第四章-陶瓷坯体的成型-PPT.

2020 4 14 陶瓷材料学 第四章陶瓷坯体的成形 第一节概述陶瓷的成型技术对于制品的性能具有重要影响 新型陶瓷成型方法的选择 应当根据制品的性能要求 形状 尺寸 产量和经济效益等综合确定 2020 4 14 陶瓷材料学 4 1 1成型方法分类 冷法 坯料含水量30 40 石膏模 常压冷法注浆加压冷法注浆抽真空冷法注浆 有模 无模 等静压成型法 使用橡皮膜 坯料含水量1 5 3 干压成型法 使用钢模 坯料含水量6 8 可塑成型法 成型方法 坯料含水量18 26 注浆成型法 热法 热压注法 钢模 2020 4 14 陶瓷材料学 4 1 2成型方法的选择 以图纸或样品为依据 确定工艺路线 选择合适的成型方法 选择成型方法时 要从下列几方面来考虑 1 产品的形状 大小 厚薄等 2 坯料的工艺性能 3 产品的产量和质量要求 4 成型设备要简单 劳动强度要小 劳动条件要好 5 技术指标要高 经济效益要好 2020 4 14 陶瓷材料学 第二节注浆成型 注浆成型工艺简单 适于生产一些形状复杂且不规则 外观尺寸要求不严格 壁薄及大型厚胎的制品 4 2 1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 2 泥浆温度的影响 3 粘土及泥浆处理方法的影响 4 泥浆的pH值的影响 2020 4 14 陶瓷材料学 4 2 2注浆过程的物理化学变化 1 注浆时的物理脱水过程 2 注浆时的化学凝聚过程 Na 粘土 CaSO4 Na2SiO3 Ca 粘土 CaSiO3 Na2SO4 2020 4 14 陶瓷材料学 4 2 3陶瓷坯体的注浆成型 1 基本注浆方法 空心注浆 单面注浆 实心注浆 双面注浆 空心注浆 单面注浆 2020 4 14 陶瓷材料学 实心注浆 双面注浆 2020 4 14 陶瓷材料学 2 注浆用石膏模的主要缺陷 1 开裂 2 气孔与针眼 3 变形 4 塌落 5 粘膜 2020 4 14 陶瓷材料学 第三节干压成型 4 3 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 r3即该颗粒等效半径为 2020 4 14 陶瓷材料学 2 粉料的堆积性质 等径球体堆积形式及孔隙率 2020 4 14 陶瓷材料学 3 粉料的拱桥效应 或称桥接 2020 4 14 陶瓷材料学 2 粉料的流动性 粉料自然堆积的外形 F 2020 4 14 陶瓷材料学 4 3 2压制过程坯体的变化 4 3 2 1密度的变化 坯体密度与压力的关系 2020 4 14 陶瓷材料学 密度 影响因素 1振动或粒度控度2增加压力3加压时间4减少摩擦5形状 尺寸和粉体性质 孔隙率 2020 4 14 陶瓷材料学 4 3 2 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 2020 4 14 陶瓷材料学 4 3 2 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 轴力图 F x F gAx 2020 4 14 陶瓷材料学 4 3 3加压制度对坯体质量的影响 4 3 3 1成型压力的影响 P P1 P2P1是静压力 克服粉体的阻力 P2是消耗压力 粉体对模壁的消耗 2020 4 14 陶瓷材料学 4 3 3 2加压方式的影响 加压方式和压力分布关系图 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 2020 4 14 陶瓷材料学 4 3 3 3加压速度的影响 开始时压力小些 加压速度稍快 利于排气 接着高压 缓慢加压 即减慢加压速度 延长时间 可以采用多次加压 逐步放气 防止气体导致的裂纹 多次换向加压 同时振动粉料 一轻 二重 慢提起 2020 4 14 陶瓷材料学 4 3 3 4添加剂的选用三原则 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 通常采用表面活性物质 2020 4 14 陶瓷材料学 4 3 3 5弹性后效 加荷卸荷压力与变形的关系示意图 弹性后效 外力取消后 弹性力引起坯体的膨胀的现象 2020 4 14 陶瓷材料学 4 3 4影响层裂的因素及防止方法 1 气体的影响 2 坯体水分的影响 3 加压次数对层裂的影响 4 压制时间及压力的影响 2020 4 14 陶瓷材料学 第四节可塑成型 可塑成型主要是通过胶态原料制备 加工 从而获得一定形状的陶瓷坏体 4 4 1可塑成型分类 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法 常用的可塑成型方法主要是挤压成型 热压铸成型 胶态成型等 