2016第三章功能陶瓷生产工艺完整

1、,第三章 功能陶瓷的生产工艺,3.1 常用原料,化工原料大多为金属和非金属氧化物、碳酸盐等，是功能陶瓷生产中最常用的原料，其纯度和物理特性可控制。,1 二氧化钛,应用： 在功能陶瓷的工业生产中，是陶瓷电容器、PTC热敏电阻器和压电陶瓷元器件等的重要原料。,基本性质： TiO2，二氧化钛有三种晶型：金红石、板钛矿和锐钛矿，金红石是TiO2稳定型的结构。金红石型二氧化钛的熔点为1850，大量使用于陶瓷、颜料和涂料工业。金红石型的TiO2其电性能最好：介电常数大，介质损耗小。,金红石晶体结构,金红石晶体结构Ti-O八面体的排列,介电常数，随晶体的方向不同而不同,四方晶系 简单四方点阵ao=0.459

2、nm，co=0.296nm,二氧化钛具有半导体的性能，它的电导率随温度的上升而迅速增加，而且对缺氧也非常敏感。,为提高它的抗还原能力，加入约0.2%的MgCO3，成为抗还原性较好的“电容器专用二氧化钛”,2 工业氧化铝,应用： 氧化铝是刚玉-莫来石瓷、氧化铝瓷等高铝瓷中主晶相。高频绝缘零件瓷、电阻基体和电感基体瓷、电真空瓷、大规模集成电路的基板等的重要原料。,基本性质： Al2O3 ，白色无定形粉末，俗称矾土，密度3.9-4.0g/cm3，熔点2050，常见有、三种晶体结构，工业氧化铝晶型为 - Al2O3 ，是低温稳定型。当加热到1050时， - Al2O3开始转变为 - Al2O3 ，并有

3、14.3%的体积收缩, 由于转变过程中伴随着较大的体积收缩，因此，工业生产氧化铝陶瓷时，所使用的氧化铝原料必须在配料前进行煅烧，将 - Al2O3转变为 - Al2O3以保证产品的质量。,-Al2O3（刚玉）型结构 三方晶系 = 5517,O2- 六方紧密堆积排列（ABAB二层重复型） Al3+填充于2/3八面体空隙,3 氧化锆,应用： ZrO2 作为一种高温固体电解质，可用来做氧敏感传感器和高温发热元件等，也是生产压电、铁电陶瓷的主要成分。,基本性质：白色或略带黄色、灰色的粉末或粒状，熔点是2715莫氏硬度为7，因它的化学惰性大，是最耐高温的氧化物之一，是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金

4、属材料。,镁稳定氧化锆,晶型：三种晶型： ZrO2在1900以上为三方晶系，在1000-1900之间属四方晶系，低于1000为单斜晶系, a 由四方晶系转变为单斜晶系时伴有约10%的体积膨胀，可能会引起开裂，这是应注意的问题。 b二氧化锆对还原气氛很敏感，在温度高于500时，被还原为低价氧化物，因此含ZrO2的陶瓷应在氧化气氛下烧成。,4 氧化锌,应用： ZnO具有半导体特性，故是半导体陶瓷的主要成分。氧化锌还是压电陶瓷和压敏陶瓷的主要原料。,基本性质：白色非结晶状粉末，熔点是1975，常用作矿化剂，降低一些陶瓷的烧结温度，形成细晶结构，改善陶瓷材料的性能。,O2-离子按六方紧密堆积排列，Zn

5、2+离子充填于二分之一的四面体空隙中 ZnO具有半导体特性，由于锌和氧原子在尺寸上相差较大，而具有较大的空间。,纤锌矿晶体结构,5 铅丹Pb3O4,应用：是功能陶瓷生产中常用的原料之一，比如用于制备锆酸铅、钛酸铅铁电压电陶瓷等。,基本性质：为红色粉末，又称红丹，加热（550-590）分解成氧化铅，新分解的氧化铅熔点为880，有较大活性，能在较低温度下与其它物质发生反应，有利于瓷料的合成。,注意：氧化铅Pb3O4在超过1050时有明显的挥发，烧成过程中应注意控制氧化铅的挥发量，如在配料时适当增加氧化铅的加入量和进行密封烧结等，氧化铅蒸汽有毒，工业生产时应注意必要的防护。,6 二氧化锡,应用：电介

