第3次课特种陶瓷成型方式

1、第3次课特种陶瓷成型方式绪论绪论第一章第一章 特种陶瓷生产工艺原理特种陶瓷生产工艺原理第二章第二章 结构陶瓷结构陶瓷第三章第三章 功能陶瓷功能陶瓷第四章第四章 特种玻璃特种玻璃第五章第五章 人工晶体人工晶体第六章第六章 无机纤维无机纤维第七章第七章 薄膜材料薄膜材料第八章第八章 生物陶瓷生物陶瓷第九章第九章 新能源材料新能源材料第十章第十章 环境材料环境材料第一章第一章 特种陶瓷工艺原理特种陶瓷工艺原理1.1 1.1 特种陶瓷粉体的物理性能特种陶瓷粉体的物理性能1.2 1.2 特种陶瓷粉体的制备方法特种陶瓷粉体的制备方法1.3 1.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.4 1.4 特种陶

2、瓷的烧结特种陶瓷的烧结1.2 1.2 特种陶瓷粉体的制备方法特种陶瓷粉体的制备方法 粉体的制备方法一般分为有两大类：粉体的制备方法一般分为有两大类：机械法：机械法：合成法合成法：捣磨法，切磨法，涡旋磨法，捣磨法，切磨法，涡旋磨法，球磨法，气体喷射粉碎法，球磨法，气体喷射粉碎法，高能球磨法高能球磨法固相法固相法 液相法液相法 气相法气相法制制备备方方法法物物理理方方法法化化学学方方法法粉粉碎碎法法构构筑筑法法干式粉碎干式粉碎湿式粉碎湿式粉碎气体蒸发法气体蒸发法真空沉积法真空沉积法溅射法溅射法活化氢熔融金属反应法活化氢熔融金属反应法加热蒸发法加热蒸发法混合等离子体法混合等离子体法喷喷雾雾法法水解法

3、水解法沉沉淀淀法法氧化还原法氧化还原法喷雾水解法喷雾水解法喷雾焙烧法喷雾焙烧法喷雾干燥法喷雾干燥法共沉淀法共沉淀法化合物沉淀法化合物沉淀法冻结干燥法冻结干燥法激光合成法激光合成法火花放电法火花放电法1.2 1.2 特种陶瓷粉体的制备方法特种陶瓷粉体的制备方法化合反应化合反应分解反应分解反应氧化还原反应氧化还原反应固固溶反应溶反应出溶反应出溶反应相变相变固固相相法法液液相相法法1、沉淀法、沉淀法 直接沉淀法直接沉淀法；均匀沉淀法；均匀沉淀法；共沉淀法；共沉淀法； 醇盐水解法醇盐水解法； 特殊沉淀法特殊沉淀法：a.溶胶溶胶-凝胶凝胶(Sol-gel)法；法；b.凝胶凝胶-沉淀法沉淀法2、溶剂蒸发法

4、、溶剂蒸发法 冷冻干燥法冷冻干燥法; 喷雾干燥法喷雾干燥法; 喷雾热分解法喷雾热分解法1、蒸发蒸发-凝聚法凝聚法(PVD)；2 、气相化学反应法气相化学反应法(CVD)气气相相法法1.2.2 合成法合成法 2.液相法制备粉末液相法制备粉末 1）沉淀法）沉淀法 溶胶溶胶-凝胶法：凝胶法：1.2 1.2 特种陶瓷粉体的制备方法特种陶瓷粉体的制备方法纳米氧化铝溶胶纳米氧化铝溶胶b.b.喷雾干燥法喷雾干燥法喷雾干燥装置的模型图喷雾干燥装置的模型图1.2 1.2 特种陶瓷粉体的制备方法特种陶瓷粉体的制备方法1.2.2 1.2.2 合成法合成法 3.3.气相法气相法(gas phase method)(g

5、as phase method)制备粉末制备粉末 从气相析出的固相形态有以下几种：a.在固体表面上生长薄膜、晶须和晶粒，b.在气体中生长的微粒。1.2 1.2 特种陶瓷粉体的制备方法特种陶瓷粉体的制备方法对于单相：对于单相： 粒度，粒径分布，纯度粒度，粒径分布，纯度对于多相：对于多相： 分布分布均匀性均匀性 此外，成本、生产效率、后期采用的成型方法。此外，成本、生产效率、后期采用的成型方法。粉体制备方法的选取：粉体制备方法的选取：第一章第一章 特种陶瓷工艺原理特种陶瓷工艺原理1.1 1.1 特种陶瓷粉体的物理性能特种陶瓷粉体的物理性能1.2 1.2 特种陶瓷粉体的制备方法特种陶瓷粉体的制备方法

