关系,9/17/2024,4.5.2 可塑成型工艺,4.5.2.1 滚压成型,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外表。,阳模滚压外滚压：滚压头决定坯体形状和大小，模型决定内外表的花纹。,9/17/2024,2.,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异。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：100130，在泥料外表产生一层气膜，防止粘滚头，坯体外表光滑。,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),9/17/2024,4.5.2.2 塑压成型,将可塑泥料放在模型中在常温下压制成型的方法。,模型：蒸压型的,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。,成型压力与坯泥的含水量有关。,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。,9/17/2024,4.5.2.3 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,9/17/2024,3.,脱脂,除去有机添加剂的工序,4. 注射成型与热压铸成型的比较：,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热压铸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热压铸压力0.5 MPa，注射成型压力130MPa。,9/17/2024,4.5.2.4 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,1 mm,以下，常见为,0.15 mm,。,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。,9/17/2024,2. 轧膜成型工艺,炼泥与成型同时进行，粗轧后的厚膜仍要屡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，导致烧成收缩不一致，从而使产品的致密度、机械强度具有方向性。,解决方法：轧膜时不断将膜片作90倒向、折叠。,9/17/2024,压制成型 (compression moulding),4.6.,1 粉料的工艺性质,粒度是指粉料的颗粒大小，通常以颗粒的半径,r,或直径,d,表示。,2. 等效半径,4.6.1.1 粒度和粒度分布,V=a,b,c=4/3 R,3,即该颗粒等效半径为：,9/17/2024,3. 粒度分布指各种不同大小颗粒所占的百分比。,9/17/2024,4.6.1.2 粉料的堆积特性,9/17/2024,粗颗粒约占70%，细颗粒约占30%的混合粉料其总体积约为，孔隙率最低约25%,粗颗粒为50%，中颗粒为10%，细颗粒为40%时，粉料的孔隙率仅为23%。,9/17/2024,4.6.1.3 粉料的拱桥效应,粉料自由堆积的孔隙率往往比理论计算值大的多,9/17/2024,4.6.1.4 粉料的流动性,自然安息角偏角反映粉料的流动性,当堆积到一定高度后，粉料会向四周流动，始终保持为圆锥形，其自然安息角偏角保持不变。一般粉料的自然安息角约为2040。,在生产中粉料的流动性决定着它在模型中的充填速度和充填程度。,参加润滑剂以提高其流动性,9/17/2024,4.6.2 压制成型工艺,4.6.2.1 定义,将含有一定水分或其它粘结剂的粒状粉料填充于模具之中，对其施加压力，使之成为具有一定形状和强度的陶瓷坯体的成型方法叫做压制成型。又称模压成型stamping process、干压成型(dry pressing)。,粉料含水量8%15时为半干压成型；,粉料含水量为37时为干压成型；,特殊的压制工艺如等静压法，坯料水分可在3以下。,9/17/2024,4.6.2.2 压制成型的模具和设备,模具可用工具钢制成。,产品外形不合理，决定了模具设计不合理，致使影响成型质量，因此，有时宁可对产品的外形作一些修改，使模具设计合理。,模具设计应遵循的原那么：便于粉料填充和移动，脱模方便，结构简单，设有透气孔，装卸方便，壁厚均匀，材料节约等。