陶瓷成型是為了得到內(nèi)部均勻和密度高的陶瓷坯體,是陶瓷制備工藝中重要的一環(huán),成型技術(shù)在很大程度上決定了坯體的均勻性和制備復雜形狀部件的能力,并直接影響到材料的可靠性和最終陶瓷部件的成本。
01
注漿成型法
注漿成型是一種非常簡便且靈活性很強的成型技術(shù),它的基本原理是用水等制作成帶有流動性的泥漿,將泥漿注入多孔質(zhì)石膏模型內(nèi),因為模具多孔性所具有的的毛細管吸力,模具內(nèi)壁從漿料中吸取水分從而沿模壁形成固化的坯體,待坯體形成一定的強度即可脫模。
工藝流程:粉末→漿料→注漿→脫模→干燥→型坯
分類:空心注漿、實心注漿、壓力注漿、真空輔助注漿、離心注漿。
工藝特點:(1)采用廉價的石膏模具,設(shè)備簡單、成本低,適合于復雜形狀的陶瓷零部件及大尺寸陶瓷制品的制造;(2)成型工藝控制方便、產(chǎn)品致密度高。
應用:適用于各種陶瓷產(chǎn)品,凡是形狀復雜、不規(guī)則的、薄的、體積較大且尺寸要求不嚴的器物都可用注漿法成型。一般日用陶瓷中的花瓶、湯碗、橢圓形盤、茶壺、手柄等。
02
流延成型
流延成型又稱為刮刀成型。它的基本原理是將具有合適黏度和良好分散性的陶瓷漿料從流延機漿料槽刀口處流至基帶上,通過基帶與刮刀的相對運動使?jié){料鋪展,在表面張力的作用下形成具有光滑上表面的坯膜,坯膜的厚度主要由刮刀與基帶之間間隙來調(diào)控。坯膜隨基帶進入烘干室,溶劑蒸發(fā)有機黏結(jié)劑在陶瓷顆粒間形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),形成具有一定強度和柔韌性的坯片,干燥的坯片與基帶剝離后卷軸待用。然后可按所需形狀切割,沖片或打孔,最后經(jīng)過燒結(jié)得到成品。
工藝流程:包括漿料制備、流延成型、干燥、脫脂、燒結(jié)等工序,其中最關(guān)鍵的是漿料的制備和流延工藝的控制。
工藝特點:(1)設(shè)備不太復雜,工藝穩(wěn)定,可連續(xù)生產(chǎn),效率高,自動化程度高,坯膜性能均一且易于控制, 適于制造各種超薄形陶瓷器件,氧化鋁陶瓷基片等;(2)坯體密度小,收縮性高。
應用:厚膜和薄膜電路用Al2O3基片、壓電陶瓷膜片、結(jié)構(gòu)陶瓷薄片、電容器、熱敏電阻、鐵氧體和壓電陶瓷坯體,混合集成電路基片等。
03
干壓成型
干壓成型采用壓力將陶瓷粉料壓制成一定形狀的坯體。其實質(zhì)是在外力作用下,粉體顆粒在模具內(nèi)相互靠近,并借內(nèi)摩擦力牢固地結(jié)合起來,保持一定的形狀。
工藝流程:將經(jīng)過造粒、流動性好,顆粒級配合適的粉料,裝入金屬模腔內(nèi),通過壓頭施加壓力,壓頭在模腔內(nèi)位移,傳遞壓力,使模腔內(nèi)粉體顆粒重排變形而被壓實,形成具有一定強度和形狀的陶瓷素坯。
工藝特點:(1)工藝簡單,操作方便,周期短,效率高,便于實行自動化生產(chǎn);(2)坯體密度大,尺寸精確,收縮小,機械強度高,電性能好;(3)對大型坯體生產(chǎn)有困難,模具磨損大、加工復雜、成本高;(4)加壓只能上下加壓,壓力分布不均勻,致密度不均勻,收縮不均勻,會產(chǎn)生開裂、分層等現(xiàn)象。
應用:特別適宜于各種截面厚度較小的陶瓷制品制備,如陶瓷密封環(huán)、閥門用陶瓷閥芯、陶瓷襯板、陶瓷內(nèi)襯等。
04
等靜壓成型
將待壓試樣置于高壓容器中,利用液體介質(zhì)不可壓縮的性質(zhì)和均勻傳遞壓力的性質(zhì)從各個方向?qū)υ嚇舆M行均勻加壓,當液體介質(zhì)通過壓力泵注入壓力容器時,根據(jù)流體力學原理,其壓強大小不變且均勻地傳遞到各個方向,通過上述方法使瘠性粉料成型致密坯體的方法稱為等靜壓法。
工藝流程:
工藝特點:形狀準確、效率高、設(shè)備及技術(shù)條件復雜。
應用:瓷棒瓷套、火花塞、高氧化鋁電瓷等。
05
擠壓成型
擠壓成型也稱擠出成型或擠制成型,該工藝是將陶瓷粉與可提供塑性的黏土或有機黏結(jié)劑與水一起混合和反復混煉,并通過真空除氣和陳腐等工藝環(huán)節(jié)使待擠出的坯料獲得良好的塑性和均勻性,然后在擠出螺旋或柱塞的作用下,通過擠壓機嘴處的模具擠出得到所需形狀的產(chǎn)品。
工藝流程:
