第四章__坯体成型.ppt

陶瓷材料工艺学的主线 陶瓷原料 原料加工 配料计算 坯体成型 陶瓷烧结 陶瓷修饰 2 第一节注浆成型 第二节压制成型 第四章坯体的成型 第三节可塑成型 3 成型方法的选择 1 产品的形状 大小 厚薄 2 坯料的工艺性能 3 产品的产量和质量 4 保证质量的前提下 成型设备简单 劳动强度要小 劳动条件好 经济效益好 成型方法的分类 1 注浆成型30 40 2 可塑成型18 25 有模和无模3 干压成型6 8 4 等静压成型1 5 3 湿等静压和干等静压 4 第一节注浆成型 1注浆成型对泥浆性能的要求 1 流动性 2 触变性 3 稳定性 4 滤过性 5 空浆性 5 注浆机理注浆过程分三个阶段 1 泥浆注入石膏模 石膏模吸水形成薄泥层 动力 石膏模的毛细管力 毛细管越细 水的表面张力越大 脱水推动力越大 阻力 石膏模和坯体 属物理脱水过程 薄泥层的形成 石膏模 颗粒间 颗粒 颗粒间的范德华力使颗粒吸附于石膏模 形成薄泥层 2 形成雏坯 动力 水分的浓度差 3 收缩脱模阶段 6 近石膏模表面的Na 粘土变为Ca 粘土 泥浆聚沉在石膏模壁上 Na2SO4是水溶性的 进入毛细管中 烘干模型时 以白色丛毛状结晶的形态析出 物理脱水过程化学凝聚过程 1 泥浆溶解少量的CaSO4 2 CaSO4和泥浆中的Na 粘土 硅酸钠发生离子交换 Na 粘土 CaSO4 Ca 粘土 CaSiO3 Na2SO4 7 2基本注浆方法2 1单面注浆 空心注浆 定义 将泥浆注入模型中 待泥浆在模型中停留一段时间 形成所需注件厚度时 倒出多余泥浆 随后带模干燥 待注件干燥收缩后脱模 取出注件 2 1 1工艺特点 坯体脱模水分 15 20 坯体外形 模型工作面决定 坯体厚度 吸浆时间决定 2 1 2操作 1 模型工作面清扫干净 不留干泥或灰尘 2 模型装配好 不留缝隙 3 倒入泥浆 8 4 倒出余泥 5 带模干燥 6 脱模 取模 2 2双面注浆 实心注浆 定义 2 2 1工艺特点 1 泥浆水分含量比单面注浆要小 2 厚度由模型和模芯之间尺寸决定 3 注浆时间短 4 壁厚的产品 5 均匀性差 坯体中心致密度差 9 2 2 2操作 1 模型工作面清扫干净 不留干泥或灰尘 2 模型装配好 不留缝隙 3 倒入泥浆 4 补泥浆 5 带模干燥 6 脱模 7 干燥模型备用 10 11 12 13 2 3强化注浆人为的施加外力 加速注浆过程的进行 提高吸浆速度 改善坯体的性能 强度 均匀性 2 3 1真空注浆在模型外抽真空 或将加固后的石膏模放在真空室中负压操作 以增大石膏模内外压差 提高注浆成型时的推动力 提高吸浆速度 缩短坯体形成时间 提高坯体致密度和强度 同时减少坯体的气孔和针孔 2 3 2离心注浆向旋转的模型中注入泥浆 泥浆受离心力的作用 紧靠模型脱水形成致密坯体 泥浆中的气泡轻 旋转时集中在中间 最后气泡破裂排除 离心注浆可提高吸浆速度 提高产品质量 要求 泥浆中固体颗粒直径相近 否则 组织结构不匀 收缩不一致 14 2 3 3压力注浆高压注浆 0 4MP 中压注浆 0 15 0 4MP 微压注浆 0 05 压力注浆对模型要求较高 2 3 3 1微压注浆压力由泥浆槽的高度决定 1 工艺过程注浆 吸浆 空浆 微压巩固 开模 二次巩固 脱坯 2 微压注浆的特点 