6、1.3 1.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.4 1.4 特种陶瓷的烧结特种陶瓷的烧结1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 花瓶花瓶-注浆成型注浆成型1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 特种陶瓷的成形也沿用传统陶瓷成型的特种陶瓷的成形也沿用传统陶瓷成型的浇注法、可塑性法浇注法、可塑性法及及压制成形法压制成形法；但所采用的设备与具体技术有明显差异；但所采用的设备与具体技术有明显差异。 陶瓷成型方法的选择，应当根据制品的性能要求、形状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。、尺寸、产量和经济效益等综合确定。 1.31

7、.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 注浆成形主要采用热压铸法，此外，还常采用一些特殊的注浆成形主要采用热压铸法，此外，还常采用一些特殊的制备方法，如流延法等；制备方法，如流延法等；塑性成形法则常采用挤压、注射、轧制塑性成形法则常采用挤压、注射、轧制( (如轧膜如轧膜) )等方法；等方法；干压成形，干压成形，最常用的压制成形方法最常用的压制成形方法，包括，包括: :单向模压、冷等静单向模压、冷等静压及热等静压等。压及热等静压等。1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 坯料含水量坯料含水量3040%成型成型方法方法冷法冷法石膏模石膏模普通注浆普通注浆强化注浆强化注浆有模有模无模

8、无模等静压成型法：使用橡皮膜，坯料含水量等静压成型法：使用橡皮膜，坯料含水量1.53%干压成型法：使用钢模干压成型法：使用钢模 ，坯料含水量，坯料含水量68% 可塑成型法可塑成型法坯料含水量坯料含水量1826%注浆成型注浆成型法法热法（热压铸法）：钢模热法（热压铸法）：钢模1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 特种陶瓷在成形前，为了满足其成形要求，需对粉体进特种陶瓷在成形前，为了满足其成形要求，需对粉体进行一系列操作，具体工艺如下行一系列操作，具体工艺如下: :配料计算配料计算 配料制备配料制备 混合混合 塑化塑化 造粒造粒成型前的原料处理成型前的原料处理1.31.3 特种陶瓷的

9、成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.1 1.3.1 配料计算配料计算 1）；(P39）Ca(Ti0.54Zr0.46)O3 方法：通过化学分子式计算出各原料的质量百分组成方法：通过化学分子式计算出各原料的质量百分组成 2）P41)Al2O3, MgO, CaO, SiO2 93% 1.3% 1% 4.7%1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.2 1.3.2 成型前的原料处理过程成型前的原料处理过程 目的：目的：调整和改善其物理、化学性质，使之适应后续调整和改善其物理、化学性质，使之适应后续工序和产品性能的需要工序和产品性能的需要。包括：。包括： 原料煅烧原料煅烧 原料混合

10、原料混合 塑化塑化 造粒造粒1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.2 1.3.2 成型前的原料处理过程成型前的原料处理过程 原料煅烧原料煅烧作用：作用： a、去除原料中易挥发的杂质去除原料中易挥发的杂质化学结合和物理吸附化学结合和物理吸附的水分、气体、有机物等，从而提高原料的纯度；的水分、气体、有机物等，从而提高原料的纯度； b、使原料颗粒致密化及结晶长大使原料颗粒致密化及结晶长大，这样可以减小在以后，这样可以减小在以后烧结中的收缩，提高产品的合格率；烧结中的收缩，提高产品的合格率； c、完成同质异晶的晶型转变完成同质异晶的晶型转变，形成稳定的结晶相，如，形成稳定的结晶相

11、，如-Al2O3煅烧成煅烧成-Al2O3。 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 配料计算配料计算 配料制备配料制备 混合混合 塑化塑化 造粒造粒1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.2 1.3.2 成型前的原料处理过程成型前的原料处理过程 原料混合原料混合 混合可以在球磨机、混合可以在球磨机、V V型混料机、锥形混料机、螺旋混料型混料机、锥形混料机、螺旋混料机以及其他形式的混料机中进行。其中，球磨机除混合外还机以及其他形式的混料机中进行。其中，球磨机除混合外还可以附加以磨细功能甚至使被混物料之间产生可以附加以磨细功能甚至使被混物料之间产生“合金化合金化”。

