粉体陶瓷成形技术

1、粉末陶瓷成型技术粉末陶瓷成型技术梁珠宝梁珠宝201242056粉末陶瓷成型技术粉末陶瓷成型技术 1 粉末陶瓷成型的基本原理粉末陶瓷成型的基本原理 2 粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备 3 粉末陶瓷成形新技术粉末陶瓷成形新技术 粉末陶瓷成型技术粉末陶瓷成型技术 1 粉末陶瓷成型的基本原理粉末陶瓷成型的基本原理概述概述 v粉末陶瓷材料以粉体（粉末）为原材料，粉末陶瓷材料以粉体（粉末）为原材料，经过成形和烧结工艺制备而成。经过成形和烧结工艺制备而成。 v 陶瓷材料的成形过程与粉末冶金相似，所不同的是两者采陶瓷材料的成形过程与粉末冶金相似，所不同的是两者采用不同的原材料。用不同的原材料。v 一

2、般情况下，陶瓷材料的组织结构包括晶相、玻璃相和气一般情况下，陶瓷材料的组织结构包括晶相、玻璃相和气相三个部分，其中的晶相是陶瓷材料的主要组成相。相三个部分，其中的晶相是陶瓷材料的主要组成相。1.粉末陶瓷成型的基本原理粉末陶瓷成型的基本原理2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备 2.1.粉体的基本性能粉体的基本性能v粒度粒度：颗粒大小：通常用直径表示。不规则颗粒用等效半径。颗粒大小：通常用直径表示。不规则颗粒用等效半径。粒度分布：不同大小颗粒占的百分比。粒度分布：不同大小颗粒占的百分比。v颗粒形状颗粒形状：颗粒形状表示粉体颗粒的几何形状，常颗粒形状表示粉体颗粒的几何形状，常用的颗粒形状有球

3、形、片形、针形、柱形等。用的颗粒形状有球形、片形、针形、柱形等。流动性流动性 流动性指粉体的流动能力，粉体的流动性主要取决流动性指粉体的流动能力，粉体的流动性主要取决于颗粒之间的摩擦系数。于颗粒之间的摩擦系数。填充特性填充特性 填充特性是粉体成形的基础。由于粉体的形状不填充特性是粉体成形的基础。由于粉体的形状不规则、表面粗糙，使堆积起来的粉体颗粒间存在大量空隙。规则、表面粗糙，使堆积起来的粉体颗粒间存在大量空隙。2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.2.粉体的制备粉体的制备2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备球磨法球磨法v球磨法球磨法制备粉制备粉体的体的生生产量大、产量大、成

4、本较成本较低，低，在在工程中工程中应用较应用较为普遍。为普遍。2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.2.粉体的制备粉体的制备2.2粉体的制备粉体的制备气流研磨法气流研磨法 通过气体传输粉料的一种研磨方法。研磨腔内是粉末与气体的两相混合物。由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研磨粉的化学纯度一般比机械研磨法的要高。2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.2粉体的制备粉体的制备液体金属雾化法液体金属雾化法 许多雾化法部是采用双液流：一为液态金属流，许多雾化法部是采用双液流：一为液态金属流，为为液体或气体流。后者冲击液态金属流，将之破碎成金属液体或气体流。后者冲击液态金属流，将之破

5、碎成金属液滴，随后凝固成粉末颗粒。对于制取铁、钢粉末，一液滴，随后凝固成粉末颗粒。对于制取铁、钢粉末，一般用水或油作为冲击流体；对于某些特殊金属，则采用般用水或油作为冲击流体；对于某些特殊金属，则采用空气、水蒸气或惰件气体作为冲击流体；对于其他金属，空气、水蒸气或惰件气体作为冲击流体；对于其他金属，用惰性气体氮、氩或氮作为雾化介质；在某些场合采用惰性气体氮、氩或氮作为雾化介质；在某些场合采用水蒸气。用水蒸气。2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.2粉体的制备粉体的制备液体金属雾化法液体金属雾化法2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备 雾化法是一种典型的物理雾化法是一种典型的物理

6、制粉方法，是通过高压雾化介制粉方法，是通过高压雾化介质，如气体或水强烈冲击液流，质，如气体或水强烈冲击液流，或通过离心力使之破碎、冷却或通过离心力使之破碎、冷却凝固来实现的。凝固来实现的。雾化雾化聚聚并并凝固凝固（1）分级分级 分级是指将粉体按粒度分成若干等分级是指将粉体按粒度分成若干等级的过程，通过分级可以在配料时控制粉体级的过程，通过分级可以在配料时控制粉体的粒度及粒度分布，以满足成形及烧结工艺的粒度及粒度分布，以满足成形及烧结工艺的要求，通常采用标准筛网进行筛分。的要求，通常采用标准筛网进行筛分。（2）去杂质去杂质 去杂质的目的是降低粉体中的杂去杂质的目的是降低粉体中的杂质含量，常用的有

7、退火处理、酸洗处理等。质含量，常用的有退火处理、酸洗处理等。（3）混合混合 将两种以上不同成分的粉体均匀混将两种以上不同成分的粉体均匀混合的过程称为混合，球磨是常用的混合方法。合的过程称为混合，球磨是常用的混合方法。（4）造粒造粒 造粒是在细的粉体中加入一定的塑造粒是在细的粉体中加入一定的塑化剂制成粒度较粗，具有一定假粒度级配、化剂制成粒度较粗，具有一定假粒度级配、流动性好的粒子。流动性好的粒子。2.3 粉体的预处理粉体的预处理2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备v通过一定的方法，将粉体原料制成具有一通过一定的方法，将粉体原料制成具有一定形状、尺寸、密度和强度坯体的过程称定形状、尺寸、

