无机非金属材料工学成型

无机非金属材料工学成型第一页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三几种体系：

1.无机胶凝材料浆体（如水泥、石灰、石膏等）：水化产物使浆体固化。2.陶瓷泥料的可塑成型：可塑性、定形、干燥后强度提高。3.陶瓷泥浆：水分脱除，由粘塑性体变成高屈服值的可塑体、干燥后进一步定型。4.压制：物料之间产生范德华力和氢键、成型和定形同时完成。5.融熔体（如玻璃、铸石等）：粘度随温度降低而增长、达到完全“冻凝”。第二页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第二节成型过程中的流变特性

流变学：研究实际材料（不同于刚体、虎克体、牛顿体等理想材料）在外力作用下所发生的应力与应变，特别是与时间因素有关的流动。成型：是利用各种外力使浆体、泥团或熔体产生流动、变形达到所需的形状。成型过程中所关心的问题：物料流动的快慢、变形的难易，作用力的大小和变形量之间的关系、每个制品达到所需形状的时间等。第三页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三一、三种基本变形及流变模型

变形：按性质的不同可分为弹性变形、粘性流动和塑性流动。（一）弹性变形

定义：如果应力和应变间存在着一一对应关系，且它们互为单值函数，当应力消除以后，变形亦随之消失。

弹性体：如果弹性体的应力和应变间成正比关系，则这种物体就称为线弹性体，也称胡克体。其变形为弹性变形。第四页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（二）粘性流动

粘性流动：液体在剪切应力的作用下，剪切应变将随时间而不断增加。

牛顿液体：剪切应力与剪切应变的速率成正比，则这种理想体为牛顿液体。其流变方程为：τ剪切应力η粘度系数剪切应变速率第五页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（三）塑性流动当剪切应力σ小于某一极限值f（屈服应力）时不发生剪切应变ε，当剪切应力达到该极限值时，就立即发生极大的剪切应变，这种形变称为塑性流动，这种材料也称（刚）塑性体。当σ＜f时ε＝0；当σ＝f时ε可为任意值，直到∞。

塑性变形：材料所产生的变形，在外力除去以后将仍然保留。包括：塑性流动和粘性流动所产生的变形。成型主要利用材料的塑性变形和粘性流动。第六页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

二、胀流性液体与假塑性液体当n=l时，为牛顿体；n＜l时，称为假塑性液体；n＞l时，称为胀流性液体。实际液体很少完全符合牛顿液体的情况，它们的剪切应力与剪切应变速率之间的关系可写成以下通式：第七页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三牛顿液体的粘度η等于剪应力τ与剪切应变速率的比值，如果对非牛顿液体也同样处理，则：

ηa

为表观粘度当n=l时，为牛顿体，不随剪切应变速率变化而变化n＜l时，称为假塑性液体，随剪切应变速率的增大而降低n＞l时，称为胀流性液体，随剪切应变速率的增大而增加氧化铝、石英等的悬浮液具有胀流性；一般陶瓷泥浆为假塑性。第八页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三三、流变模型与本构方程又称流变状态方程，是联系应力、应变、应力速率和应变速率的方程的总称。同时具有两种或三种变形，流变模型可以通过各种基本元件串联及并联方式组成。油漆、水泥浆等：粘性液体，不致流下，具有固体的性质。称宾汉体模型。宾汉模型当剪切力τ<f时，塑性元件不发生变形，与之并联的粘性元件也只能保持不变。这时，弹性元件的变形，就是整个系统的变形，因此：第九页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三当τ>f时，（τ-f）这个力就会使粘壶发生变形。设弹性元件的剪应变为γ1，粘性元件的剪应变为γ2，系统的总应变为γ，则：由上述三式消去γ1，γ2，可得宾汉体在τ≥f时的流变方程：

当τ＝常量时，上式可改写为：宾汉模型第十页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三以上的流变方程也称本构方程，它说明材料中任一点的应力状态和应变状态之间有着密切的关系，可以用以下的通式来表示：这种函数关系当然和材料的性质有关，是由材料的本质与构造决定的，所以称为本构方程。第十一页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

几种典型的流变模型：

1、麦克斯韦模型：粘性流动为主，本质上是液体。2、开尔文体：以弹性变形为主，本质上是固体。3、三元件模型：（l）代表一种粘弹性固体，（2）代表一种粘弹性液体。4、伯格斯体：麦克斯韦体和开尔文体的串联，还是具有液体性质。第十二页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三流变学在塑料的成型中己得到普遍应用。玻璃熔体成型：粘性流体→麦克斯韦体→伯格斯体→三元件模型（2）→三元件模型（1）（a）麦克斯韦模型；（b）开尔文模型；（c）三元件模型（1）；（d）三元件模型（2）；（e）伯格斯体测试建立流变模型导出流变方程解决实际问题第十三页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三四、流动曲线、应力曲线和应变曲线（一）流动曲线图1-4-4不同类型的流动曲线由流动曲线可知在某应力下某种材料流动速度的快慢，粘度、表观粘度的大小。第十四页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（二）应力曲线和应变曲线应力曲线：应力随时间变化的曲线；应变曲线：应变随时间变化的曲线。麦克斯韦体的应力与应变曲线成型时，已知加力情况时，可知经多少时间才能达到所要求的变形量。第十五页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