2020 4 14 陶瓷材料学 1 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 2020 4 14 陶瓷材料学 2 热压铸成型工艺 陶瓷热蜡铸工艺流程图 2020 4 14 陶瓷材料学 3 热压铸成型的特点 热压铸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 热压铸成型的缺点是 工序较繁 耗能大 工期长 对于壁薄 大而长的制品不宜采用 2020 4 14 陶瓷材料学 4 4 2造粒成型 2020 4 14 陶瓷材料学 4 4 3流延成型 1 工艺流程 溶剂 混磨 烧结促进剂 细磨熟料 抗聚凝剂 除泡剂 烘干 再混磨 流延 真空除气 增塑 润滑剂 粘合剂 卷轴待用 2020 4 14 陶瓷材料学 2 流延成型浆料的制备 流延成型用浆料的制备方法是 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 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 2020 4 14 陶瓷材料学 4 4 4轧膜成型 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 1 工艺流程 2020 4 14 陶瓷材料学 2 轧膜成型用塑化剂 各种轧膜瓷料用塑化剂的不同配比 2020 4 14 陶瓷材料学 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 2020 4 14 陶瓷材料学 4 4 5注射成型 1 工艺流程 瓷粉 粘结剂 柱塞式 预塑式 螺旋直列式 加热混练 用辊机质粒压纹 加热挤压制粒机 混练机低温粉碎 用辊机低温挤压成薄片 粒状粉料 注射成形 一次成型坯 脱脂脂 烧结 成品 2020 4 14 陶瓷材料学 第五节其他成型方法 4 5 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 粘附上合适厚度的浆料 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 则在加热软化的情况下 可将坯带加压定型 2020 4 14 陶瓷材料学 4 5 2滚压成型 它与轧膜成型有些相似 是以热塑性有机高分子物质作为粘合载体 将载体与陶瓷粉料放在一起 加入封闭式混练器进行混练 练好后再进入热轧辊箱 轧制成一定厚度引出 用冷空气进行冷却 然后卷轴待用 如欲制作其它定型坯带 则对从轧辊箱出来的坯片 可趁热进行压花 此法与前述纸带成型法均可用以制作垂直多孔筒状热交换器 两者各有优点 用滚压法所制的坯体孔型较好 空气易于流通 但工艺较难控制 2020 4 14 陶瓷材料学 4 5 3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 4 5 4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 挡住不应喷涂的部分 到一定程度可让其干燥 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 2020 4 14 陶瓷材料学 4 5 5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1 106MPa 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 成本较低 目前 爆炸成型法已应用于铁氧体 金属陶瓷等的生产 2020 4 14 陶瓷材料学 第六节坯体的干燥 坯体干燥的目的在于提高其机械强度 有利于装窑操作并保证烧成初期能够顺利进行 4 6 1干燥过程 干燥三个阶段 2020 4 14 陶瓷材料学 1 水的粘度 2 表面张力 干燥过程中 坯料内水分的粘度和表面张力随温度升高而降低 2020 4 14 陶瓷材料学 自由含水率 空气温度与干燥速率的影响 在干燥过程中 干燥速度和干燥条件 空气的温度 湿度和流动速度 关系如图 2020 4 14 陶瓷材料学 自由含水率 相对湿度与干燥速度的关系 2020 4 14 陶瓷材料学 空气流动速度与干燥速度的关系 自由含水率 2020 4 14 陶瓷材料学 4 6 2干燥制度 干燥制度是砖坯进行干燥时的条件总和 它包括干燥时间 进入和排出干燥剂的温度和相对湿度 砖坯干燥前的水分和干燥终了后的残余水分等 1 影响干燥时间的因素 1 物料的性质和结构 2 砖坯的形状和大小 3 坯体最初含水量和干燥后残余水分 4 干燥介质的温度 湿度和流速 5 干燥介质在干燥器中的温度降 6 干燥器