6、质陶瓷和半导体陶瓷的主要原料之一 。,基本性质：SnO2为白色的细分散粉末，不溶于水和硫酸。熔点 1630 相对密度 6.95,7 稀有和稀土金属氧化物,应用：功能陶瓷生产中常用的稀有和稀土金属氧化物有Nb2O5、La2O3、CeO2、Y2O3等，在功能陶瓷中这些氧化物通常作为少量的改性加入物 。,8 碱土金属碳酸盐,碳酸钡：,碳酸钡是铁电陶瓷和钡长石陶瓷的重要原料，也用作助溶剂和压碱剂改善陶瓷的介电性能。,常温时属斜方晶系，811-982转变为六方晶系；982以上为属四方晶系。在1450碳酸钡剧烈分解为BaO和CO2,8 碱土金属碳酸盐,碳酸锶 ：,碳酸锶是合成SrTiO3的主要原料，也用作

7、助熔剂，以降低某些陶瓷的烧成温度。还用于彩电阴极射线管、电磁铁、锶铁氧体。,有两种变体：常温为 ，属斜方晶系，900-950转变为 ，属六方晶系。在1100分解为SrO和CO2，约为1250 分解结束,8 碱土金属碳酸盐,碳酸钙 ：,碳酸钙是合成CaTiO3的主要原料，在860970时分解成CaO与C02，是一种高温助熔剂。,3.2 配料计算,功能陶瓷研究和生产中配料计算，一种是已知预合成的化合物化学计算式计算原料配比，另一种是从瓷料预期的化学组成计算原料配比。,主要分为以下几步：,1 首先根据预合成的化合物化学计算式找出各原料的摩尔比,2 然后根据相应原料的分子量计算各原料的质量,3 按原料

8、纯度进行修正，实际i原料的纯度为Pi。修正之后各原料的实际用量应该为第二步的计算值除以相应原料的纯度,4 计算原料的质量百分比,例1 以铌镁酸铅为主晶相的低温烧结独石电容器配料的配方计算，已知其化学计算式为，此外镁含量要过量20%，各原料不需分别预合成烧块，所用原料的纯度为，铅丹含Pb3O498%；MgCO3，98%；三氧化二铋含Bi2O398%，五氧化二铌含Nb2O5，99.5%，试计算配制500g料时所需称量各种原料的量。,A 计算各原料的摩尔比,(1+0.14) 1/3,1/3,2/3 1/2,0.14,0.04,B 计算各原料的质量,C 按原料纯度进行修正 将各原料的质量除以该原料的纯

9、度,原料的纯度铅丹含Pb3O498%；MgCO3，98%；三氧化二铋含Bi2O398%，五氧化二铌含Nb2O5，99.5%,D 计算质量百分比,总量 = 265.84+28.68+28.6820%+89.05 +11.41+19.02 = 419.74 g,E 计算配料为500g时各原料所需的质量,Pb3O4=50063.33%=316.65g,MgCO3=5008.2%=41g,Nb2O5=50021.22%=106.10g,TiO2=5002.72%=13.6g,Bi2O3 =5004.53%=22.65g,作业,铌镁酸铅（PCM）三元系压电陶瓷配料的配方计算，已知其化学计算式为，其中铅含

10、量要过量10%，各原料不需分别预合成烧块，所用原料的纯度为，铅丹98.5%；MgCO3，97%；五氧化二铌99%，二氧化钛98%；二氧化锆97.5%。试计算配制1000g料时所需称量各原料的量。,3.3 备料工艺,备料主要是指将原料经称量、混磨、干燥、加胶黏剂造粒等工序制成符合成型工艺要求的粉料。,3.3.1 原料的粉碎、水洗、酸洗、 磁选,（一）粉碎 颗粒细度对工艺过程和最终产品的性能都起着决定性的作用（二） 水洗 酸洗 磁选 水洗的目的是除去原料中的可溶性杂质（如Na2O， K2O）和酸根（如SO4）,酸洗（用大量的盐酸，加热煮沸，然后经多次水洗）和磁选的作用都是为了除去原料中的铁或铁的化