12、1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.2 1.3.2 成型前的原料处理过程成型前的原料处理过程n 混料的两种基本形式混料的两种基本形式： 1）干混）干混 2）湿混）湿混n混料时应注意的问题混料时应注意的问题： 1）加料的次序）加料的次序 （用量多的两头加，用量少的中间加）（用量多的两头加，用量少的中间加） 2）加料的方法）加料的方法 3）湿法混合时的分层）湿法混合时的分层 （烘干后，再混合，然后过筛）（烘干后，再混合，然后过筛） 4）设备专用）设备专用 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 配料计算配料计算

13、 配料制备配料制备 混合混合 塑化塑化 造粒造粒1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.2 1.3.2 成型前的原料处理过程成型前的原料处理过程 塑化塑化 利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过程。利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过程。指使坯料具有可塑性能力的物质。指使坯料具有可塑性能力的物质。：粘土等（用于传统陶瓷）：粘土等（用于传统陶瓷）：粘结剂（如聚乙烯醇）粘结剂（如聚乙烯醇）增塑剂（如甘油）增塑剂（如甘油）溶溶 剂（如水、无水乙醇剂（如水、无水乙醇） 有机塑化剂有机塑化剂1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.2 1.3.2 成型前的原

14、料处理过程成型前的原料处理过程n 塑化剂选用和加入的原则塑化剂选用和加入的原则 1）在保证坯料一定可塑性的条件下，尽可能减少塑化剂的）在保证坯料一定可塑性的条件下，尽可能减少塑化剂的用量。用量。 2）选用塑化剂时，需考虑塑化剂在烧结时排除的难易和排）选用塑化剂时，需考虑塑化剂在烧结时排除的难易和排除温度等因素。除温度等因素。 3）成型方法、坯料性质、制品的性能要求，以及塑化剂的）成型方法、坯料性质、制品的性能要求，以及塑化剂的性能、价格及其对制品性能的影响；性能、价格及其对制品性能的影响； 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 配料计算配料计算 配料制备配料制备 混合混合 塑化塑

15、化 造粒造粒1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.2 1.3.2 成型前的原料处理过程成型前的原料处理过程 造粒造粒造粒：在很细的粉料中加入一定塑化剂，制成粒度较造粒：在很细的粉料中加入一定塑化剂，制成粒度较粗，具有一定假颗粒度级配、流动性好的混合料。粗，具有一定假颗粒度级配、流动性好的混合料。一般造粒法一般造粒法加压造粒法加压造粒法喷雾造粒法喷雾造粒法冻结造粒法冻结造粒法1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.3 1.3.3 注浆成型注浆成型 注浆成型注浆成型(Slip casting)(Slip casting)适用于适用于制造大型的、形状复杂的制

16、造大型的、形状复杂的、薄壁的产品、薄壁的产品。 一种是石膏模注浆成型，另一种是热压铸成型。一种是石膏模注浆成型，另一种是热压铸成型。冷法冷法坯料含水量坯料含水量3040%石膏模石膏模普通注浆普通注浆 强化注浆强化注浆注浆成型法注浆成型法热法（热压铸法）：钢模热法（热压铸法）：钢模1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.3 1.3.3 注浆成型注浆成型一、石膏模注浆成型一、石膏模注浆成型流动性好、稳定性好、流动性好、稳定性好、触变性小、含水量少、触变性小、含水量少、细度合适、渗透性好、细度合适、渗透性好、脱模性好、气泡少脱模性好、气泡少 1）普通注浆成型：空心注浆成型和实心注浆

17、成型）普通注浆成型：空心注浆成型和实心注浆成型 2）强化注浆成型：压力注浆、真空注浆、离心注浆等强化注浆成型：压力注浆、真空注浆、离心注浆等浆料性能浆料性能1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.3 1.3.3 注浆成型注浆成型一、石膏模注浆成型一、石膏模注浆成型 1）普通注浆成型：空心注浆成型和实心注浆成型）普通注浆成型：空心注浆成型和实心注浆成型空心注浆空心注浆( (单面注浆单面注浆) ) 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.3 1.3.3 注浆成型注浆成型一、石膏模注浆成型一、石膏模注浆成型 1）普通注浆成型：空心注浆成型和实心注浆成型）普通注浆成