,模具加工应注意尺寸精确，配合精密，工作面要光滑等。,施压设备：机械压机、油压机或水压机等。,9/17/2024,材料成型液压机,9/17/2024,4.6.3 粉料的致密化过程,4.6.3.1 密度的变化,第一阶段：坯体密度急剧增加；,第二阶段：压力继续增加时，坯体密度增加缓慢，后期几乎无变化；,第三阶段：压力超过某一数值极限变形压力后，坯体的密度又随压力增高而加大。,9/17/2024,影响坯体孔隙率的因素：,1粉料装模时的自由堆积的孔隙率v0越小，那么坯体成,型后的孔隙率v也越小。,2增加压力P可使坯体孔隙率v减少，而且它们呈指数关系。,3延长加压时间t，也可以降低坯体气孔率，但会降低生产率。,4减少颗粒间内摩擦力也可使坯体孔隙率降低。,5坯体形状、尺寸及粉料性质都会影响坯体的密度大小和其均匀性。,9/17/2024,4.6.3.2 强度的变化,坯体的强度呈现出阶段性的变化：,压力较低时，虽然由于粉料颗粒位移填充孔隙，坯体孔隙减小，但颗粒间接触面积仍小，所以强度并不大。,成型压力增加后，不仅颗粒位移和填充孔隙继续进行，而且能使颗粒发生弹塑性变形、颗粒间接触面积大大增加，出现原子间力的相互作用，因此强度直线提高。,压力继续增大，坯体密度和孔隙变化不明显，强度变化也较平坦。,9/17/2024,压制墙地砖时坯体强度与水分的关系：,1-坯料水分； 2-体积密度,9/17/2024,4.6.3.3 坯体中压力的分布,压力分布不均匀,原因：,1颗粒之间产生内摩擦力；,2颗粒与模壁之间产生外摩擦力。,H/D对压力分布的影响,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）,9/17/2024,4.6.4 影响坯体密度的因素,4.6.4.1 成型压力,压制过程中，加于粉料上的压力主要消耗在以下两个方面：,1克服粉料的阻力P1，称为静压力。它包括颗粒相对位移时所需克服的内摩擦力，及使粉料颗粒变形所需的力。,2克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P2，成为消耗压力。,含粘土的陶瓷坯料，其单位成型压力约为：,1060MPa,一般工业陶瓷的单位成型压力约为：,40100MPa,9/17/2024,4.6.4. 2 加压方式,加压方式和密度分布关系图,横条线为等密度线,a单面加压；b双面同时加压；c双面先后加压；d四面加压,9/17/2024,加压速度,屡次加压：有利于气体的排出。,一轻、二重、慢提起：,开始稍加压力，然后压力加大，这样不致封闭空气排出的通路。最后一次提起上模时要轻些、缓些，防止残留的空气急速膨胀产生裂纹。,屡次换向加压,振动加压,9/17/2024,1减少粉料颗粒间及粉料与模壁之间的摩擦，这种添加物又称润滑剂；,2增加粉料颗粒之间的粘结作用，这类添加物又称粘合剂；,3促进粉料颗粒吸附、湿润或变形，通常采用外表活性物质。,4.6.4.4 添加剂的选用,从而提高坯体的密度和强度，减少坯体的密度分布不均的现象。,9/17/2024,加荷卸荷压力与变形的关系示意图,4.6.4.5 弹性后效,9/17/2024,4.6.5 影响层裂的因素及防止方法,4.6.5.1 气体的影响,4.6.5.2 坯体水分的影响,坯料中的气体，能够增加物料的弹性变形和弹性后效。残留在坯体中的气体是造成坯体层裂的重要原因，在其它条件相同的情况下，坯料中的气体越多，压制时造成层裂的可能性越大。,在水分过大时，水分是引起层裂的主要原因，在水分小时，弹性后效是引起层裂的主要原因。,9/17/2024,4.6.5.4 压制时间及压力的影响,4.6.5.3 加压次数对层裂的影响,加荷卸荷次数增多，那么剩余变形逐渐减小，所以在条件相同的情况下，间断地卸荷比一次压制密度高。,在其它条件相同的情况下，慢慢增加压力，即延长加压时间，也能得到类似压缩程度很大的效果。实践证明，坯体在压力不大但作用时间长的情况下加压，比大压力一次性加压产生的塑性变形大。,9/17/2024,4.6.6 等静压成型 (isostatic press moulding),4.6.6.,1 等静压成型原理,(1) 定义：是装在封闭模具中的粉体在各个方向同时均匀受压成型的方法。,等静压成型是干压成型技术的一种新开展，但模型的各个面上都受力，故优于干压成型。