五、徐变曲线和松弛曲线（一）徐变曲线应力不变时，应变随时间的变化曲线，即σ＝常量时的ε-t曲线。麦克斯韦体和宾汉体在一定的应力下，会不断变形，本质上是液体；开尔文体的变形在缓慢增大，并以弹性变形为极限，本质上是固体；所不同的是这种固体有推迟弹性效应。徐变曲线（a）麦克斯韦体；（b）开尔文体；（c）宾汉体第十六页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

陶瓷泥料经可塑成型后还是属于类宾汉体，在干燥过程中，一些大型坯体在自重的作用下还会继续发生变形，以致竖向尺寸减少量大于横向，为克服这个问题，制品的竖向放尺一般要大于横向。第十七页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（二）松弛曲线

一定变形下，应力随时间变化的曲线，即ε＝常量时的σ-t曲线。

麦克斯韦体和伯克斯体能产生应力松弛，但开尔文体和三元件模型（1）体的应力保持某一常量，所以开尔文体和三元件模型（l）体是一种非松弛体。松弛曲线（a）麦克斯韦体；（b）开尔文体；（c）伯格斯体；（d）三元件模型（1）第十八页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三玻璃在成型中，由粘性体向固体转化时，因内外温差大，制品的内外层到达固体的时间不一样，当较高温度的内层收缩固化时，对早己固化的外层产生压应力，而自身受到拉应力。当各层温度都达到室温时（属三元件模型体（1）），内外层存在较大的内应力，它永久存在于玻璃中不会松弛，这种应力称永久应力。只有当重新加热到应力能松弛的状态（伯克斯体），这种应力才能消失，这就是退火的基本原理。第十九页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三六、触变性与反触变性定义：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加静置后能恢复原来状态。反之，相同泥浆放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象，上述现象可重复无数次，统称为触变性。

触变性是指在剪切应力保持一定时，表观粘度将随着剪切应力作用时间的持续而减小，剪切应变速率将不断增加的性质。或者，当剪切应变速率保持不变时，剪切应力将逐渐下降。具有这种性质的材料称为正触变材料。反触变性：表观粘度随着应力作用的时间而增加。第二十页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三触变环曲线a－正触变环；b－负触变环成型泥料要有一定的触变性，但不要太大。触变性的大小可用触变环的大小和方向来表示：逆时针走向的是正触变，顺时针走向的代表反触变。第二十一页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第三节浆料的成型一、成型的工艺原理

多属于粘塑性体，其中液相是连续的（如水泥砂浆、混凝土浆、陶瓷泥浆、耐火材料浇注料等）。

成型基本过程：流动→充满模型→具有模型的形状→脱水或水化→坯体→脱模→干燥或水化→完全的固体（弹性体）。

控制浆体的流动度适宜的流动度，使在含水率较低的情况下达到较高的流动度。

第二十二页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三二、陶瓷注浆成型将陶瓷配合料制成能流动的浆体，注入模型，依靠模具的脱水（或其它特别的）作用而成型的都称注浆成型。此法适合成型各种形状复杂的不规则的空心薄壁制品和一些特殊的空实结合的制品如壶、花瓶、卫生陶瓷、电器元件等。（一）注浆成型工艺原理1.注浆成型基本方法空心注浆和实心注浆两种实心注浆又称双面注浆第二十三页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三空心注浆（a）空石膏模；（b）注浆；（c）放浆；（d）坯体适于浇注小型薄壁的产品，如坩埚、花瓶、管件等。这种方法所用的泥浆粘度比较小，否则空浆后坯体内表面有泥线和不光滑。坯体的厚度决定于吸浆的时间，模型的湿度与温度，也和泥浆的性质有关。第二十四页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第二十五页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三实心注浆（a）装配好的模型；（b）浇注及补浆；（c）坯体适合于浇注两面的形状和花纹不同、大型、壁厚的产品。实心注浆常用较浓的泥浆，以缩短吸浆时间。形成坯体的过程中，模型从两个方向吸取泥浆中的水分。靠近模壁处坯体较致密，坯体中心部分较疏松，因此对泥浆性能和注浆操作的要求较严。第二十六页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三2.注浆过程的物理、化学变化物理脱水：毛细管力化学凝聚过程：离子交换反应第二十七页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三泥浆注入模型后，在毛细管的作用下，泥浆中的水分沿着毛细管排出，毛细管力是泥浆脱水过程的推动力。毛细管愈细，水的表面张力愈大，则脱水的动力就越大。物理脱水（主要过程）当模型内表面形成一层坯体后，水分要继续排出必先通过坯体的毛细孔，然后再达到模型的毛细孔中。这时注浆过程的阻力来自石膏模和坯体两方面。注浆开始时，模型的阻力起主要作用。随着吸浆过程不断进行，坯体厚度继续增加，坯体所产生的阻力越显得重要，最后起主导作用。第二十八页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三化学凝聚过程泥浆与石膏模接触时，在其接触表面上溶有一定数量的CaSO4(25℃时l00克水中CaSO4的溶解度为0.208克)。它和泥浆中的Na-粘土及水玻璃发生离子交换反应：