11、合物。,3.3.2 原料的预烧,原料中的多晶转变将导致体积变化(晶型转变时伴有体积效应 )，对烧成有不利的影响。,有的原料多晶转变将导致性能变化。,有的原料具有特殊的矿物结构，会给生产工艺带来困难,原料预烧的效果主要有以下几方面：,使颗粒致密化，减少瓷料制品最终烧结时的收缩率； 2) 改变原料的物理状态，如颗粒的形状和矿物组成，促进晶型转化，获得具有优良电性能的晶型，改变矿物结构，改善工艺性能提高和保证功能陶瓷产品的性能、质量和一致性；3) 提纯，如氧化铝加硼酸预烧后可以去掉碱，氧化锆预烧可以去掉氯根（Cl-）。,3.3.3 原料的合成和粉体制备方法,化工原料多是单成分的化合物，但在许多生产中

12、需要多成分的原料，如BaTiO3、CaTiO3、CaSnO3、PbTiO3、CaZrO3等.目前，我国生产这些中间原料的工厂较少，需要工厂自己合成，然后再配料，合成过程大多是固相反应，合成材料通常经过800-1300的高温下进行，反应后合成的材料称为烧块、熔块或团块。,3.3.4 配料,原料经预处理后，按配方称量，进行配料。配料时需注意配比组成稍有偏离，对组织结构和介电性能有重要影响。对于钛酸钡陶瓷，如果BaO过量，存在2BaOTiO2相，会抑制BaTiO3生长，有利于获得细晶结构，而若是TiO2过量3%，没有第二相生成，可以看作A空位以氧缺位补偿的缺陷结构，缺陷结构有利于晶体生长，则晶粒粗大

13、，,3.3.5 混合,3.3.6 塑化,（一）有机塑化剂（粘结剂）、增塑剂、溶剂,为了满足不同的成型要求，坯料中要加有机塑化剂。塑化剂又称黏合剂（粘结剂）是具有黏结特性的有机化和物，它的作用是把粉料粘结在一起，增加坯料的可塑性和提高坯体的强度，如聚乙烯醇（PVA），聚醋酸乙烯酯，羧甲基纤维素（CMC），糊精等。,它应满足以下要求： （1） 要有足够的黏性，以保证良好的成型性和坯体的机械强度； （2）经高温煅烧能全部挥发，坯体中不留或少留胶黏剂残余杂质； （3）工艺简单没有腐蚀性对瓷料性能无不良影响。,1 聚乙烯醇（PVA） 聚乙烯醇是白色或淡黄色丛毛状或粉末状晶体， 含有极性基团OH，溶于乙醇

14、、乙二醇、甘油等有机溶剂。水解度在80-90%才溶于水。70时溶解96-98%； 不能用于CaO， BaO， ZnO， MgO， B2O3等氧化物，硼酸盐，磷酸盐等盐类，因为生成脆性化合物或象橡胶的弹性络和物。 轧膜成型的聚乙烯醇聚合度n在1500-1700，太大则弹性太大不利于轧膜，太小则强度低，脆性大，也不利于轧膜。用于pH7时的轧膜成型。,2 聚醋酸乙烯酯（(C4H6O2)n） 聚醋酸乙烯酯为无色透明珠状体或粘稠体， 溶于低分子量的酮、醇、酯、苯、甲苯，不溶预水和甘油。 聚合度在400-600， 适用于CaO, MgO， Al2O3， ZnO， PbO， 硼酸盐， 高岭土， 滑石粉， C

15、aCO3， BaCO3。 用于pH8轧膜成型。,2 羧甲基纤维素（CMC） 羧甲基纤维素一般用它的纳盐，白色粉末，易溶于水； 烧后仍有钠的灰分。 常用的塑化剂还有石蜡，糊精，桐油等,增塑剂是指对水有良好的亲和力并能溶于水的化合物，插入高分子间，增大其距离，降低粘度，如甘油。 溶剂是指能溶解上面两种化合物，如水，无水酒精（乙醇），丙酮，苯等。,羧甲基纤维素和PVA相比，尽管CMC的价格低廉，但粘性不如PVA，故轧膜等成型要求较高时，仍用PVA，且PVA也较CMC挥发更为均匀些，可减少瓷体开裂。,（二） 塑化剂对性能的影响,有机塑化剂能烧掉，但释放的CO又还原作用，并留下灰分和气孔。 1 粘结剂的

