陶瓷坯料的成形

陶瓷工艺学,第五章坯料的成形,常用成形方法：包括可塑法成形、注浆成形和压制成形,成形概述,成形：将坯料加工成具有一定形状和尺寸的半成品。,可塑成形原理：利用模具或刀具等的运动所造成的压力、剪力，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，制成坯体。,第一节可塑成形,一塑性坯料成型性能,1、可塑泥团的流变特性,可塑性泥团受到应力发生形变时既有弹性性质，又有假塑性变形。,空气0.51,可塑性泥团由固相、液相、少量气相组成的弹性塑性系统。,粘土泥团的应力应变曲线,当应力很小时，受应力的作用产生形变，两者呈直线关系，且可逆。,当y，则出现假塑性变形，不可逆。假塑性变形：除去泥团受到的应力，会部分地回复到原来状态（用y表示），剩下的不可逆变形部分n叫做假塑性变形。屈服值：由弹性变形过渡到假塑性变形的极限应力y，称为流动极限（或称流限）,强度极限p，泥团会开裂破坏,泥团的成形性能的评价指标,一般可以近似地用屈服值和最大变形量的乘积（y*p）评价泥料的成型能力。一定含水率,屈服值随泥团中水分增加而降低,含水量降低，y提高，但p降低了,变形量p：出现裂纹前的最大变形量。p高使成型过程中变形虽大，但又不致出现裂纹,屈服值y：泥团开始假塑性变形时须加的应力；y高防受偶然的外力产生变形，保证成型时有足够的稳定性,矿物种类粘土矿物的结构伊利石高岭石蒙脱石固相颗粒大小和形状颗粒愈细，分散度越大，比表面积愈大，颗粒表面形成水膜所需的水分愈多，产生的毛细管力越大，可塑性越好。层状、短柱状颗粒比球状和立方状颗粒的可塑性好（易形成面与面的接触，毛细管半径小力大；对称性低，移动阻力大）,2、影响泥团可塑性的因素,吸附阳离子的种类粘土胶团间的吸引力影响坯料的可塑性，吸引力大，则可塑性高；液相的数量和种类浸润能力和液相的粘度、表面张力坯料中加入水分适当时才呈现最佳的可塑性表面张力大，可塑性高；粘度高，则可塑性高,生产中提高坯料可塑性的常用措施,（1）将粘土原矿进行淘洗，除去所夹杂的非可塑性物料，或长期风化。（2）把湿润了的粘土或坯料施以长期陈腐。（3）对泥料进行真空练泥。（4）掺用少量的强可塑性粘土。（5）控制球磨的细度（6）必要时加入增塑剂，如糊精、羧甲基纤维素等。,1.注浆成形机理注浆过程基本上可分成三个阶段,从泥浆注入石膏模吸水开始到形成薄泥层为第一阶段形成薄泥层，泥层逐渐增厚，直到形成注件为第二阶段从雏坯形成到脱模为收缩脱模阶段,石膏模的毛细管力,注浆过程的推动力：,注浆成形,1.流动性固相含量、颗粒大小和形状泥浆的温度T粘度流动性粘土及泥浆处理方法（水化膜的厚度）电解质的作用改变泥浆中胶团的双电层的厚度和电位陈腐稳定注浆性能、提高流动性和增加坯体强度泥浆的pH值（主要用于提高瘠性料浆的流动性）调节PH值，使胶粒电位最大值,二影响泥浆浇注性能的因素,2.吸浆速度减少模型的阻力控制模型制造工艺降低泥层阻力泥浆性质和坯体结构适当减少塑性原料，增加瘠性原料减少细颗粒的含量，增加粗颗粒的含量减少水分含量加稀释剂提高吃浆过程的推动力石膏模：具有最大的毛细管力采用压力注浆、真空注浆、离心注浆等加速注浆方法提高泥浆的温度，提高模型的的温度,3脱膜性离模系数G：吸浆完到离模时坯体中固体粒子所占体积百分比的变化反映水分变化G大：坯体致密，水分含量少，强度大。G小：坯体疏松，水分含量大，强度低。影响离模系数的因素：透水性透水性小，G小模型和坯体界面的结合力界面结合力小，G大坯体的形状,4挺实能力脱模时，坯体有足够的硬度和湿强度，不致变形的能力5加工性与生坯强度有关,空心注浆（单面注浆）,对泥浆性能要求：比重小，稳定性好，触变性较小，细度较细,1基本注浆方法：包括空心注浆和实心注浆,三注浆成形方法,空心注浆,实心注浆（双面注浆）,对泥浆性能要求：比重大，触变性较大，泥浆颗粒可稍粗,实心注浆,压力注浆特点：缩短注浆时间；减少坯体干燥收缩，提高坯体致密度；压力注浆降低坯体脱模后留有的水分,2加速注浆法包括压力注浆、离心注浆和真空注浆等,压力注浆：通过提高泥浆压力来提高注浆过程推动力加速水分扩散，可缩短注浆时间，减少坯体干燥收缩和脱模后坯体的水分。