18、型：空心注浆成型和实心注浆成型实心注浆实心注浆( (双面注浆双面注浆) ) 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.3 1.3.3 注浆成型注浆成型一、石膏模注浆成型一、石膏模注浆成型2、石膏模注浆成型方法、石膏模注浆成型方法 2）强化注浆成型：离心注浆、压力注浆、真空注浆等强化注浆成型：离心注浆、压力注浆、真空注浆等离心注浆离心注浆 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.3 1.3.3 注浆成型注浆成型二、热压铸成型二、热压铸成型 这种成型方法这种成型方法借鉴了金属压铸成型的工艺思路借鉴了金属压铸成型的工艺思路，利用石蜡的，利用石蜡的高温流变特性，对陶

19、瓷石蜡流体进行压力下的铸造成形。高温流变特性，对陶瓷石蜡流体进行压力下的铸造成形。 成型工艺成型工艺 蜡浆制备蜡浆制备高温排蜡高温排蜡热压铸机成型热压铸机成型1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.3 1.3.3 注浆成型注浆成型二、热压铸成型二、热压铸成型 1）石蜡料浆的制备）石蜡料浆的制备（7080）蜡浆蜡浆粉料粉料表面活性物质表面活性物质石蜡石蜡加热加热真空脱气真空脱气具有良好的稳定性、具有良好的稳定性、可铸性；适合的收缩可铸性；适合的收缩率率1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.3 1.3.3

20、 注浆成型注浆成型二、热压铸成型二、热压铸成型 2）热压铸的工作原理）热压铸的工作原理铸浆压力：铸浆压力：0.30.5MPa蜡浆温度：蜡浆温度：6575模具温度：模具温度：1530 在压缩空气作用下充型，在压缩空气作用下充型， 保压冷却，脱模。保压冷却，脱模。1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.3 1.3.3 注浆成型注浆成型二、热压铸成型二、热压铸成型 3）高温排蜡）高温排蜡n 吸附剂：煅烧吸附剂：煅烧Al2O3、煅烧、煅烧MgO、SiO2等等n将坯体埋入疏松、惰性的保护粉料之中，升高温度，使石蜡挥发、将坯体埋入疏松、惰性的保护粉料之中，升高温度，使石蜡挥发、燃烧完全

21、，坯体发生部分烧结而具有一定强度的过程。燃烧完全，坯体发生部分烧结而具有一定强度的过程。n 一般排蜡温度为一般排蜡温度为9001100左右，在左右，在60100有一定的恒温时间有一定的恒温时间。1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法 1.3.3 1.3.3 注浆成型注浆成型二、热压铸成型二、热压铸成型4）热压铸成型优缺点）热压铸成型优缺点 热压铸成型工艺适合形状复杂，精度要求高的中小型热压铸成型工艺适合形状复杂，精度要求高的中小型产品的生产。产品的生产。 优点：设备简单，操作方便，劳动强度不大，生产优点：设备简单，操作方便，劳动强度不大，生产效率高，模具磨损小，寿命长。效率高，模具

22、磨损小，寿命长。 缺点：其工序比较复杂，耗能大，工期长。缺点：其工序比较复杂，耗能大，工期长。1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.4 1.3.4 可塑法成型可塑法成型 可塑性成型可塑性成型(plastic molding)是利用泥料具有可塑性的特点是利用泥料具有可塑性的特点，经一定工艺处理浆料制成一定形状的制品。，经一定工艺处理浆料制成一定形状的制品。 在传统陶瓷生产中，较为普遍采用在传统陶瓷生产中，较为普遍采用成型具有回转中心的圆成型具有回转中心的圆形产品形产品。在特种陶瓷生产中也经常使用。在特种陶瓷生产中也经常使用。 有模有模无模无模可塑成型法可塑成型法坯料含水量坯料

23、含水量1826%1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.4 1.3.4 可塑性成型可塑性成型一、挤压成型一、挤压成型 污染小，操作易于自动化，可污染小，操作易于自动化，可连续生产，效率高；连续生产，效率高； 坯体收缩大，机嘴加工精度高。坯体收缩大，机嘴加工精度高。棒和管材的挤压成型棒和管材的挤压成型。1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.4 1.3.4 可塑性成型可塑性成型二、轧膜成型二、轧膜成型轧膜成型原理图轧膜成型原理图 将坯料拌以一定量的将坯料拌以一定量的有机粘结剂和溶剂，有机粘结剂和溶剂，通过通过粗轧和精轧成膜片后，经冲粗轧和精轧成膜片后，经冲切工

