陶瓷真空管壳生产的几种成型方法比较.doc

陶瓷真空管壳生产的几种成型方法比较作者：浦雪琴，朱军陶瓷真空管壳生产的几种成型方法比较浦雪琴，朱军(江苏省陶瓷研究所，江苏宜兴214221)摘要： 简述陶瓷真空管生产工艺中的几种成型方法的特点，指出不同成型方法对制品可能产生的影响，从而对生产优质的陶瓷真空管壳的成型方法有一个合理的选择。关键词： 陶瓷；真空管；成型方法随着近年来电子工业的飞速发展，陶瓷真空管壳的生产厂家也越来越多。然而选择合适的制作工艺将对陶瓷真空管壳的品质起着非常关键的作用。对不同结构规格、精度及性能的产品应采用不同的成型方法。目前在陶瓷真空管壳的生产中常用的成型方法有以下几种：热压铸、注浆、干压和等静压法。现就这几种成型方法的特点及其对产品性能的影响分析如下。1 成型方法11热压铸成型法这是我国陶瓷真空管壳生产中使用最早且普遍的一种成型方法。它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。其基本工艺过程为配料球磨预热拌蜡(抽真空)成型排蜡烧成磨加工成品。成型过程的具体操作是将加热后的石蜡混合粉料用空气压力将料浆注入模中，冷却定型。如图1所示。热压铸成型法的优点是能制作形状复杂、精密度高的中小型制品；工效高、产量大；设备投资小、操作简单、模具损耗少。其缺点是工序繁杂、粉尘多、工期长；不适用大件、薄壁产品。由于热压铸成型在配料中添加了有机物，因此多了一道排蜡工序，且在排蜡、注模等工艺过程中容易有空气介入，排蜡时有机物的排出，很容易使制品产生不均匀的气孔。烧后产品如图2所示。从图中可以看出：气孑L有开口和闭口两种，开口气孔用肉眼容易看到，一般检验后就能剔除，而闭口气孔存在于晶粒之间或晶体内部，一般不易查到。这对真空陶瓷管壳无疑是一大危害，直接影响到陶瓷制品的体积密度、气密性。况且，由于成型压力小，受力不均，烧成后制品的均匀性、电气性能和透液性都受到一定的影响。因此在国外很少用热压铸方法来制作陶瓷真空管壳。12注浆成型法这是传统陶瓷生产最常用的一种成型方法。它主要是利用石膏模型的毛细管作用力将悬浮的浆料吸附于模具内壁而形成一定形状和强度的坯件。这一传统工艺也被应用于工业陶瓷的生产。其工艺流程为：配料湿磨陈腐注浆烘干烧成磨加工成品。具体操作过程如图3所示，其中(a)为空心加压注浆法，(b)为实心加压注浆法。比较可见，注浆成型法与热压铸成型法有一定的相似之处。浆成型的优点是能制作一些形状复杂且不规则、制品大且尺寸要求不严的产品，工艺简单、模具投资小。缺点是劳动强度大，生产周期长，环境卫生差。压力注浆能减少一些气孔产生，但由于注浆含水率高、压力的传递性和高位差，烧成后的制品收缩变形大、均匀性差、对机械强度、几何尺寸、电气性能均有一定影响，因而合格率低，生产效率也受到影响，故一般大批量生产陶瓷管壳很少采用该方法。其烧成后产品如图4所示。从图中可以看出：注浆成型的气孔层次感较明显，这主要是注浆成型过程中随着壁厚的增加，坯体内层因石膏模型的毛细管作用力减弱而致。13干压成型法这是将粉料采用机械压力强制压人模内的一种成型方法。其工艺流程为：配料湿磨喷雾造粒干压成型烧成磨加工成品。干压成型的优点是操作简单、方便、周期短、工效高、产品精度高、产量大，机械强度和电性能也较好。缺点是设备投资大，只能生产形状较为简单而又扁平的产品。对模具要求很高而且损耗大。干压成型的操作如图5所示。从图中可以看出：干压的主要问题是对于较高的制品存在纵横压力的差异。如果采用双向加压法成型，由于受压方向的局限性和压力传递的影响，在制品的中间部位也存在着压力小、收缩较大，密度较低的缺陷。因此也不很适宜用来制作中大型陶瓷真空管壳。其烧后产品如图6所示。由于受加压方式或作用力方向以及配料流动性的影响，局部气孔仍然存在，层次感也较明显，但总体烧结程度及气孔状况较前两者要好。14等静压成型法它是一种先进的成型方法，是利用液体介质不可压缩性和均匀传递性的特点来完成的。