第四章陶瓷坯体的成型

1、2020/7/21,陶瓷材料学,第四章 陶瓷坯体的成形,第一节 概述 陶瓷的成型技术对于制品的性能具有重要影响。新型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。,2020/7/21,陶瓷材料学,4.1.1成型方法分类,冷法,坯料含水量 3040%,石膏模,常压冷法注浆 加压冷法注浆 抽真空冷法注浆,有模,无模,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 ，坯料含水量68%,可塑成型法,成型方法,坯料含水量1826%,注浆成型法,热法（热压注法）：钢模,2020/7/21,陶瓷材料学,4.1.2 成型方法的选择,以图纸或样品为依据，

2、确定工艺路线，选择合适的成型方法。选择成型 方法时，要从下列几方面来考虑：,（1）产品的形状、大小、厚薄等。,（2）坯料的工艺性能。,（3）产品的产量和质量要求。,（4）成型设备要简单，劳动强度要小，劳动条件要好。,（5）技术指标要高，经济效益要好。,2020/7/21,陶瓷材料学,第二节 注浆成型,注浆成型工艺简单，适于生产一些形状复杂且不规则、外观尺寸要求不严格、壁薄及大型厚胎的制品。,4.2.1影响泥浆流动性的因素,1、固相的含量、颗粒大小和形状的影响,2、泥浆温度的影响,3、粘土及泥浆处理方法的影响,4、泥浆的pH值的影响,2020/7/21,陶瓷材料学,4.2.2注浆过程的物理化学变

3、化,1.注浆时的物理脱水过程,2.注浆时的化学凝聚过程:,Na-粘土CaSO4Na2SiO3Ca-粘土CaSiO3+Na2SO4,2020/7/21,陶瓷材料学,4.2.3陶瓷坯体的注浆成型,1、基本注浆方法 ：空心注浆(单面注浆) 实心注浆(双面注浆),空心注浆(单面注浆),2020/7/21,陶瓷材料学,实心注浆(双面注浆),2020/7/21,陶瓷材料学,2、注浆用石膏模的主要缺陷,（1）开裂,（2）气孔与针眼,（3）变形,（4）塌落,（5）粘膜,2020/7/21,陶瓷材料学,第三节 干压成型,4.3.1 干法压制的基本原理 1、粉料的基本性质 (1) 粒度和粒度的分布 V=abc=r

4、3 即该颗粒等效半径为：,2020/7/21,陶瓷材料学,（2）粉料的堆积性质,等径球体堆积形式及孔隙率,2020/7/21,陶瓷材料学,(3) 粉料的拱桥效应(或称桥接),2020/7/21,陶瓷材料学,2、粉料的流动性,粉料自然堆积的外形,F=,2020/7/21,陶瓷材料学,4.3.2压制过程坯体的变化,4.3.2.1 密度的变化,坯体密度与压力的关系,2020/7/21,陶瓷材料学,密度,影响因素： 1 振动或粒度控度 2 增加压力 3 加压时间 4 减少摩擦 5 形状、尺寸和粉体性质,孔隙率,2020/7/21,陶瓷材料学,4.3.2.2 强度的变化,第一阶段强度并不大,第二阶段强度

5、直线提高,第三阶段强度变化也较平坦,2020/7/21,陶瓷材料学,4.3.2.3 坯体中压力的分布,坯体中压力分布不均匀，H/D比值愈大，则不均匀分布现象愈严重。,轴力图,F(x)Fg A x,2020/7/21,陶瓷材料学,4.3.3加压制度对坯体质量的影响,4.3.3.1 成型压力的影响,P P 1+ P 2 P 1是静压力，克服粉体的阻力； P 2是消耗压力，粉体对模壁的消耗。,2020/7/21,陶瓷材料学,4.3.3.2 加压方式的影响,加压方式和压力分布关系图 (横条线为等密度线) a单面加压；b双面同时加压；c双面先后加压；d四面加压,2020/7/21,陶瓷材料学,4.3.3