使得靠近石膏模表面的一层Na-粘土变为Ca-粘土，泥浆由悬浮状态转为聚沉。石膏起着絮凝剂的作用，促进泥浆絮凝硬化，颗粒成棚架结构，有利于排水，减少泥坯的阻力，缩短成坯时间。第二十九页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三3．成型速度

成型速度可由阿德柯克推导出来的吸浆速度公式来计算：吸浆速率：将上式移项积分得：

也就是说在其他条件固定不变情况下，坯体厚度的平方l2与吸浆时间成正比。K值除依赖于泥浆和石膏模的性质外，还和注浆时的温度有关。可见K值为描述在一定条件下吸浆快慢的常数，称为吸浆速度常数。若以l2-t或l-t1/2作图则得到一条直线。直线的斜率即为吸浆速度常数K。K值越高则吸浆速度越大。

第三十页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三增大吸浆速度的方法：

(1)减少模型的阻力：改变模型制造工艺(增加熟石膏与水的比值，适当延长石膏浆的搅拌时间，真空处理石膏浆等)。

(2)减少坯料的阻力：坯料的阻力取决于其结构，而结构又由泥浆的组成、浓度、添加物的种类等因素所决定。(3)提高吸浆过程的推动力。第三十一页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三4.强化注浆压力注浆、离心注浆、真空注浆等压力注浆一般增大泥浆压力的方法是提高浆桶的高度，利用泥浆本身的重力从模型底部进浆，也可用压缩空气将泥浆注入模型内；采用压力注浆法浇注卫生洁具时，得到以下的效果：(1)压力注浆可以缩短吸浆时间当压力为0.7MPa时，形成12.7mm厚坯体所需的时间为13分钟。若压力增加到7MPa时仅需2分钟。第三十二页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三(2)压力注浆可以减少坯体的干燥收缩常压下注浆时，与坯体表面平行方向上的干燥收缩约为3％，与坯体表面垂直方向上的干燥收缩为2％。在7MPa压力注浆时，上述二方向上的收缩分别减小至0.8％及0.3％。(3)压力注浆可降低坯体脱模后留存的水分常压注浆时，坯体平均留存水分约19.5％，在7MPa压力下成型的坯体只含17％水分。第三十三页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三离心注浆在模型的旋转运动情况下，将泥浆注入模型中。由于离心力的作用泥浆紧靠模壁脱水后形成坯体。浆料中的气泡较轻，在模型旋转时，多集中中部，最后破裂消失。这种方法得到的坏体厚度较均匀，变形较少。模型的转数应根据产品的大小而定。大件产品转数要低些，以免不稳定。若转数较小，则会出现泥纹。一般转数在100rpm以下。

离心注浆时，泥浆中固体颗粒的尺寸不能相差太大，否则粗颗粒会集中在坯体内部，细颗粒容易集中在模型表面，造成组织不均，收缩不匀。第三十四页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三真空注浆在石膏模外面抽取真空，增大模型内外压力差；另一种方式是在真空室中全部处于负压下注浆，都可加速坯体形成；真空注浆还可减少气孔和针眼，提高坯体强度。但操作时要缓慢抽真空和缓慢进气，模型要加固。第三十五页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三5.特种注浆成型溶胶－凝胶法（1）直接凝固注模法第三十六页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三该工艺的思路是：调节水基悬浮体的pH值或加入少量分散剂以保持颗粒之间有静电斥力，从而制备低粘度、高固相体积分数的悬浮体，然后，将悬浮体冷却至0～5℃之间，加入生物酶和底物，此时，生物酶在低温下保持惰性，不与底物发生作用，当将悬浮体温度升至20～50℃时，酶的活性被激发，与底物发生作用，使悬浮体内部的pH值调节至等电点或者增加悬浮体的离子强度，使颗粒间排斥位垒下降，VanderWaals吸引能增加，颗粒发生团聚，悬浮体的粘度剧增，从而原位凝固。凝固后的坯体结构均匀，基本没有收缩，可以形成足以脱模的湿坯。第三十七页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

该成型方法的优点是：有机物添加量少；生坯干燥收缩小、结构均匀；烧结体强度高、可靠性好；便于实行近净尺寸成型，可成型复杂形状的产品。缺点是生坯强度偏低。第三十八页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三图1-4-11直接凝固成形法工艺流程图通过选择合适的分散剂制得固相体积分数大于50%的高浓度悬浮体。加入活性酶进行催化反应，将浆料注入非多孔性模具内。注模后，通过提高温度促使酶催化反应，从而改变浆料的PH值至等电点或增加反离子浓度，使悬浮体凝固。脱模、干燥或加工，烧结。

第三十九页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（2）凝胶注模法该工艺在上世纪80年代末开始研究，有关报道见于90年代初，是建立在传统陶瓷的成型工艺技术和高分子化学理论基础之上。其核心是将陶瓷粉料分散于含有有机单体和交联剂的水溶液或有机溶液中，制备出低粘度、高固含量的浓悬浮体（>50vol%），然后加入引发剂和催化剂，将悬浮体注入非孔模具中，在一定温度下，引发剂引发有机单体交联聚合成三维网络结构，悬浮体粘度剧增并固化，从而使浓悬浮体原位固化成形。后经过严格干燥后，得到强度较高而且可以进行机加工的坯体。

