《材料制备原理及工艺》课件：成型过程

1、成型过程 将陶瓷粉体制备成一定形状的素坯 密度高、均匀性好的成形体是获得高性能、致密的陶瓷烧结体的关键 从烧结的角度，粉体要细，但是超细粉给粉体处理、成型带来很多困难 陶瓷材料难以后加工，希望近净尺寸成型成型方法 干压、等静压 注浆成型 热压注 可塑成型 胶体成型粉体的加工 合成的陶瓷粉体为了适合于后续的成型以及烧结还需要相应的处理。对于不同的成型方法，粉体的处理过程也不同。 粉碎、混料。去团聚，减小粒径。 造粒。形成软团聚，提高粉体的流动性； 干燥。对于湿化学法合成的粉体； 可塑化； 浆料制备。粉碎、混料 球磨 行星磨 搅拌磨 气流粉碎球磨 在圆筒形球磨机内，加入陶瓷粉料、球磨介质（球或圆柱

2、）和水。球磨机转动时，球与粉料撞击、研磨，达到粉碎与混料的作用行星磨 粉体、研磨介质、水放在球磨罐中，球磨罐像行星一样同时进行自转与公转运动，研磨与混料效率高搅拌磨 粉体、小球、水在磨中受到机械搅拌，主要是研磨作用，适用于超细粉气流粉碎 利用在高速气流中运动时粉体颗粒自身的相互碰撞进行粉碎，适用于超细粉碎。 污染少干压成型 模压成型：将粉体放入金属模具内，上下方向加压，使粉体堆积密度提高而成型。 超细粉流动性能差，成型性能差 造粒：喷雾干燥造粒喷雾干燥将陶瓷浆料雾化至高温热风干燥室内，浆料雾滴下落过程中干燥结束，形成几十微米的球形二次颗粒。喷雾干燥粉体流动性好；通过添加粘结剂，可调节粉体的强度

3、适当造粒用添加剂为了调控粉体颗粒的特性，根据粉体体系与材料特性要求，可以添加一些有机、无机添加剂 粘结剂：提高颗粒强度及成形体的强度。如PVA、PEG2000 增塑剂：提高可塑性，并改善粘结剂对水分的敏感性。PEG400 分散剂：提高浆料固体含量，降低浆料粘度。聚丙烯酸铵 润滑剂：提高粉体流动性，提高脱模性。硬脂酸、滑石 消泡剂：消除浆料中的气泡22) 1() 1(nnR1 n1 n粘结剂在颗粒表面的偏析单个颗粒的压缩应力应变曲线模压成型 单向加压 双向加压模压成型的均匀性问题 由于粉体传递压力的特性以及模具壁摩擦的影响，模具中存在应力分布； 应力均匀性与粉体特性、模具摩擦、试样厚径比有关。

4、双向加压有利于均匀性模压成型过程 模压致密化过程3阶段：1. 二次颗粒重排2. 二次颗粒变形、破碎3. 一次颗粒弹性变形二次颗粒的强度要适中，强度过低不利于颗粒重排、压力传递及气体的排除；过硬没有完全破碎，颗粒间空隙过大，密度低。成形体断面显微形貌 原来球形粉体在压力作用下变形，具有较高的堆积密度。有些已形成一次颗粒的密堆状态，但是，大多数二次颗粒没有完全破坏，二次颗粒间的缝隙明显。40 m模压成型的应用 墙地砖板状材料以及简单异形件等静压成型(Cold Isostatic Pressing CIP) 利用静水压各向同性的特点以及没有压头与模壁的摩擦，显著提高成形体的均匀性。等静压成型应用 N

5、et-shape CIP 可塑成型(Plastic Forming) 瘠性原料的可塑化 炼泥 旋坯法 挤出成型可塑化 水基和非水基 粘结剂：低粘度：阿拉伯胶、木质液、PVA 中粘度：淀粉、甲基纤维素、乙基纤维素 高粘度：褐藻酸胺、聚丙烯胺 润滑剂：硬脂酸、聚乙二醇、油酸 水12-16%、粘结剂7-10%、润滑剂3-5%、表面活性剂0.5-1%真空练泥 混料、真空练泥 陈腐 挤出成型 对泥料的要求： 塑性与湿坯强度 表面光滑，不沾模具 固液不分离 添加剂灰分少旋坯成型 轴对称产品挤出成型（extrusion）注浆成型（Slip-Casting) 将陶瓷粉体制备成具有高固体含量、高流动性的浆料，浇