24、序制成所需的坯件。切工序制成所需的坯件。1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.4 1.3.4 可塑性成型可塑性成型二、轧膜成型二、轧膜成型陶瓷粉料陶瓷粉料精轧精轧增塑剂增塑剂水水混合，搅拌混合，搅拌粗轧粗轧冲片冲片 适合生产适合生产1mm以下的薄片制品；工艺简单、生产效以下的薄片制品；工艺简单、生产效率高、膜片厚度均匀；率高、膜片厚度均匀； 制品横向收缩大，易出现变形和开裂制品横向收缩大，易出现变形和开裂 。1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.5 1.3.5 模压成型模压成型 模压成型模压成型(stamping process)也叫干压成型。也叫干压成

25、型。 即将粉料加少量结合剂，先经造粒，然后将造粒后的粉即将粉料加少量结合剂，先经造粒，然后将造粒后的粉料置于钢模中，在压力机上加压形成一定形状的坯体。适料置于钢模中，在压力机上加压形成一定形状的坯体。适合合压制高度为压制高度为0.3-60mm，直径，直径5-500mm形状简单的制品形状简单的制品。干压成型法：使用钢模干压成型法：使用钢模 ，坯料含水量，坯料含水量68%等静压成型法：使用橡皮膜，坯料含水量等静压成型法：使用橡皮膜，坯料含水量1.53% 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.5 1.3.5 模压成型模压成型 一、工艺原理为：一、工艺原理为： 在外力作用下，在外力

26、作用下，颗粒在模具内相互靠近，并借内摩擦力牢颗粒在模具内相互靠近，并借内摩擦力牢固地把各颗粒联系起来，保持一定形状固地把各颗粒联系起来，保持一定形状。1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.5 1.3.5 模压成型模压成型 一、工艺原理为：一、工艺原理为： 随着压力增大，坯料将改变外随着压力增大，坯料将改变外形，相互滑动，间隙被填充减少，形，相互滑动，间隙被填充减少，逐步加大接触，相互贴紧。逐步加大接触，相互贴紧。由于颗由于颗粒之间进一步靠近，使胶体分子与颗粒粒之间进一步靠近，使胶体分子与颗粒之间的作用力加强，因而坯体具有一定之间的作用力加强，因而坯体具有一定的机械强度的机械

27、强度。 如果坯料如果坯料颗粒级配合适颗粒级配合适，结合剂使用正确结合剂使用正确，加压方式合理加压方式合理，干压法可以得到，干压法可以得到比较理想的坯体密度。比较理想的坯体密度。1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.5 1.3.5 模压成型模压成型 一、工艺原理为：一、工艺原理为： 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.5 1.3.5 模压成型模压成型二、坯料性能要求二、坯料性能要求n 颗粒大小及分布颗粒大小及分布n 流动性流动性n 容重容重n 压缩比压缩比n 结合性结合性1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.5 1.3.5 模压成型模

28、压成型三、加压方式和压力分布三、加压方式和压力分布加压方式和压力分布关系图加压方式和压力分布关系图(横条线为等密度线横条线为等密度线)a单面加压；单面加压；b双面同时加压；双面同时加压；c双面先后加压；双面先后加压；d四面加压四面加压 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.6 1.3.6 等静压成型等静压成型 利用液体介质的利用液体介质的不可压缩性和均匀传递压力性不可压缩性和均匀传递压力性，从各个方向，从各个方向进行加压，获得制品的成型方法。进行加压，获得制品的成型方法。等静压成形等静压成形热等静压成型（热等静压成型（HIP）冷等静压成型冷等静压成型（CIP） 湿式冷等静压

29、湿式冷等静压 干式冷等静压干式冷等静压 1.31.3 特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的成型方法1.3.6 1.3.6 等静压成型等静压成型 1 1）湿式等静压）湿式等静压 将预压好的坯料包封在弹性的将预压好的坯料包封在弹性的橡胶或塑料模具内，然后置于高压橡胶或塑料模具内，然后置于高压容器施以高压液体容器施以高压液体( (压力通常在压力通常在100MPa100MPa以上以上) )，成型坯体。，成型坯体。 特点：模具处于高压液体中，各特点：模具处于高压液体中，各方受压，所以叫做湿式等静压。其主方受压，所以叫做湿式等静压。其主要适用于成型多品种、形状复杂、产要适用于成型多品种、形状复杂、产量小和大型的制品量小和大型的制品。1.31.3 特种陶瓷的成型方