特种陶瓷工艺学ppt课件.ppt

特种陶瓷工艺学 学院 材料科学与工程授课人 臧传义 特种陶瓷粉体性能及其制备技术 特种陶瓷的成型方法 特种陶瓷的烧结机制及其方法 特种陶瓷的加工 以超硬材料金刚石 CBN烧结体为主 配料 配方计算 自学 配料制备 制备方法同前粉体制备方法 混合 尽可能实现最大均匀性 塑化 造粒 瘠性物料的悬浮问题 注意以下几个方面 加料的次序 先多后少再多 加料的方法 添加剂最好以化合物形式加入 湿法混合时的分层 干燥后再混合 球磨筒的使用 专用 混料 塑化 指利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过程可塑性 指坯料在外力作用下发生无裂纹的形变 当外力去掉后不再恢复原状的性能塑化剂 指使坯料具有可塑性能力的物质 一般分无机塑化剂和有机塑化剂 对于特种陶瓷 一般采用有机塑化剂 塑化 塑化机理 无机塑化剂在传统陶瓷中主要指粘土物质 其塑化机理主要是加水后形成带电的粘土 水系统 使其具有可塑性和悬浮性 有机塑化剂一般也是水溶性的 是亲水的 同时又是有极性的 因此 这种分子在水溶液中能生成水化膜 对坯料表面有活性作用 能被坯料的粒子表面所吸附 而且分子上的水化膜也一起被吸附在粒子表面上 因而在瘠性粒子的表面上 既有一层水化膜 又有一层粘性很强的有机高分子 而且这种高分子是蜷曲线性分子 所以能把松散的瘠性粒子粘结在一起 又由于有水化膜的存在 使其具有流动性 从而使坯料具有可塑性 塑化剂 常用塑化剂 聚乙烯醇 PVA 聚醋酸乙烯脂 石蜡等等塑化剂的选择 根据成型方法 坯料的性质 制品性能的要求 以及塑化剂的性质 价格和其对制品性能的影响来选择 还要考虑塑化剂的排除难易程度 塑化剂的影响 还原作用 氧化不完全会产生CO气体 可能跟坯体中某些成分发生还原作用对制品性能的影响 塑化剂挥发时会产生一定的气泡 可能影响坯体性质 这取决于塑化剂的用量和性质 如 塑化剂的挥发速度等 一般要求塑化剂挥发温度低于坯体的烧成温度 而且挥发温度范围要大一些 有利于控制 造粒 在很细的粉料中加入一定塑化剂 制成粒度较细 具有一定假粒度级配 流动性好的粒子 20 80目 又叫团粒 一般造粒法团粒质量较差 大小不一 体积密度小 加压造粒法体积密度较大 喷雾造粒法质量好 产量大 可连续生产 冻结造粒法组成均匀 反应性与烧结性良好 主要用于实验 喷雾造粒 喷雾造粒 悬浮问题 为了方便注浆成型 对塑性差 不利于悬浮的瘠性物料 一般通过表面改性 通常通过在表面吸附活性物质来实现悬浮的目的 1 控制溶液PH值 2 有机胶体和表面活性物质的吸附 带电粒子在水溶液中的双电层结构 当粒子和介质固定时 和扩散层厚度成正比 而 电位的增高 可提高团粒间的斥力 有助于克服范德华力和和布朗运动 获得良好的悬浮性 以Al203为例 Al203用盐酸处理后 在粒子表面生成三氯化铝 AlCl3 三氯化铝立即水解 生成AlCl2 和AlCl2 离子 犹如Al203粒子表面吸附了一层阳离子 使其成为一个带正电荷的胶粒 然后胶粒吸附OH 而形成一个庞大的胶团 1 控制溶液PH值 生产中可以利用此原理来调整Al203的PH值 使之悬浮或者凝聚 碱性介质中 Al203料浆的PH值 电位以及粘度的关系曲线 当PH值由1 14时 电位出现两次最大值 最大值处粘度最低酸性介质中粘度更低 同样以Al203为例 还可以通过有机表面活性物质的吸附使其悬浮 如阿拉伯树胶 羧甲基纤维素等 2 有机胶体和表面活性物质的吸附 阿拉伯树胶对Al203料浆粘度的影响 如图 当阿拉伯树胶少时 吸附的Al203胶粒较多 使质量变大而聚沉 当阿拉伯树胶多时 在水中形成网络结构 并使Al203胶粒表面形成一层有机亲水保护膜 从而使胶粒碰撞聚沉变得困难 提高料浆稳定性 成型 注浆成型 把一定浓度的浆料注入石膏模中 与石膏相接触的外围首先脱水 或脱其它有机溶液 硬化 粉料沿石膏模内壁成形出所需形状 经脱模 干燥后得到具有一定形状和强度的坯体 该方法称为注浆成形 其优点是可制造大而复杂的制品 且成本较低 设备简单 但生产周期长 生产效率低 而且制品质量差 不适合特种陶瓷生产工艺上 在进行注浆成形时 