提高生产效率 缩短成型周期 减少成型缺陷减少坯体气泡 提高制品质量设备简单 投资少 15 2 3 4热压铸成型特殊的注浆成型方法 用于瘠性料的特种瓷 电子陶瓷 氧化物陶瓷和金属陶瓷 以有机结合剂为分散介质 固体颗粒为分散相 在一定温度 70 85 配成料浆 在金属模具中成型 2 3 4 1工艺过程 1 制蜡浆蜡浆组成 粉料 塑化剂 石蜡 表面活性剂 油酸 粉料的制备 预烧 目的 降低烧成收缩 保证产品规格 提高料浆的流动性 减少石蜡的用量 粉料要求 细度 万孔筛余2 3 颗粒小 流动性差 石蜡用量多 含水率 小于0 5 16 塑化剂要求 熔点低 粘度低 冷却后体积收缩易脱模 惰性 不与瓷粉反应 廉价 2 成型蜡浆温度 60 75 钢模温度 20 30 压力 0 3 0 5MP 17 3 排蜡 埋烧温度 900 1100 埋在吸附剂中 60度开始熔融 120以上挥发 吸附剂 氧化铝粉 氧化镁粉 氧化硅粉 滑石粉 吸附剂开始吸附蜡浆 然后挥发或氧化 注意 缓慢升温 否则易起泡分层 变形 4 素坯加工 5 烧成 18 19 20 21 22 23 24 25 第二节压制成型 26 2 1干法压制的基本原理1 粉料的基本性质 1 粒度和粒度的分布V a b c 4 r3 3即该颗粒等效半径为 2 粉料的堆积性质 等径球体堆积形式及孔隙率 3 粉料的拱桥效应 或称桥接 2 粉料的流动性 粉料自然堆积的外形 F 4 3 2压制过程坯体的变化 1 密度的变化 坯体密度与压力的关系 2 强度的变化 第一阶段强度并不大 第二阶段强度直线提高 第三阶段强度变化也较平坦 3 坯体中压力的分布 坯体中压力分布不均匀 H D比值愈大 则不均匀分布现象愈严重 33 2 2干压成型工艺 1 成型压力 2 加压方式 单面加压和双面加压 3 加压速度和加压时间与粉料的性质 水分和空气排除速度有关 加压过程中有空气排除 加压速度不能太快 否则 不利于空气充分排除 最大压力维持一段时间 常见干压设备液压成型机自动压片机 34 2 3等静压成型 等静压成型是将待压试样置于高压容器中 利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压 当液体介质通过压力泵注入压力容器时 根据流体力学原理 其压强大小不变且均匀地传递到各个方向 此时高压容器中的粉料在各个方向上受到的压力是均匀的和大小一致的 通过上述方法使瘠性粉料成型致密坯体的方法称为等静压法 35 36 等静压成型的过程1 初期成型压力较小时 粉体颗粒迁移和重堆积阶段 2 中期压力提高 粉体局部流动和碎化阶段 3 后期压力最大时 粉体体积压缩 排出气孔 达到致密化阶段 37 特点 等静压成型时液体介质传递的压力在各个方向上等是相等的 弹性模具在受到液体介质压力时产生的变形传递到模具中的粉料 粉料与模具壁的摩擦力小 坯体受力均匀 密度分布均一 产品性能有很大提高 38 分类 广义的等静压成型分为冷等静压和热等静压 冷等静压是在常温下对工件进行成型的等静压法 热等静压是在指在高温高压下对工件进行等压成型烧结一种特殊烧结方法湿式等静压 将预压好的坯料包封在弹性的塑料或橡胶模具内 密封后放入高压缸内 通过液体传l递使坯体受压成型 干式等静压 将弹性模具半固定 不浸泡在液体介质中 