工藝特點:(1)污染小,操作易于自動化,可連續(xù)生產(chǎn),效率高;(2)適合管狀、 棒狀產(chǎn)品的生產(chǎn)。但擠嘴結(jié)構(gòu)復雜,加工精度要求高;(3)由于溶劑和結(jié)合劑較多,因此坯體在干燥燒成時收縮較大,性能受到影響。容易出現(xiàn)翹曲變形、分層結(jié)構(gòu)、撕裂、開裂、固液分離、氣孔及夾雜物等缺陷。
應用:擠壓成型適用于制造截面一致的陶瓷產(chǎn)品,特別是對長寬比高的管狀或棒狀產(chǎn)品。目前廣泛應用于制備陶瓷爐管、催化劑載體或支撐體、熱交換器管、汽車尾氣過濾用蜂窩陶瓷載體,陶瓷棍棒等各種陶瓷產(chǎn)品,同時也可用于片狀電容器、磁性材料基板、電子基片的成型。
06
注射成型
陶瓷注射成型(ceramic injection molding,CIM),是將聚合物注射成型方法與陶瓷制備工藝相結(jié)合而發(fā)展起來的一種制備陶瓷零部件的新工藝。
工藝流程:
1)注射喂料的制備:將合適的有機載體與陶瓷粉末在一定溫度下混煉、干燥、造粒,得到注射用喂料;
2)注射成型:混煉后的注射混合料于注射成型機內(nèi)被加熱轉(zhuǎn)變?yōu)檎吵硇匀垠w,在一定的溫度和壓力下高速注入金屬模具內(nèi),冷卻固化為所需形狀的坯體,然后脫模;
3)脫脂:通過加熱或其它物理化學方法,將注射成型坯體內(nèi)的有機物排除;
4)燒結(jié):將脫脂后的陶瓷素坯在高溫下致密化燒結(jié),獲得所需外觀形狀、尺寸精度和顯微結(jié)構(gòu)的致密陶瓷部件。
工藝特點:
1) 可近凈成型直接各種幾何形狀復雜及有特殊要求的小型陶瓷零部件,使燒結(jié)后的陶瓷產(chǎn)品無需進行機加工或少加工,從而減少昂貴的陶瓷加工成本。
2) 機械化和自動化程度高,成形周期短,僅為澆注、熱壓成形時間的幾十分之一至幾百分之一,坯件的強度高,可自動化生產(chǎn),生產(chǎn)過程中的管理和控制也很方便,適宜大批量生產(chǎn)。
3) 由于粘結(jié)劑有較好的流動性,注射成形坯件的致密度相當均勻。
4) 由于粉末和粘結(jié)劑的混合很均勻,粉末之間的間隙很小,燒結(jié)過程中的收縮特性基本一致, 所以制備各部位密度均勻,幾何尺寸精度及表面光潔度高。
應用:陶瓷注射成型已廣泛用于各種陶瓷粉料和各種工程陶瓷制品的成型。通過該工藝制備的各種精密陶瓷零部件,已用于航空、汽車、機械、能源、光通訊、生命醫(yī)學等領(lǐng)域。
07
熱壓鑄成型
熱壓鑄成型是利用石蠟受熱熔化和遇冷凝固的特點,將無可塑性的瘠性陶瓷粉料與熱石蠟液均勻混合形成可流動的漿料,在一定壓力下注入金屬模具中成型,冷卻待蠟漿凝固后脫模取出成型好的坯體。坯體經(jīng)適當修整,埋入吸附劑中加熱進行脫蠟處理,最后經(jīng)燒結(jié)成最終制品。
工藝流程:
工藝特點:
1)可成型形狀復雜的陶瓷制品,尺寸精度高, 幾乎不需要后續(xù)加工,是制作異形陶瓷制品的主要成型工藝;
2)設(shè)備價廉、模具磨損小,生產(chǎn)成本相對較低;
3)操作方便,勞動強度不大,生產(chǎn)效率高;
4)對原料適用性強,如氧化物、非氧化物、復合原料及各種礦物原料均可適用。
應用:可應用于各種復雜形狀的工程陶瓷零部件。
08
凝膠注模成型
凝膠注模成型是近年來發(fā)明的一種新的陶瓷成型技術(shù)。凝膠注模成型是將含有有機單體的低粘度、高固相含量的陶瓷料漿澆注到不吸水的模型中,然后在引發(fā)劑和催化劑的作用下,使料漿中的有機單體交鏈聚合成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而使?jié)鈶腋◇w原位固化。
工藝流程:
工藝特點:
1) 適用陶瓷粉末能力強,對粉體無特殊要求;
2) 可實現(xiàn)近凈尺寸成型,可制備出大尺寸和復雜形狀及壁厚的部件,模具可選用多種材料;
3) 成型周期短,濕坯和干坯強度高,明顯優(yōu)于傳統(tǒng)成型工藝所制的坯體,可進行機械加工;
4) 坯體有機物含量低;
5) 坯體和燒結(jié)體性能均勻性好;
6) 工藝過程易控制;
7) 工藝過程和操作較為簡便,設(shè)備簡易,成本低廉。
應用:粗顆粒體系陶瓷、高級耐火材料、陶瓷復合材料、結(jié)構(gòu)陶瓷、功能與生物陶瓷、多孔材料及粉末冶金等。
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