8、密度和强度坯体的过程称为成形为成形（1）压制成形压制成形 （2）塑性成形塑性成形 （3）浇注成形浇注成形 2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.4 粉体的成形粉体的成形v压制成形压制成形是粉是粉末陶瓷成形的常用末陶瓷成形的常用方法之一。将松散方法之一。将松散的粉状原料放入模的粉状原料放入模具中，并施加一定具中，并施加一定的压力后便获得块的压力后便获得块状坯体。状坯体。2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.4 粉体的成形粉体的成形（1）受到压力后，颗）受到压力后，颗粒之间发生相对移动，粒之间发生相对移动，“拱桥拱桥”被破坏，密被破坏，密度随压力的增加而迅度随压力的增加而迅速增

9、加。速增加。（2）当密度达到一定）当密度达到一定程度后，密度不随压程度后，密度不随压力的增大而明显增加。力的增大而明显增加。 （3）继续增大成形压）继续增大成形压力，使颗粒之间的结力，使颗粒之间的结合进一步增强，坯体合进一步增强，坯体的密度增大。的密度增大。 粉体的压制过程如下：2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备v 塑性成形利用各种外力，对具有可塑性的坯料进行成形塑性成形利用各种外力，对具有可塑性的坯料进行成形加工，迫使坯料在外力作用下产生塑性变形，并保持其加工，迫使坯料在外力作用下产生塑性变形，并保持其形状，从而制成坯体。形状，从而制成坯体。2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及

10、设备塑性成形塑性成形浇注成形浇注成形v浇注成形是陶瓷坯体成形中的一个基本成浇注成形是陶瓷坯体成形中的一个基本成形工艺，粉末冶金中也常用浇注成形。形工艺，粉末冶金中也常用浇注成形。2 粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备烧结的基本原理烧结的基本原理 烧结过程烧结过程v烧结是将成形的坯体在烧结是将成形的坯体在低于低于其主要成分熔点的温其主要成分熔点的温度下加热，粉体相互结合并发生收缩与致密化，度下加热，粉体相互结合并发生收缩与致密化，形成具有一定强度和性能的固体材料的过程。形成具有一定强度和性能的固体材料的过程。2.5烧结烧结2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备烧结过程烧结过程 2.粉

11、体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.5烧结烧结 坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小（即坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小（即大气孔消失），固大气孔消失），固-气总表面积没有变化。气总表面积没有变化。 烧结过程烧结过程 粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.5烧结烧结 传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，但传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，但仍然连通，形如隧道。仍然连通，形如隧道。 烧结过程烧结过程 2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.5烧结烧结 传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔

12、，密度达到度达到95%以上，制品强度提高。以上，制品强度提高。烧结过程烧结过程 2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及设备2.5烧结烧结v按照烧结过程有无明显的液相出现进行分类，可按照烧结过程有无明显的液相出现进行分类，可分为固相烧结和液相烧结两类。分为固相烧结和液相烧结两类。指烧结温度下基本上无液相出现的烧结，指烧结温度下基本上无液相出现的烧结，如高纯氧化物之间的烧结过程。如高纯氧化物之间的烧结过程。 指有液相参与下的烧结，如多组分物系指有液相参与下的烧结，如多组分物系烧结温度下常有液相出现。烧结温度下常有液相出现。v粉末陶瓷制品在烧结中通常产生收缩、变形粉末陶瓷制品在烧结中通常产生收缩、

13、变形以及一些表面缺陷，烧结后的表面粗糙度差，以及一些表面缺陷，烧结后的表面粗糙度差，一般情况下，不能作为最终产品直接使用。一般情况下，不能作为最终产品直接使用。v浸渍浸渍：用油、石蜡、树脂填充烧结制品的空：用油、石蜡、树脂填充烧结制品的空隙。隙。v精整精整：烧结后再模具中再压一次以获得所需：烧结后再模具中再压一次以获得所需的尺寸精度和表面粗糙度。的尺寸精度和表面粗糙度。v精压精压：获得特定的表面形状和适当改善密度：获得特定的表面形状和适当改善密度的工艺。的工艺。v复压复压：提高制品密度、提高强度的工艺。：提高制品密度、提高强度的工艺。2.6后处理后处理 2.粉体的成形方法及设备粉体的成形方法及

14、设备3.粉末冶金及陶瓷成形新技术粉末冶金及陶瓷成形新技术3.1. 快速成型技术3.2. 等静压成型v 选择性激光烧结选择性激光烧结：将陶瓷粉末在激光照射下直接烧结，实现将陶瓷粉末在激光照射下直接烧结，实现成形与烧结一体化，适合于粉体的快速成形。成形与烧结一体化，适合于粉体的快速成形。 1. 选择性激光烧结一、快速成型技术一、快速成型技术2. 三维打印法三维打印法v三维打印法三维打印法（three dimensional printing， 3DP）采用喷墨打印）采用喷墨打印原理，将熔融的材料有序喷出，原理，将熔融的材料有序喷出，一个层面又一个层面地堆积而最一个层面又一个层面地堆积而最终形成三维实体。终形成三维实体。二、等静压成形二、等静压成形v 冷等静压冷等静压成形是在模压基础上发展起来的，它是利用液体（如成形是在模压基础上发展起来的，它是利用液体（如油、水或甘油）作为传递介质获得均匀静压力施加到材料上的油、水或甘油）作为传