6、.3 加压速度的影响,开始时压力小些，加压速度稍快，利于排气；接着高压，缓慢加压，即减慢加压速度，延长时间；可以采用多次加压，逐步放气，防止气体导致的裂纹；多次换向加压，同时振动粉料。,“一轻、二重、慢提起”,2020/7/21,陶瓷材料学,4.3.3.4 添加剂的选用三原则： （1）减少粉料颗粒间及粉料与模壁之间的摩擦，这种添加物又称润滑剂； （2）增加粉料颗粒之间的粘结作用，这类添加物又称粘合剂； （3）促进粉料颗粒吸附、湿润或变形，通常采用表面活性物质。,2020/7/21,陶瓷材料学,4.3.3.5 弹性后效,加荷卸荷压力与变形的关系示意图,弹性后效： 外力取消后，弹性力引起坯体的膨胀

7、的现象！,2020/7/21,陶瓷材料学,4.3.4影响层裂的因素及防止方法,1、气体的影响。 2、坯体水分的影响。 3、加压次数对层裂的影响。 4、压制时间及压力的影响。,2020/7/21,陶瓷材料学,第四节 可塑成型,可塑成型主要是通过胶态原料制备、加工，从而获得一定形状的陶瓷坏体。,4.4.1可塑成型分类,可塑成型是古老的一种成型方法。我国古代采用的手工拉坯就是最原始的可塑法。常用的可塑成型方法主要是挤压成型、热压铸成型、胶态成型等。,2020/7/21,陶瓷材料学,1、挤压成型,挤压成型时应该注意以下工艺问题： （1）挤制的压力； （2）挤出速率； （3）挤出管子时，管壁厚度必须能承

8、受本身的重力作用和适应工艺要求； （4）挤压成型的缺陷。,2020/7/21,陶瓷材料学,2、热压铸成型工艺,陶瓷热蜡铸工艺流程图,2020/7/21,陶瓷材料学,3、热压铸成型的特点,热压铸成型适用于以矿物原料、氧化物、氮化物等为原料的新型陶瓷 的成型，尤其对外形复杂、精密度高的中小型制品更为适宜。其成型设备 不复杂，模具磨损小，操作方便，生产效率高。 热压铸成型的缺点是，工序较繁，耗能大，工期长，对于壁薄，大而 长的制品不宜采用。,2020/7/21,陶瓷材料学,4.4.2 造粒成型,2020/7/21,陶瓷材料学,4.4.3流延成型,1、工艺流程,溶剂,混磨,烧结促进剂,细磨熟料,抗聚凝

9、剂,除泡剂,烘干,再混磨,流延,真空 除气,增塑、润滑剂,粘合剂,卷轴 待用,2020/7/21,陶瓷材料学,2、流延成型浆料的制备,流延成型用浆料的制备方法是，先将通过细磨、煅烧的熟瓷粉加入溶剂，必要时添加抗聚凝剂、除泡剂、烧结促进剂等进行湿式混磨； 再加入粘结剂、增塑剂、润滑剂等进行混磨以形成稳定的、流动性良好的浆料。,3、流延成型的特点,流延成型设备不太复杂，且工艺稳定，可连续操作，生产效率高，自动化水平 高，坯膜性能均匀一致且易于控制。但流延成型的坯料因溶剂和粘结剂等含量高， 因此坯体密度小，烧成收缩率有时高达2021%。 流延成型法主要用以制取超薄型陶瓷独石电容器、氧化铝陶瓷基片等新

10、型陶瓷制 品。为电子元件的微型化，超大规模集成电路的应用，提供了广阔的前景。,2020/7/21,陶瓷材料学,4.4.4 轧膜成型,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。,1、工艺流程,2020/7/21,陶瓷材料学,2、轧膜成型用塑化剂,各种轧膜瓷料用塑化剂的不同配比,2020/7/21,陶瓷材料学,3、轧膜成型的特点,轧膜成型具有工艺简单、生产效率高、膜片厚度均匀、生产设备简单、粉尘污染小、能成型厚度很薄的膜片等优点。但用该法成型的产品干燥收缩和烧成收缩较干压制品的大。 该法适于生产批量较大的1mm下的薄片状产品，