第四十页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

加人适量的分散剂和单体(交联剂)制成预混溶液，再加入陶瓷粉料混磨，制成固相体积分数＞50%的且具有良好的流动性的浆料。加入引发剂，进行浇注。浆料中有机单体在一定条件下发生原位聚合反应，形成坚固的交叉链结构聚合溶剂凝胶，使坯体定型。然后经脱模，在相对湿度为50%～80%下干燥。用该法所浇注成的注件尺寸准确，光洁度较高，也可进行机加工。经烧除有机结合剂，再进行烧结成产品。第四十一页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

该工艺有机物总含量占坯体质量的2wt～5wt%，生产工艺简单，有利于连续化和机械化。注凝成型工艺包括非水基注凝成型和水基注凝成型两种。水基注凝成型是在研究非水基注凝成型方法基础上发展起来的，其优点是可以减小浆料的粘度或提高浆料的固相体积分数，减少环境污染和降低成本。因此，对于与水无化学反应的粉体优先选用水基注凝成型方法。注凝成型的优点是：对粉体适应性强，可以用于成型多种陶瓷粉体；浆料的固相体积分数高、粘度低；生坯显微结构均匀、强度高，可进行机加工；烧结体强度高、可靠性好；便于实行近净尺寸成型，可成型复杂形状的产品。其缺点主要是坯体干燥要求严格。第四十二页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（二）注浆成型对泥浆的要求1.流动性好；2.稳定性好；3.具有适当的触变性；4.含水量要少；5.滤过性能好；6.形成的坯体要有足够的强度。第四十三页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（三）陶瓷泥浆的流变性及外加剂的作用图1-4-13泥浆流动曲线1－卫生瓷泥浆（1.53）；2－球土（1.34）（括号中数值为泥浆比重）由图可见陶瓷泥浆的流变特性接近宾汉体，只是其表观粘度在屈服值以后不是立即为一常数，而是有一个由大变小的过渡阶段。Worrall建议用下式表示粘土类泥浆的流变方程：第四十四页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三当剪切速率相当大时，变为，上式可改写为：即相当于宾汉体流变方程，只是它的屈服值为从泥浆结构来解释，这种流动阻力来自粘土颗粒间存在的吸引力。粘土颗粒和水之间也存在亲和力，只有当剪切力大于颗粒间的吸引力时才能使泥浆流动，当剪切力进一步加大逐步破坏颗粒和水的亲和力后，才能充分体现液体的流动状态。第四十五页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三陶瓷泥浆具有触变性

根本原因：板状颗粒，板面负电荷，端面正电荷，端—板面相互吸引，形成“棚架”结构。很多水被包围在棚架中，不能自由流动，所以泥浆流动性差。搅动逐步打开，静置又渐渐恢复。图1-4-14“棚架”结构示意图第四十六页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

由注浆成型对泥浆的要求中看出，有几点是相互矛盾的：如流动度要大往往要加入较多的水，但这就难以满足含水量要少、泥浆要稳定的要求。滤过性能好就要适当增加泥浆中的瘠性料，但这样泥浆的稳定性及形成坯体后的强度就会下降。要解决这些矛盾就要寻找各种外加剂，使同样含水量的泥浆变稀的外加剂称为稀释剂。它也可使同样流动度的泥浆含水量减少，故又称减水剂。第四十七页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三它能溶于水，并在水中离解为正、负离于，使粘土颗粒板面吸附正离子，颗粒端面吸引负离子，可使端面正电荷中和，甚至使电荷改性，结果大大减弱了棚架作用。包裹在棚架中的水变成自由水，泥浆粘度大大降低。作为稀释剂的电解质大多符合以下条件：1.具有水化能力大的一价阳离子，如Na＋。2.能直接离解或水解而提供足够OH－，使分散系统呈碱性。3.它的阴离子能与粘土中的有害离子形成难溶的盐类或稳定的络合物。水玻璃、碳酸钠、焦磷酸钠、腐植酸钠、单宁酸钠、六偏磷酸钠等都符合以上条件。第四十八页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（四）模具

多孔模具脱水。纯石膏的分子式CaSO4·2H2O。石膏模具是由半水石膏（CaSO4·1/2H20）加过量的水调成石膏浆经浇注、硬化、干燥而制成的。半水石膏有α型和β型之分，β半水石膏是在空气中常压炒制的，晶面孔隙裂纹多、强度低，吸水性强。α半水石膏是在蒸汽存在的条件下，加压蒸煮而得，它的晶粒很少有孔隙和裂纹，制得的模具强度高，但吸水性稍差。很多厂将α、β两种石膏混合使用，效果较好。在石膏中加入有稀释和增强作用的有机添加剂（腐植酸钠、聚氯乙烯等）可改善石膏模的质量。压力注浆，微孔树脂模具。第四十九页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三三、混凝土和耐火混凝土浆体的成型混合料必须具有较大的流动性，否则制品既无法成型，混凝土也是疏松的。增加用水量，即增大水灰比，混凝土水灰比过大，（1）使混合料在运输、浇灌和密实成型过程中容易产生离析；（2)在密实成型以后还会产生严重的泌水现象；(3)水分蒸发以后，在混凝土内部遗留较多的孔隙，严重降低了混凝土的强度及其它有关的性能。密实成型工艺：混凝土混合料振动密实成型压制密实成型离心脱水密实成型第五十页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（一）混凝土混合料振动密实成型混凝土混合料是在搅拌后不久，水泥的水化反应尚处初期，生成的凝胶体还不丰富，混合料内主要是粗细不匀的固体颗粒。在这种情况下施加振动，颗粒不断受到冲击力的作用而引起颤动。这种颤动使混合料的物理力学性质起了变化：第五十一页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