,加压方式：提高浆桶高度或引入压缩空气,真空注浆：模外抽真空，或模型放于负压的真空室中。由于模内外压力差，提高注浆推动力，提高吸浆速度，减少坯体气孔，针眼。离心注浆：向旋转的模型内注入泥浆，在离心力作用下，泥浆紧靠模型脱水成坯。特点：致密度高，厚度均匀，变形较小对泥浆要求：粒度分布窄，否则大颗粒集中表面，小颗粒集中内部，导致制品收缩不均。,压制成形是将坯料加入到模具中，在压机上压成一定形状的坯体的方法。,第三节粉料的成形,生产过程简单，致密度高，制品尺寸精确，表面质量高，设备机械化、自动化程度高，可以连续化生产。,优点：,对于制品形状复杂的制品难于成型，模具磨损大；压力分布不均，致密度不均（相对而言）。,局限性：,原理：,1粒度和粒度分布直接影响坯体的致密度、收缩率、强度。很细或很粗的粉料，在一定压力下被压紧成型的能力较差。造粒2粉料的堆积特性最紧密堆积容重,一粉料的工艺性质,3粉料的含水率一定的水（水膜、表面张力）增加粉料间的结合力；太大会粘模，太小坯体密度不够。,4粉料的拱桥效应原因：粉料非球形，表面粗糙；表面有电荷；任何球体都难形成自由堆积颗粒越小，表面积越大越易发生拱桥效应；,粉料堆积的拱桥效应,加压或振动消除合适的加压方式,粉料自然堆积的外形,5粉料的流动性粉料由分散度高的固体小颗粒组成，具有一定的流动性。安息角越小流动性越好。,影响流动性的因素：颗粒的大小大，流动性好颗粒形状球形颗粒流动性好粒径分布,粉料的流动性影响粉料在模型中的填充速度和填充程度,1密度的变化,二粉料的致密化过程,坯体密度与压力关系,密度随压力增大迅速增加排除假颗粒间空隙密度随压力增大变化缓慢排除真颗粒间空隙密度随压力增大迅速增加密实阶段,原因：大量颗粒产生相对滑动和位移，位置重新排列，孔隙减少、假颗粒破裂、拱桥破坏、坯体密度增加；且压力越大，发生位移和重排的颗粒愈多，孔隙消失越快，坯体密度越大。,原因：坯体中宏观的大量孔隙已不存在，颗粒间的接触由简单的点、线或小块面的接触发展为复杂的点、线、面接触。,原因：颗粒断裂、变形，发生滑移和重排，孔隙继续填充。,2强度的变化颗粒间接触不大，强度较小。弹性塑性阶段，颗粒间接触增大，强度直线上升。强度变化不大。,坯体强度与成形压力的关系,成形致密化出现的现象：坯体中压力的分布不均,问题:坯体中压力分布不均匀，导致坯体各部分的密度不均匀烧成时收缩不一样产品变形或开裂原因：A坯粉料颗粒移动和重新排列时，颗粒之间产生内摩擦力。B颗粒与模型之间有外摩擦力妨碍了压制压力的传递压力衰减。现象：离开如压面的距离愈大，刚受到的压力愈小，H/D比值愈大，则压力不均匀分布现象愈严重。,1成形压力压制过程中的总压力P=P1+P2P1：净压力。克服粉料的阻力P2：消耗压力。克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力,三影响坯体密度的因素,应保证坯体质量好、生产效率高的同时，选用尽量高的成形压力。考虑原料成分、坯料水份、制品的形状和尺寸,2加压方式,单面加压：压力分布不均，有低压区，死角双面加压：消除底面的低压区，死角。但空气易被挤到坯体中间部位，使中部密度小。双面先后加压,3加压速度和保压时间,“一轻、二重、慢提起”,4添加剂的选用减少粉料颗粒间及粉料与模壁的摩擦-润滑剂增加粉料颗粒间的粘结作用粘结剂促进粉料颗粒间吸附，湿润或变形表面活性剂,低压段：速度稍快使空气消除；高压段：应缓慢加压以免残余气体无法排出，多次加压以保证压力均匀。,调整坯料性能的添加剂,1解凝剂（解胶剂，稀释剂）用来改善泥浆的流动性，使其在低水分的情况下粘度适当便于浇注。2结