11、在新型陶瓷生产中应用较为普遍。,2020/7/21,陶瓷材料学,4.4.5 注射成型,1、工艺流程,瓷粉,粘结剂,柱塞式,预塑式,螺旋直列式,加热混练,用辊机 质粒压纹,加热挤 压制粒机,混练机 低温粉碎,用辊机低温 挤压成薄片,粒状粉料,注射成形,一次成型坯,脱 脂 脂,烧 结,成 品,2020/7/21,陶瓷材料学,第五节 其他成型方法,4.5.1纸带成型 它与流延成型法有些类似，以一卷具有韧性的、低灰份的纸（如电容纸）带作为载体。让这种纸带以一定的速度通过泥浆槽，粘附上合适厚度的浆料。通过烘干区并形成一层薄瓷坯，卷轴待用。在烧结过程中，这层低灰份衬纸几乎被彻底燃尽而不留痕迹。如泥浆中采用

12、热塑性高分子物质作为粘结剂，则在加热软化的情况下，可将坯带加压定型。,2020/7/21,陶瓷材料学,4.5.2 滚压成型,它与轧膜成型有些相似，是以热塑性有机高分子物质作为粘合载体，将载体与陶瓷粉料放在一起，加入封闭式混练器进行混练，练好后再进入热轧辊箱，轧制成一定厚度引出，用冷空气进行冷却，然后卷轴待用。如欲制作其它定型坯带，则对从轧辊箱出来的坯片，可趁热进行压花。 此法与前述纸带成型法均可用以制作垂直多孔筒状热交换器，两者各有优点。用滚压法所制的坯体孔型较好，空气易于流通，但工艺较难控制。,2020/7/21,陶瓷材料学,4.5.3 印刷成型,将超细粉料、粘合剂、润滑剂、溶剂等充分混合，

13、调制成流动性很好的稀浆料，然后采用丝网漏印法，即可印出一层极薄的坯料。,4.5.4 喷涂成型,此法所用的浆料与流延法、印刷法相似，但必须调得更稀一些，以便利用压缩空气通过喷嘴，能使之形成雾粒，此法主要用以制造独石电容器，喷涂时以事先刻制好的掩膜，挡住不应喷涂的部分，到一定程度可让其干燥，干后再作第二次、第三次喷涂，到达预定厚度时，再更换掩膜，喷上所需的另一浆料。按这种金属浆料和陶瓷浆料，反复更换掩膜，交替喷上，以获得独石电容器的结构。,2020/7/21,陶瓷材料学,4.5.5爆炸成型,50年代初， 爆炸成型最初用于TiC、TaC和Ni粉叶片的成型。炸药爆炸后，在几微秒内产生的冲击压力可达11

14、06MPa。巨大的压力，以极快的速度作用在粉末体上，使压坯获得接近理论密度和很高的强度。爆炸成型法可以成型形状复杂的制品，制品的 轮廓清晰，尺寸公差稳定，成本较低。目前，爆炸成型法已应用于铁氧体、金属陶瓷等的生产。,2020/7/21,陶瓷材料学,第六节 坯体的干燥,坯体干燥的目的在于提高其机械强度，有利于装窑操作并保证烧成初期能够顺利进行。,4.6.1干燥过程,干燥三个阶段,2020/7/21,陶瓷材料学,1-水的粘度；2-表面张力,干燥过程中，坯料内水分的粘度和表面张力随温度升高而降低,2020/7/21,陶瓷材料学,自由含水率（%）,空气温度与干燥速率的影响,在干燥过程中，干燥速度和干燥条件（空气的温度、湿度和流动速度）关系如图:,2020/7/21,陶瓷材料学,自由含水率（%）,相对湿度与干燥速度的关系,2020/7/21,陶瓷材料学,空气流动速度与干燥速度的关系,自由含水率（%）,2020/7/21,陶瓷材料学,4.6.2干燥制度,干燥制度是砖坯进行干燥时的条件总和。它包括干燥时间、进入和排出干燥剂的温度和相对湿度、砖坯干燥前的水分和干燥终了后的残余水分等。,1、影响干燥时间的因素,（1）物料的性质和结构。,（2）砖坯的形状和大小。,（3）坯体最初含水量和干燥后残余水分。,（4）干燥介质的温度、湿度和流速。,（5）干燥介质在干燥器中的温度降。,（6）干燥器的构造良好，密