（1）剪切应力作用使所生成的胶体由凝胶转化为溶胶；

（2）振源所作的功将颗粒的接触点松开，从而破坏了由于毛细管压力所产生的颗粒间的粘结力，以及由于颗粒直接接触而产生的机械啮合力，这就使内阻力大大降低；

（3）使混合料部分或全部地液化，具有接近重质液体的性质。

本质：由宾汉体转化为接近于牛顿液体的振动变稀过程。第五十二页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（V<V极限）（V≥V极限）混合料的V极限主要决定于振动频率和振幅，另外也与水泥的种类和细度、水灰比、集料的表面性质、级配及粒度、介质的温度有关。极限剪应力与速度的关系第五十三页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三两个基本参数

振幅和频率的数值应该选得互相协调：使颗粒振动衰减小，并在振动过程中不致出现静止状态。强迫振动的频率如接近混合料的固有频率，则产生共振，这时衰减最小，振幅可达最大。振动成型机械分类：动力：电动、内燃机驱动、气动和液压传动四种；

振动频率的大小：高频（8000～15000次/min）中频（4500～8000次/min）和低频（1500～4500次/min）的三种；按振动方式：振动台、内部振动器、表面振动器和附着式振动器第五十四页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（二）压制密实成型整体振动能耗很大，时间也较长，振幅衰减大，难达到较高的密实度。

压制密实成型，不是将能量分布到混凝土的整个体积，而是集中在局部区域内。应力集中，使混凝土容易发生剪切位移，颗粒较易发生移动。这样，在外部压力的作用下，混合料即发生排气和体积压缩过程，并逐渐波及其整体，最终达到较好的密实成型效果。随压力的大小及混合料性能之不同，有时压制工艺仅起密实成型作用，有时密实成型的同时还可以起到脱水的作用。第五十五页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

压制成型工艺一般有压制、压轧、挤压和振动加压、振动压轧、振动挤压及振动模压等方法。

压制密实工艺制度包括成型压力、压制延续时间及加压方式。成型压力作为与其它成型方法配合的辅助措施时，约为0.1至数兆帕；作为单一措施的压制工艺，则应采用高压，约为1至数十兆帕。第五十六页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三极限成型压力

超过这一压力时，制品就会产生层裂现象。极限压力的大小与制品在压制过程中残留的空气量及物料颗粒状况有关，极限成型压力越大，制品强度也越高。要有适当的加压时间和加压方式。第五十七页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

（三）离心脱水密实成型是由离心力将混合料挤向模壁，从而排出混合料中的空气和多余的水分（20%～30%），使其密实并获得较高的强度。适用于制造不同直径及长度的管状制品，如管材、电杆及管桩等。第五十八页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第五十九页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三1.离心混凝土结构的形成图1-4-18离心混凝土结构分层情况示意图（a）外分层（b）内分层（1）－水泥浆层（2）－砂浆层（3）混凝土层（4）－集料（5）－水膜层第六十页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三混凝土混合料在离心以后，将产生下列主要变化：（1）密实度提高（2）外分层强度都要低于与离心后配合比和密实度相同的匀质混凝土。由于破坏了毛细通道的水泥浆层具有较高的抗渗性，因此，在一定限度内，外分层对保证混凝土的抗渗性是有利的。（3）内分层内分层对混凝土的强度、抗渗性是非常不利的。第六十一页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三2.离心制度的确定（1）离心速度慢速为布料阶段，其主要目的是在离心力的作用下，使混合料均匀分布并初步成型。快速为密实阶段，其主要目的是在离心力作用下使混合料充分密实。中速则为必要的过渡阶段，不仅是由慢速到快速的调速过程，而且还可在继续布料及缓和增速的过程中达到减弱内外分层的目的。（2）离心延续时间慢速时间2～5min。快速时间15～25min。中速时间2～5min。第六十二页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第四节可塑成型

可塑泥料是由固相、液相和少量气相组成的弹塑性系统。当它受到外力作用而发生变形时，既有弹性性质，又出现塑性形变阶段，它可以在应力作用下模制成所需要的形状，当模制应力消除后能够保持那个形状。利用模具或刀具等运动所产生的外力（如压力、剪切、挤压等）使可塑泥料产生塑性变形而制成某种形状的制品，称为可塑成型。