而是通过上下活塞密封 压力泵将液体介质注入到高压缸和加压橡皮之间 通过液体和加压橡皮将压力传递使坯体受压成型 39 40 定义 利用模具或刀具等的运动所造成的压力 剪切力 挤压等外力对具有可塑性的坯料进行加工 迫使坯料在外力的作用下发生可塑变形 制成坯料 第三节可塑成型 可塑成型是古老的一种成型方法 我国古代采用的手工拉坯就是最原始的可塑成型法 常用的可塑成型方法主要是挤压成型 流延成型 轧膜成型和注射成型等 一 挤压成型 挤压成型时应该注意以下工艺问题 1 挤制的压力 2 挤出速率 3 挤出管子时 管壁厚度必须能承受本身的重力作用和适应工艺要求 4 挤压成型的缺陷 可塑料团被挤压机的螺旋或活塞挤压向前 经过机嘴出来形成所需坯体形状的方法 1 定义与工艺要求 2 成型工艺 成型工艺流程图 3 特点 挤压成型适用于以矿物原料 氧化物 氮化物等为原料的新型陶瓷的成型 尤其对外形复杂 精密度高的中小型制品更为适宜 其成型设备不复杂 模具磨损小 操作方便 生产效率高 挤压成型的缺点 工序较繁 耗能大 工期长 对于壁薄 大而长的制品不宜采用 二 流延成型 浆料流至移动的薄膜载体上 通过刮刀控制陶瓷厚度的成型方法 又叫刮刀成型法和带式浇注法 1 定义与浆料的制备 浆料的制备 先将通过细磨 煅烧的熟瓷粉加入溶剂 必要时添加抗聚凝剂 除泡剂 烧结促进剂等进行湿式混磨 再加入粘结剂 增塑剂 润滑剂等进行混磨以形成稳定的 流动性良好的浆料 2 工艺流程 流延成型机 3 流延成型的特点 流延成型设备不太复杂 且工艺稳定 可连续操作 生产效率高 自动化水平高 坯膜性能均匀一致且易于控制 但流延成型的坯料因溶剂和粘结剂等含量高 因此坯体密度小 烧成收缩率有时高达20 21 流延成型法主要用以制取超薄型陶瓷独石电容器 氧化铝陶瓷基片等新型陶瓷制品 为电子元件的微型化 超大规模集成电路的应用 提供了广阔的前景 三 轧膜成型 1 定义 轧膜成型是将准备好的陶瓷粉料 拌以一定量的有机粘结剂 如聚乙烯醇等 和溶剂 通过粗轧和精轧成膜片后再进行冲片成型 2 工艺流程 轧膜成型机 轧膜成型用塑化剂 各种轧膜瓷料用塑化剂的不同配比 3 轧膜成型的特点 轧膜成型具有工艺简单 生产效率高 膜片厚度均匀 生产设备简单 粉尘污染小 能成型厚度很薄的膜片等优点 但用该法成型的产品干燥收缩和烧成收缩较干压制品的大 该法适于生产批量较大的1mm下的薄片状产品 在新型陶瓷生产中应用较为普遍 52 利用作旋转运动的石膏模与上下运动的样板刀来成型 4 1旋压操作设备 石膏模 塑性泥料放在石膏模中 石膏模安装在辘轳车机的模座上 辘轳车机带动模座上的石膏模转动 可用脚踏或马达带动 样板刀 右手扳样板刀徐徐落下 接触泥料 由于样板刀的压力与石膏模的旋转 泥料均匀的分布于模型内表面 排除的余泥在样板刀上向上爬 左手清除余泥 模型内壁和样板刀的空隙被泥料填满 旋制成坯体 样板刀 泥料内表面形成坯体的内表面 石膏模 泥料的外表面形成坯体的外表面 厚度 样板刀与石膏模的距离为坯体的厚度 4 旋压成型 53 4 2旋压的工艺特点与控制 1 以 刮泥 的形式排泥 要求泥料屈服值低些 即泥料的含水率稍高些 排泥阻力小 2 刮泥 成型时 与样板刀接触的坯体表面不光滑 赶光时需加水来赶光表面 3 模座转速 据制品的形状定 