首先要配制悬浮液浆 A 对料浆要求 一般要求料浆具有流动性好 稳定性好 不易沉淀和分层 触变性小 含水 或含液 量低 渗透性好 气体含量低等性质 对于粘土质陶瓷材料 在料浆中加入适量解凝剂是调节其流动性 稳定性和触变性等性能的有效方法 B 对解凝剂要求 能改变料浆中胶团的双电层厚度和 电位 从而改变料浆的流变性能 注浆成型 注浆过程操作实例 空心注浆 实心注浆 离心注浆 压力注浆 缩短吸浆时间 减少坯体干燥时的收缩量 降低坯体脱模后的残留水分 热压铸成型 主要是利用石蜡料浆加热融化后具有流动性和可塑性 冷却后能在金属模中凝固成一定形状这一特点来完成的 和注浆成型相比 要多了排蜡这一工序 适合形状较复杂 精度要求高的中小型产品的生产 设备简单 操作方便 劳动强度不大 生产效率较高 模具磨损小 寿命长 因此在特种陶瓷生产中经常采用 但工序复杂 排蜡过程尤为重要 热压铸成型 制备蜡浆料 将石蜡 按配比 称取一定量 一般为12 5 13 5 后加热熔化成蜡液 然后与粉料均匀混合 凝固后制成蜡板 粉料要保证含水量不大于0 2 因为粉料内含水量大于l 时 水分会阻碍粉料与石蜡完全浸润 粘度增大 难以成型 另外在加热时 水分会形成小气泡分散在浆料之中 使烧结后的制品形成封闭气孔 性能变坏 制备蜡浆时 在粉料中加入少量的表面活性剂 一般为0 4 0 8 如蜂蜡等 可以减少石蜡的含量 改善成型性能等 料浆性能要确保稳定性与可铸性 热压铸成型 热压铸 原理是将配制成的料浆蜡板放置在热压铸机筒内 加热至一定温度熔化 在压缩空气的驱动下 将筒内的料浆通过吸铸口压入模腔 根据产品的形状和大小保持一段时间后 去掉压力 料浆在模腔中冷却成型 然后脱模 取出坯体 有的还可进行加工处理 或车削 或打孔等 热压铸成型 高温排蜡 A 先将坯体埋入疏松 惰性粉料 也称吸附剂 它在高温下稳定 且不易与坯体粘结 一般用煅烧的Al2O3粉料 然后按一定升温速度加热 B 当达到一定温度时 石蜡开始熔化 并向吸附剂中扩散 坯体逐渐收缩 C 当达到较高温度时 坯中颗粒间也开始出现一定的烧结反应 D 随着温度的升高和时间的延长 坯中有机物逐渐减少 坯体强度提高 体积减小 至有机物基本排除时 排蜡过程则结束 工艺关键 控制升温速度和最高温度 热压铸形成的坯体在烧成之前 先要经排蜡处理 排蜡工艺 排蜡工艺实例 挤压成型 利用压力把具有塑性的粉料通过模具挤出来成形的 模具的形状就是成形坯体的形状 适合挤制棒状 管状的坯体 料浆要求 粉料细度要求较细 外形圆润 以长时间小磨球球磨的粉料为好 溶剂 增塑剂 粘结剂等用量要适当 同时必须使料浆高度均匀 否则挤压的坯体质量不好 特点 污染小 操作易于自动化 可连续生产 效率高 适合管状 棒状产品的生产 但挤嘴结构复杂 加工精度要求高 由于溶剂和结合剂较多 因此坯体在干燥和烧成时收缩较大 性能受到影响 挤压制造蜂窝状坯体模具 注射成型就是陶瓷粉料与热塑性有机载体配比 混合 造粒后 将其加入注射机中注射进模具型腔 经充填保压 冷却和脱模 即得含塑坯体 置排塑炉内 缓缓加热 排除有机成分 从而获得成型坯体 注射成型 模压成型 又称为干压成形 是将粉料填充到模具内部后 通过单向或双向加压 将粉料压制成所需形状 工艺要求 注意加压速度和保压时间 干压成型特点工艺简单 操作方便 周期短 效率高 便于实行自动化生产 此外 坯体密度大 尺寸精确 收缩小 机械强度高 电性能好 但生产大型坯体时有困难 而且模具磨损大 加工复杂 成本高 其次加压只能上下加压 压力分布不均 致密度不均 收缩不均 会产生开裂 分层等现象 单向加压 双向加压 模压成型机 四柱液压机 单臂液压机 自动压片机 等静压成型 借助高压泵的作用把流体介质 气体或液体 压入耐高压的钢体密封容器内 高压流体的等静压力直接作用于弹性模套内的粉末上 使粉体各个方向同时均衡受压 而获得密度分布均匀以及强度较高的压坯 特点 l 可以成型以一般方法不能生产的形状复杂 大件及细而长的制品 而且成型质量高 2 可以不增加操作难度而比较方便地提高成型压力 而且压力作用效果比其它干压法好 3 由于坯体各向受压力均匀 其密度高而且均匀 烧成收缩小 因而