常用的可塑成型方法有：挤压法（粘土砖、各种陶瓷、陶瓷棍棒以及某些水泥制品）；车坯法（电瓷）；湿压法（包括旋坯法、滚压法、冷模湿压法等生产各种日用陶瓷）；雕塑、手拉坯（工艺美术品等）。第六十三页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三一、可塑泥料的流变特性属于宾汉体，只是由于它的含水量低，固体含量大，所以有很高的屈服值，成型后能克服自重的影响而不变形。流变性常用剪切应力和剪切应变图来表示。可近似地用屈服值和允许变形量的乘积来表示泥料的成型能力。对于某种泥料来说，在合适的水分下，这个乘积可达到最大值，也就具有最好的成型能力。第六十四页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

不同的可塑成型方法对泥料上述两个参数的要求是不同的：

在挤压或拉坯成型时，要求泥料的屈服值大些，使坯体形状稳定。在石膏模内旋坯或滚压成型时，由于坯体在模型中停留时间较长，受应力作用的次数较多，屈服值可以低些。手工成型的泥料允许变形量可小些，因为工人可根据泥料的特性来适应它。机械成型时则要求允许变形量大些，以降低废品率。

第六十五页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三由几种不同成型方法对坯料所加扭力测定的结果可知，三种旋坯泥料的屈服值较小，而挤压法和拉坯法较大。图1-4-20可塑成型方法与坯料的流变性质1～3－旋坯用；4－挤压用；5－拉坯用；6－手塑用第六十六页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三二、可塑成型的方法

(一)挤压（挤出）成型采用挤压法成型时，可塑料团被挤压机的螺旋或活塞挤压向前、经过机嘴出来达到要求的形状。各种管状产品(如高温炉管、热电偶套管、电容器瓷管等)、柱形瓷棒或轴(如电阻元件的瓷棒)或断面形状规则的产品(圆形、椭圆形、方形、六角形等)都可用挤压法成型。坯体的外形由挤坯机机头的内部形状所决定，坯体的长度根据需要进行切割。第六十七页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第六十八页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三图1-4-21挤坯机机头尺寸1、挤制压力主要决定于机头喇叭口的锥度，挤嘴出口直径d和机筒直径D之比。一般当机嘴出口直径d≤l0mm时，α≈12°-13°；>10mm，α≈17°-20°。2、d/D比值愈小则对泥料挤制的压力愈大，一般比值在1／1.6-1／2范围内。3、为了使挤出的泥段或坯体表面光滑、质量均匀，机嘴出口处有一段定型带，其长度L根据机嘴出口直径d而定，一般为L＝2-2.5d。第六十九页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三4、当挤制压力固定后，挤出速率主要决定于主轴转速和加料快慢。出料太快时，由于弹性后效，坯体容易变形。5、管壁厚度挤出管子时，管壁厚度必须能承受本身的重力作用和适应工艺要求；管壁薄则其机械强度低(尤其是径向的强度低)，容易变成椭圆形。6、挤压法成型对泥料的要求：（1）粉料细度和形状：细度要求较细，外形圆润。（2）溶剂、增塑剂、粘结剂等用量要适当，同时必须使泥料高度均匀，否则挤压的坯体质量不好。第七十页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三挤压法的优缺点是：污染小，操作易于自动化，产品截面相同，可连续生产，效率高。适合管状、棒状、蜂窝状产品的生产。但挤嘴及模具结构复杂，加工精度要求高。由于溶剂和结合剂较多，因此坯体在干燥和烧成时收缩较大，性能受到影响。第七十一页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三挤压成型产品的缺陷：(1)气孔：由于练泥时真空度不够，或者手工揉料不均匀，经过挤泥机出口后坯体断面上出现裂纹。(2)弯曲变形：坯料太湿，组成不均匀，承接坯体的托板不光滑均会出现这种缺陷。(3)管壁厚度不一致：型芯和机嘴的中心不同心。(4)表面不光滑：挤坯时压力不稳定，坯料塑性不好或颗粒呈定向排列都可能产生这种缺陷。挤制大型泥段时，机头锥度过大，机嘴润滑不良也会使坯体表面粗糙或呈波浪形。第七十二页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第七十三页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（二）旋坯成型是利用型刀(又叫样板刀)和石膏模进行成型的一种方法。阴模旋坯(内旋)、阳模旋坯(外旋)。旋坯时系根据坯体直径来决定陶车主轴转速。直径大于300mm的坯体转速为120-140rpm，小于300mm时转速为270-250rpm甚至更高，如200mm直径的盘子转速可达420rpm，饭碗的转速可达440rpm。第七十四页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

旋坯用的型刀一般用5-6厘米钢板制成，锉成30°-45°角，以便排出余泥，减少阻力。旋坯成型设备简单，型刀的制作和更换比较容易。但容易导致产品变形，尤其薄壁产品更加显著。适用于生产日用瓷的碗、盘碟及陶器的缸、盆、罐、坛等制品，也用于鱼盘、壶类制品，其特点是生产效率高。第七十五页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第七十六页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第七十七页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（三）滚压成型滚压成型是由旋坯法发展而来，这种方法把扁平的型刀改变为尖锥形或圆柱形的回转体——滚压头。成型时，盛放着泥料的模型和滚压头分别绕自己的轴线以一定速度旋转。滚压头一面转动一面压紧泥料，坯体的外形和尺寸完全取决于滚压头与模面所形成的“空腔”。这种方法广泛用于成型日用陶瓷器皿。