转速高 深腔制品 直径小的制品 阴模旋压 一般转速控制230 400r min 泥料水分21 23 4 中心 准 石膏模 样板刀 模座主轴对准中心 5 样板刀对泥料正压力小 生坯强度低 但可加宽刀口 减小刀口角度 增加泥料等措施进行改进 6 旋压设备简单 适应性强 可旋制深凹制品 缺点 质量差 手工操作劳动强度大 需一定的操作技术 效率低坯泥加工余量大 占地大 54 4 3成型缺陷 1 夹层开裂 坯体内有空隙 泥料有分层现象 旋坯刀上下快形成凹坑或初装泥料不够 补泥后 前后泥料结合不紧 2 外表开裂 对复杂形状的制品 厚度急剧变化的部位 加水赶光时 局部水分大 干后即裂 旋大坯时 刀上积泥太厚 刀震动 局部开裂 55 5 滚压成型滚压头和盛泥料的石膏模分别绕自己的轴线以一定的速度同方向旋转 利用滚头的 滚 和 压 来成型 5 1滚压操作 1 送空模 2 投泥 3 排泥成坯 4 退滚头 取坯 整个工序由凸轮控制 5 2滚压成型的工作原理 1 滚压头排泥是依靠同向旋转的 滚头 和 石膏模 对泥料的压延作用而排泥的 56 特点 滚压时泥料均匀展开 受力由小到大 缓和均匀 粘土颗粒不易产生集中应力 坯体的组织结构均匀 滚头与泥料的接触面积大 压力大 受力时间长 坯体致密度 强度高 滚头和模型相对运动 表面光滑 不需加水 2 阳模 阴模滚压阳模滚压 适于成型扁平 宽口 内表面有花纹的产品 滚压头加工的制品的非易见面 外表面 阴模滚压 适于成型口径小的深凹制品 加工坯体内表面 3 热滚压为防止滚头粘泥 用热滚压 冷滚压 憎水材料做滚头 57 5 3滚压成型的工艺控制 1 泥料的性能 泥料需一定的硬度 屈服值 保证排泥的力量 泥料需一定的延伸量和屈服值 泥料的延伸量和屈服值与其中塑性原料的多少和种类有关和水分的含量有关 塑性原料太少或塑性太差或水分太少 则延伸量过小 滚压时易开裂 模型也易损坏 塑性原料太多或塑性太强或水分太多 则屈服值过低 滚压时易粘滚 坯体易变形 泥料的可塑性由配方决定 一般配方确定后 通过控制含水率来调节可塑性以适应滚压成型的需要 所以要严格控制含水率 58 阳模滚压时要求泥料水分少 延伸变形量稍大 可塑性好 阴模滚压要求泥料水分可稍高 延伸变形量可稍低 冷滚压时水分要少泥料塑性要好 热滚压对泥料塑性要求不严 2 主轴转速主轴转速高 产量高 效率高 主轴转速由阳模 阴模成型和产品直径大小决定 阴模成型转速高于阳模成型的转速 主轴的转速随产品的直径增大而减小 59 5 4滚压成型常见的缺陷 1 粘滚头 2 飞泥 3 起皱 4 花心 5 刀舌 抬刀纹 6雕塑 印坯 手工拉坯雕塑 手捏 雕塑 雕刻 雕镶印坯 塑性泥在石膏模中印制成坯手工拉坯 60 7塑压成型将可塑性坯料放在模型中常温下压制成型 7 1模型 1 材料 常用的石膏模 但其寿命短 承压小 多孔树脂模 多孔金属模 2 模型的组成 塑压模由上模 下模组成 上下模都由石膏模和一个金属模框组成 金属模框箍着石膏模 对石膏模起加固和保护作用 而且能保证上下模准确定位 3 模型的结构上下模间形成一个空腔 为所要求成型制品的形状 上下模留有一定的空隙 可排除余泥 石膏模外缘部位留有沟檐容纳余泥 61 上下模型内部都绕一根多孔纤维管 可以通压缩空气和抽真空 7 2塑压成型的操作 1 将切成一定厚