适合于制作产品性能要求高、壁厚、件大、一致性好的制品。其工艺流程为：配料湿磨喷雾造粒等静压成型半成品加工烧成磨加工成品。等静压成型的优点是各向性能一致性好，半成品强度高，环境污染少。缺点是设备投资大，工效低，形状简单，模具制作周期长、工模夹具多。等静压成型是目前国际上采用最多的一种用来制作陶瓷真空管壳的成型方法。如图7所示。从图中可以看出：等静压成型最显著的特点是由于液体介质受压后各个方向的压力处处相等，各向压力传递到粉体中，使得坯体各向均匀受压致密。烧后产品如图8所示。烧结后的制品密度大、均匀性好、气孔率少，无论从产品的哪个部位进行理化分析，其各项性能指标的一致性是其他成型方法所不能比拟的。从而带来理化电等各项性能测试结果的可信度高，制品的机械强度、电气性能等一系列指标的稳定性好。2 结论综上所述，成型方法的不同，不仅关系到制作产品的模具、操作的简单程度、产量、工效等直观的效果，更主要的是对制品本身各项性能指标的影响。单从外表或用简单的操作手段是不能直接分辨出其材质的优劣，而在实际应用中或经过长时间的存放就能体现出其品质的好坏。参考文献1钦征骑新型陶瓷材料手册江苏：江苏科学技术出版社1996陶瓷真空管壳废品分析陶瓷真空管壳在当前的电力电子工业生产中得到了广泛应用，如用作高频大功率电子管、电真空管开关、X光管等外壳。玻璃是最早用作电子管管壳的材料，但是玻璃的介质损耗大，并且介质损耗随温度的升高增高得较快，所以用玻璃作电子管的管壳，即使电子管的功率较低，如果工作频率超过2000MH2就有软化或爆破的危险。目前高功率的各种电子管管壳多采用95Al203陶瓷制作。95Al203陶瓷机械强度高、绝缘性能好、高频损耗小、耐电强度高、耐高温、抗热震；用它制成的电子管在排气时除气温度可以比玻璃管壳的电子管高得多，除气比较彻底，特别适于制作在较高频率及较高温度下使用的高功率电子管的管壳。陶瓷真空管壳的成型方法主要有等静压成型、热压铸成型和冷浇铸成型，其中热压铸成型法在我国是采用最早的成型工艺。80年代初期，等静压成型法在我国得到了应用。该法生产的陶瓷真空管壳具有密度高、无气孔等优点，目前国内有越来越多的厂家采用该法。由于陶瓷真空管壳的使用条件比较特殊，对产品的各项技术性能要求较高，因此国家对这类产品的检验专门制定了标准。如果对出现的废品进行归类，分析产生的原因从而改进原有的生产工艺，将会提高产品的成品率、增加经济效益。2陶瓷真空管壳废品种类陶瓷真空管壳从原料到成品要经过配料、球磨、造粒、成型、生坯加工、烧成、上釉、釉烧等工序，很容易因各工序控制不严或操作不当而造成废品。一般造成废品的原因有生烧、尺寸不符、开裂、颜色发黄、斑点、缺损、划痕、粘粉和釉面缺陷等。3常见废品的原因及改进措施31生烧按国标规定，陶瓷真空管壳烧成后要进行透液性试验，以判断产品是否完全烧结。如果产品整体或局部吸红，该产品生烧。造成生烧的主要原因有二个：一是配方设计不当或配料失误；二是坯体烧成温度偏低，保温时间不足，窑内温差较大等。另外，氧化铝原料粒径大、球磨时间短也会造成生烧。改进措施是设计合理的配方及烧成温度曲线，选用粒径合适的氧化铝原料。32尺寸不符陶瓷真空管壳在装配时对尺寸要求较严，因此尺寸检验是重要的一环。尺寸不符有以下两种情况。321尺寸整体偏大或偏小产生的原因是成形时原料的收缩比例没有控制好，造成生坯的整体尺寸偏大或偏小，烧成后产品尺寸整体偏大或偏小。322产品变形变形的情况多为扁口、失圆、歪斜。引起变形的原因有：(1)原料配方不当原料配方不当主要原因：一是氧化铝原料过细、烧成收缩过大；二是原料中的塑性粘结剂含量过多，生坯在成形过程中易变形；三是坯料中熔剂含量过多，烧结后自重变形的倾向增大。(2)装烧方法不当当坯体与垫片烧成收缩不一致时，坯体与垫片在烧结时相互干扰，造成产品烧成过程中的不规则变形。