6、注到多孔模具中，利用毛细现象将浆料中的水分吸去，浆料失去流动性而成形。 可用于复杂形状薄壁或实心的陶瓷。影响注浆成型的主要因素 浆料稳定性、粘度、触变性 吃浆速度 收缩性与脱模性 湿坯强度流变特性 流变特性：物质在剪切外力作用下流动与变形的特性。 剪切速率与剪切应力及粘度的关系 剪切速率=流速差/所取两液面的高度差（s-1） 牛顿流体 = / 陶瓷浆料的流变特性 陶瓷浆料的流变特性与固体颗粒含量、分散介质粘度和颗粒间的相互作用有关 触变性：受到剪切粘度降低并能自行恢复的特性 颗粒间适当的引力易形成具有触变性的浆料 高固含量的浆料具有胀流特性1：牛顿流体；2：胀流体（shear thickeni

7、ng）；3：假塑性流体；4：宾汉流体；5：塑性流体其他注浆成型方法 压力注浆 真空注浆 离心注浆流延成型方法(Tape-Casting) 又称刮刀成型（Doctor-blading） 将合适粘度的陶瓷注浆流到移动的传送带上，用可调高度的刮刀将浆料铺展并具有一定的厚度，在表面张力的作用下，形成表面光滑的坯料，随即干燥、卷轴、冲片、打孔，获得薄片陶瓷坯体。 可制备um-mm厚的陶瓷片 根据分散介质分为水基和非水基（有机溶剂）流延 有机介质常用乙醇、甲基乙基酮、三氯乙烯。常用多元体系，也可加入适当水。 还要加入粘结剂、增塑剂、分散剂、润湿剂等添加剂 有机介质干燥快、坯体柔韧性好、强度高；成本高、环境

8、、安全问题热压注成型 将陶瓷粉体与石蜡及表面活性剂在将陶瓷粉体与石蜡及表面活性剂在65-7565-75条条件下混合、脱气，制成蜡浆，在压缩空气的驱件下混合、脱气，制成蜡浆，在压缩空气的驱动下注入低温的金属模具中而固化成型。再经动下注入低温的金属模具中而固化成型。再经排蜡、烧成制备复杂形状的陶瓷部件。排蜡、烧成制备复杂形状的陶瓷部件。 排蜡过程：将成型体放在陶瓷粉体（埋粉）中排蜡过程：将成型体放在陶瓷粉体（埋粉）中，加热，排去石蜡与添加剂。，加热，排去石蜡与添加剂。100 100 石蜡融化石蜡融化，-160-160液态石蜡向埋粉渗透迁移。液态石蜡向埋粉渗透迁移。300-300-350350石蜡迅

9、速蒸发，该阶段升温要慢。石蜡迅速蒸发，该阶段升温要慢。- -600600石蜡及添加剂分解排除完毕石蜡及添加剂分解排除完毕注射成型（injection molding） 借鉴塑料成型方法，将陶瓷粉体与热塑性（乙烯-醋酸乙烯脂共聚物EVA等）或热固性树脂混合制成浆料，在高压注射机上将浆料注入至金属模具中固化成型。 脱脂：热脱脂、溶剂萃取、催化脱脂、超临界脱脂、微波脱脂等成形体的微结构均匀性胶体成形 将粉体制备成高固体含量、高流动性的陶瓷浆料 注入模具，改变条件，因某种原因浆料失去流动性而固化成型 与传统成型方法的主要区别是没有外力，因此，均匀性高新型胶体成型方法 注凝成型（凝胶注模成型 gel casting） 加入有机单体丙烯酰胺和交联剂亚甲基丙烯酰胺制备分散良好的陶瓷浆料，然后加入过硫酸铵（引发剂）和四甲基乙二胺（催化剂），将混合均匀的浆料注入模具中，之后有机单体聚合、交联导致凝胶化，浆料失去流动性固化 多糖类高分子凝胶。高温水溶性，低温凝胶或固化剂凝胶：琼脂糖、明胶、海藻酸钠、壳聚糖等。直接凝固注模成型 采用生物酶技术使注入模型的陶瓷浆料的pH值发生变化，导致