第七十八页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三滚压成型可分为阳模滚压和阴模滚压。前者是指用滚头来决定坯体外表面的形状和大小，所以又叫外滚；后者系指用该头来形成坯体的内表面，又叫内滚。第七十九页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

一般说来，阳模滚压时因泥料在模型外表，水分少些才不致甩离模型。同时，要求泥料一面延展开来，一面向下弯曲，因而希望可塑性强些。而阴模滚压时，水分可稍多，可塑性可稍低些。滚压成型与旋坯成型相比，其优点是坯体致密度高，机械强度大，变形较小，劳动强度低，易于机械化、自动化生产。第八十页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（四）塑压成型是将可塑泥料放在模型内在常温下压制成坯的方法。它的上下模一般为蒸压型的α半水石膏（制模时的膏水比约为100：37）模型，内部盘绕一根多孔性纤维管，可以通压缩空气以及抽真空。安装时应将上下模之间留有0～25mm左右的空隙，以便扫除余泥。第八十一页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三塑压成型的成型工艺如下：l.将切至一定厚度的塑性泥团置于底摸上；2.上下模抽真空，挤压成型；3.向底模内通压缩空气，促使坯体与底模迅速脱离，同时，从上模中抽真空将坯体吸附在上模上；4.向上模内通压缩空气，使坯体脱模承放在托板上；5.上下模通压缩空气，使模型内水分渗出，用布擦去。第八十二页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

塑压成型的优点：适合于成型各种异型盘碟类制品，如鱼盘、方盘、多角形盘碟及内外表面有花纹的制品。同时，由于成型时施以一定的压刀，坯体的致密度较旋坯法、滚压法都高。

缺点：石膏模的使用寿命短，容易破损。目前国外己经采用多孔树脂模、多孔金属模等高强度模型，但此法只能成型板、盘等形状简单的扁平制品。第八十三页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（五）轧膜成型一些薄片状的陶瓷产品(如晶体管底座、厚膜电路基板、独石及圆片电容器等)由于比较薄(厚度一般在1mm以下，甚至为0.04-0.05mm)，挤压、旋坯等成型不能满足这个要求，生产中广泛采用轧膜成型工艺。这是由橡胶和塑料工业移植来的一种成型方法。第八十四页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三轧膜成型是将准备好的陶瓷粉料，拌以一定量的有机粘结剂(如PVA，聚乙烯醇等)和溶剂，通过粗轧和精轧成膜片后再进行冲片成型。不宜过早地把轧辊调近，急于得到薄片坯体。因为这样会使坯料和结合剂混合不均，坯件质量不好。压延辊（精轧）

增塑剂

粘合剂

瓷粉

水

混合，粉碎

干燥

混料辊压（粗轧）成型

第八十五页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三轧膜成型的问题

(1)定向排列，如杆状、片状粉体(2)干燥和烧结时，横向收缩大(3)易出现变形和开裂(4)坯体性能上也会出现各向异性(5)对于厚度要求在0.08mm以下的超薄片，轧膜成型是很难轧制的，质量也不易控制。第八十六页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（六）注塑成型（注射成型）是瘠性物料与有机添加剂混合加压挤制的成型方法，它是由塑料工业移植过来的。1.坯料的制备

注塑成型采用的坯料不含水。它由陶瓷瘠性粉料和结合剂（热塑性树脂）润滑剂、增塑剂等有机添加物构成。第八十七页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第八十八页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三有机添加物的灰分和碳含量要低，以免脱脂时产生气泡或开裂。有机物的含量直接影响坯料的成型性能及烧结收缩性能。为提高制品的精确度，要求尽量减少有机物用量。坯料具有足够的流动性，必须使粉末粒子完全被树脂包裹住，通常有机物含量约在20～30%之间，特殊的可高达50%左右。第八十九页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第九十页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

2.注塑成型设备注塑成型机主要由加料、输送、压注、模型封合装置、温度及压力控制装置等部分构成。注塑成型机有柱塞式和螺旋式两种主要类型。采用金属模具。第九十一页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第九十二页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三3.脱脂

有机添加剂必须在制品烧结以前从坯体中清除出未，否则就会引起各种缺陷。除去有机添加剂的工序称为脱脂。

脱脂一般为24～96小时，特殊时需要几个星期。脱脂后的坯体强度非常低，残留百分之几的碳化物，需采用氧化气氛烧成。注塑成型适合于生产形状复杂、尺寸精度要求严格的制品，且产量较大，可以连续化生产。缺点是有机物使用较多，脱脂工艺时间长，金属模具易磨损、造价高等。第九十三页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三（七）热压铸成型工艺