该工艺主要是利用了液体或气体能够均匀地向各个方向传递压力的特性来实现坯体均匀受压成型的。,(2),等静压成型过程,9/17/2024,全自动等静压成型设备,9/17/2024,(3) 等静压成型与干压成型的主要差异, 压力由各个侧面同时施加，粉料受压运动不是一个方向的，这样有利于把粉料压到相当的密度，同时粉料颗粒的直线位移减少了，消耗在粉料颗粒运动时的摩擦功相应减少，提高了压制效率。, 粉料内部和外部介质中的压强相等，因此在粉料中可能包含的空气无法排出，影响了压力与体积的关系，限制了通过进一步增大压力来压实粉料的可能，故生产中要得到密度大的坯体，有必要排除装模后粉料中的少量空气。,9/17/2024,4等静压成型的优点, 与施压强度大致相同的其它压制成型相比，等静压成型可以得到较高的生坯密度，且密度在各个方向上都比较均匀，不会因尺寸大小及形状的不同而有很大的变化。, 不会在压制过程中使生坯内部产生很大的应力压强的方向性差异小于其它成型方法，颗粒间、颗粒与模型间的摩擦力减小。, 成型的生坯强度高，内部结构均匀，不会象挤压成型那样使颗粒产生有规那么的定向排列。, 可以采用较干的坯料成型，也不必或很少使用粘合剂或润滑剂，有利于减少枯燥和烧成收缩。, 对制品的尺寸和尺寸之间的比例没有很大的限制。,9/17/2024,根据成型温度,常温等静压或冷等静压，CIP,高温等静压或热等静压，HIP烧结,根据所用的模具,湿袋等静压法wet isostatic pressing,干袋等静压法dry isostatic pressing,4.6.6.,2 等静压成型的分类,9/17/2024,1 湿袋等静压法,2 干袋等静压法,9/17/2024,(3) 常温等静压成型的操作过程,备料,装料,加压,脱模,(4),常温等静压成型的主要设备,高压容器,升压设备, 平安阀和防爆装置,弹性模具,施压介质,9/17/2024,4.7 其它成型方法,4.7.1 纸带成型,它与流延成型法有些类似，以一卷具有韧性的、低灰份的纸如电容纸带作为载体。让这种纸带以一定的速度通过泥浆槽，粘附上适宜厚度的浆料。通过烘干区并形成一层薄瓷坯，卷轴待用。在烧结过程中，这层低灰份衬纸几乎被彻底燃尽而不留痕迹。如泥浆中采用热塑性高分子物质作为粘结剂，那么在加热软化的情况下，可将坯带加压定型。,9/17/2024,4.7.2 印刷成型,将超细粉料、粘合剂、润滑剂、溶剂等充分混合，调制成流动性很好的稀浆料，然后采用丝网漏印法，即可印出一层极薄的坯料。具体操作是用一张含灰份甚少的有机薄膜或电容器纸作为衬纸，先在电极所在的位置上，用丝网漏印法印上一层金属浆料，枯燥后，再在该有介质的部位漏印陶瓷浆料。继续枯燥后可再印一次瓷浆，重复假设干次，直至到达所需厚度为止。然后再漏印金属电极，依次循环交替，直至多层独石电容印制完毕为止，待干透后再剪切、焙烧。,每印刷一次瓷浆，约可得6m厚的坯层，通常必须重复印23次，方能到达必要的厚度和良好均匀度。此法工艺简单、产量大，可制大容量电容器，很有开展前途。,9/17/2024,4.7.3 喷涂成型,此法所用的浆料与流延法、印刷法相似，但必须调得更稀一些，以便利用压缩空气通过喷嘴，能使之形成雾粒，此法主要用以制造独石电容器，喷涂时以事先刻制好的掩膜，挡住不应喷涂的局部，到一定程度可让其枯燥，干后再作第二次、第三次喷涂，到达预定厚度时，再更换掩膜，喷上所需的另一浆料。按这种金属浆料和陶瓷浆料，反复更换掩膜，交替喷上，以获得独石电容器的结构。,9/17/2024,4.7.4 爆炸成型,50年代初， 爆炸成型最初用于TiC、TaC和Ni粉叶片的成型。炸药爆炸后，在几微秒内产生的冲击压力可达1106 MPa。巨大的压力，以极快的速度作用在粉末体上，使压坯获得接近理论密度和很高的强度。爆炸成型法可以成型形状复杂的制品，制品的轮廓清晰，尺寸公差稳定，本钱较低。目前，爆炸成型法已应用于铁氧体、金属陶瓷等的生产。,9/17/2024,4.8 修坯与粘结,可塑法和注浆法成型的生坯件，外表不太光滑，边口都呈毛边现象，多合模型的注浆坯件会有接缝痕迹，某些产品的进一步加工如挖底、打孔等，都需要进一步加工修平。工厂称此为修坯。这是成型工艺中的一项必要的工序，决定产品的外表质量、外观质量等。,湿修：坯体的水分1619。,干修：坯体的水分 2。,粘结是制造壶、坯及一些小口花瓶、坛子等不能一体成型的坯体所必须的工序。,9/17/2024,