(3)烧成制度不当在坯体烧成收缩较大的阶段(一般为13001600) 对升温速度、窑内各区温差、高火点没有控制好，造成产品因过烧而引起变形过大。改进措施是在成型前要准确测定原料的收缩率，选用合适的原料、配方及烧成制度。33开裂开裂的主要原因是生坯在成型及搬运过程中因碰伤产生细微暗裂纹，在高温中应力释放，露出裂纹；另外高温阶段升温过快，收缩过快、高温急冷、高温水冷等也是产生开裂的因素。改进措施是调整产品的烧成曲线。34颜色发黄陶瓷真空管壳一般要求颜色洁白一致，而颜色发黄也是产生废品的原因之一。造成瓷体局部或整体发黄的原因较多，一般主要是原料不纯，如原料中的Fe2O3、TiO2、ZrO2等成分含量过高(如Fe2O3O3就可以影响瓷体颜色)。另外，生烧或过烧及800以前冷却过慢，引起FeO的重新氧化也会造成颜色发黄。35斑点斑点是指分布在烧结坯体表面或内部及釉层内的异色色斑，它是由于矿物性杂质在烧成熔入瓷体或釉层内引起的。杂质产生主要是氧化铝原料、辅助原料不纯或釉用原料不纯；原料球磨及喷雾造粒处理过程中混进铁或不锈钢杂质；烧成过程中高温窑顶落脏。改进措施：首先要严格选料，选用纯净的氧化铝原料、辅助原料和釉用原料；其次是加强工艺卫生；喷雾造粒后的粉料要进行除铁处理。36缺损缺损是指沿陶瓷真空管壳边缘或拐角处的剥落。主要是在各工序中因工人操作不当引起坯体磕碰而造成的。主要有生坯在加工过程中及装卸时产生磕碰；在清除生坯表面浮粉及装窑时取放用力不当；磨加工时磨床、砂轮、夹具等对坯体撞击；坯体堆放不当，在搬运和清洗时彼此碰撞。改进措施：加强对生产过程的管理，工人在操作时要特别小心，产品要轻拿轻放，避免发生碰撞；坯体堆放时要彼此分开，避免相互直接接触：做好每道工序产品的检验工作。37划痕划痕是指瓷件表面的浅沟或划刻纹，主要是生坯在加工过程中被刀具划伤或刀具选用不当造成的。改进措施：加工生坯时要小心操作，避免刀具划到坯体表面以及选用合适的刀具。38粘粉粘粉是指烧结在陶瓷真空管壳表面的粉状物。由于生坯加工时产生的粉末在坯体烧成前没有完全清理干净，坯体烧成时烧结在陶瓷管壳表面上，很难处理掉，从而造成废品。改进措施：将生坯表面的浮粉在烧成前彻底清理干净。39釉面缺陷釉是熔结在瓷体表面上的连续玻璃层。通常，釉层是薄的，但它在改进瓷件的电性能、机械性能及化学稳定性方面起着很大的作用，同时釉层还可使瓷件表面清洁、美观和不被沾污，起着装饰及保护作用。因此陶瓷真空管壳表面一般都要求上釉。瓷件表面的釉层应该具有均匀、光滑、有玻璃光泽的表面。由于釉料配方工艺过程等原因，釉面常会出现一些缺陷，常见的缺陷以下几方面。391缺釉和堆釉缺釉是指陶瓷真空管壳上釉表面部分坯体缺少釉层；堆釉是指陶瓷管壳表面上釉层局部加厚。产生缺釉和堆釉的原因一是由于上釉操作不当，坯体表面的釉层上得不均匀；二是釉浆的比重过大或过小，而使釉层过厚或过薄且不均匀。改进措施：提高上釉技术及调制合适的釉浆。392釉面无光造成釉面无光的主要原因有：釉烧温度控制不当、选用的釉料配方不合理，造成釉层在釉烧过程中被坯体吸收，产生釉层熔融不良；含氧化钙高的釉料因在冷却时有较大的结晶倾向而影响釉面光泽度。另外，上釉时坯体表面釉层上得太薄也会造成釉面无光。改进措施：调整好釉料配方；控制好釉烧温度曲线；含氧化钙高的釉料在冷却初期(从烧结温度至750左右)采取快速冷却；掌握好坯体上釉层厚度，避免釉层过薄。393气泡釉中的气泡并不是均匀地分布在釉中，一般常见的气泡或者存在于瓷与釉的界面 ，或者在直接邻近釉表面的地方。气泡最普遍的尺寸是004-005mm。气泡产生的原因有下列两方面：(1)釉本身排出的气泡。这主要是因为釉料的成熟温度较低；成熟温区窄或釉烧温度过高，釉料中沉积的碳素或分解物在釉熔融前未烧尽，而在釉熔后碳素燃烧产生的气体不易跑出而被包在釉层表面。也可能是釉中的可溶性盐类过多而造成的。另外，上釉工艺不当，造成局部釉面过薄或过厚也会产生气泡。改进措施：选用合理的釉料配方、纯净的釉原料、适宜的釉