热压铸法是在压力作用下，把熔化的含蜡浆料(简称蜡浆)注满金属模具，等到坯体冷却凝固后，再行脱模。这种方法所成型的产品尺寸较准确、光洁度较高、结构紧密、现己广泛用于制造形状复杂，尺寸和质量要求高的工业陶瓷产品，如电子工业用的装置瓷件、电容器瓷件、氧化物陶瓷产品、金属陶瓷、磁性瓷(即铁氧体)及化工陶瓷部件等。热压铸法的工艺流程如下：第九十四页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第九十五页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第九十六页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三蜡浆的制备过程1、预烧坯料热压铸用的坯料大多数情况下，先经预烧，再配成蜡浆。预烧的作用：保证蜡浆有要求的流动性，减少石蜡的用量；预烧后可减少产品收缩，保证产品规格。瓷粉经过烘干后才用来配浆(含水量在0.5％以下)。因为如果瓷粉吸附较多水分，则颗粒表面的水膜会妨碍石蜡与瓷粉均匀分布，而且瓷粉与石蜡混合时，水分易蒸发，在蜡浆中会形成气泡。第九十七页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三2、塑化剂的选择热压铸所用的塑化剂是热塑性材料。最常用的是石蜡。它是饱和的碳氢化合物CnH2n+2，熔点为55-60℃，熔化后粘度小，密度为0.88-0.9g／cm3。150℃石蜡会挥发。采用石蜡作塑化剂有以下的优点：(1)石蜡熔化后粘度小，易填满模型；有润滑性，对模具不致磨损；冷却后会凝固，坯体有一定强度的;(2)它的熔点低，因而成形时操作温度不必太高，通常为70-80℃；(3)石蜡冷却后体积收缩约7-8％，所以成型后坯体容易脱模；(4)不与瓷粉发生反应；(5)来源丰富，价格低廉。第九十八页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三3、蜡浆的性质指标(1)稳定性：蜡浆的稳定性就是指长时间加热而不搅拌的条件下，蜡浆保持均匀不致分层的性能。（2）可注性：它表示蜡浆注满模型并保持要求外形的能力，是确定蜡浆粘度和凝固速度的综合指标。（3）瓷粉的装填密度：在热压铸成型的坯体中，单位体积内所含瓷粉的数量称为装填密度，用装填系数K来表示。装填系数大，表示瓷粉颗粒排列较紧，烧成时收缩变形小，烧后结构稳定致密。(4)收缩率：蜡浆由熔化的液体凝固为固体时体积会收缩，收缩率=固体体积/液体体积×100%

第九十九页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三

注塑成型与热压铸成型比较：两者都经瘠性料与有机添加剂混合、成型、脱脂（排蜡）三个主要工序；在一定的温度和压力下进行成型的。不同的是：1、热压铸用的浆料须在浇注前加温制成可以流动的蜡浆。而注塑成型用的是粒状的干粉料，成型时将粉料填入缸筒内加热至塑性状态，在注人模具的瞬间，由于高温和高压的作用坯料呈流动状态，充满模具的空间；2、热压铸成型压力为0.3～0.5MPa，注塑成型一般为130MPa。

第一百页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三第五节压制成型压制成型是将粉状的坯料在钢模中压成致密坯体的一种成型方法。压制成型的坯料水分少、压力大，因而坯体较致密，收缩较小、形状准确、基本不用干燥设备。压制成型工艺简单，生产效率高、缺陷少，便于连续化、机械化和自动化生产。一、压制成型的工艺原理

粉料经压力的作用聚合成有一定强度的坯体的过程，实质上是将分散的固体颗粒通过外力将其最大限度的推近，并通过含有一定水分和其它粘结剂的表面，使物料颗粒间能形成一定的键合（分子键、氢键），从而成为具有一定强度的弹性体。第一百零一页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三1、密度的变化压力的增大，气体被排除、固体颗粒尽量靠近，密度不断增加：1、加压初期，密度急剧增加；2、坯体密度增加缓慢，后期几乎无变化；3、压力继续增加，坯体密度有可能出现下降。坯体密度与压力的关系

第一百零二页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三2、强度的变化三个阶段：第一阶段的压力较低，虽由于粉料颗粒位移填充孔隙，坯体孔隙减小，但颗粒间接触面积仍小，所以坯体强度并不大；第二阶段是成型压力增加，颗粒位移填充孔隙继续进行，而且可使颗粒发生弹塑性变形，颗粒间接触面积大大增加，出现原子间力的相互作用，因此强度直线提高；

第三阶段，坯体密度及孔隙变化不明显，强度变化亦较平坦。

第一百零三页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三3、坯体中压力的分布坯体中压力分布不均匀，坯体各部分的密度出现差别。原因：颗粒移动重新排列时，颗粒之间内磨擦力，颗粒与模壁之间外磨擦力，妨碍着压力的传递。H/D越大，不均匀分布现象越严重。高而细的产品不适于采用压制法成型：坯体各部位密度不同，烧成时收缩不同，容易引起产品变形和开裂。第一百零四页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三坯体的压力分布还和加压的方式有关，最均匀压力分布是等静压法。等静压成型是指粉料的各个方面同时均匀受压的一种加压方式。传递压力的介质通常为流体，由于流体的压缩性很小，而且能够均匀传递压力，所以压制出的坯体密度大且均匀。第一百零五页，共一百一十八页，编辑于2023年，星期三二、压制成型对粉料的要求（一）体积密度应尽量提高粉料的体积密度，以降低其压缩比：1.造粒将细颗粒经初步造粒，使物料得到初步的聚集。造粒方法：通常用轮碾造粒所得坯粉的体积密度为0.90～1.10g/cm3，喷雾干燥制备的坯粉体积密度为0.