16、还原作用 有机粘结剂在400前都烧掉，挥发量最多是300。所以烧成时升温不能过快，以免挥发过快产生裂纹；并注意保持氧化气氛。 如是在近于密闭状态下烧成，粘结剂燃烧产生的CO会使制品受到还原影响，特别是易还原的TiO2和BaTiO3,2 粘结剂对机械强度的影响 不同温度阶段，其影响有所不同，400前，粘结剂没挥发完，粘结剂多的强度高；400后，粘结剂挥发完，粘结剂少的强度高。 3 粘结剂对绝缘强度的影响 粘结剂越多，烧成后瓷体气孔越多，故击穿电压越低。,3.3.7 造粒,原料细有利于固相反应和烧结，但对干压成型，细粉的流动性不好，不能均匀地充满模子，容易出现空洞，边角不致密，层裂等问题。 将细粉

17、料混合粘结剂，做成流动性较好的粗粒子（20-80目），形成体积密度大的小球，则既可以改善流动性而又不影响粉料的烧结性能，同时还能增加颗粒间的结合力，提高坯体的机械强度。这种将已经磨得很细的粉料，经过干燥，加粘结剂，做成流动性较好的较粗颗粒的工艺即是造粒。,造粒工艺按操作方式可分为以下三类： 1 手工造粒法：粉料中加入适量的塑化剂(4%6%的浓度为5%的聚乙烯醇溶液)混合均匀后过筛，依靠塑化剂的黏聚作用，可获得粒度约20目的粗团粒。 优点：操作简单。 缺点：若搅拌塑化剂不均匀，易使胚体分层和密度不一致的粗粒子。,2、加压造粒法：将粉料加入塑化剂，预先搅拌混合均匀过20目筛，然后用液压 机将其压成

18、圆饼，再将其破碎过筛(20目)后即成团粒。 优点：团粒的体积密 度大，制品的机械强度高。 缺点：效率低，技术操作要求严格,3、喷雾干燥造粒法：将混合有适量塑化剂的粉料预先做成浆料，再用喷雾器喷 入造粒塔进行雾化和干燥，干燥好的粒子即为流动性较好的球状团粒。造粒的好坏与料浆黏度、喷雾方法有关。现代最佳选择,干压成型所用粘合剂,3.3.8 悬浮,通常是通过加入电解质来调节泥浆的流动性。(一) 电解质的作用及用量 1 电解质加进之前 如果粘土粒子是带负电的，这时粒子主要吸附的对象是水溶液中的氢离子，由于氢离子水化程度小，进入吸附层中的数量较多(小部分留在扩散层内)，同时也中和了粒子所带的大部分电荷。

19、这样，粒子之间的排斥力就减少，容易凝聚，因而泥浆粘度很大，流动性很差。,2 加进电解质以后 生产上常用的电解质有纯碱(Na2CO3)，水玻璃 (Na2SiO3)等无机化合物。由于Na+离子水化程度很大，也就是水化膜很厚，使它的体积超过H+离子很多。吸附层和扩散层里的H+被Na+置换出来。由于水化了的Na+离子的体积比H+离子大得多，吸附层内容纳的Na+离子数就比H+离子少，所以它只能抵消一小部分粒子表面上的负电荷，粒子之间的排斥力增加，因而泥浆的粘度就小，流动性就好。,3 电解质的选择 标准是根据在水中离解后阳离子水化程度的大小来决定的：我们总是选水化程度大的那种阳离子来做电解质。根据试验，一

20、价阳离子的水化程度最大，二价的次之，三价的最差。,4 电解质的用量 电解质的用量，对不同的粘土和不同的电解质来说，情况是不一样的，但有一个共同的趋势，就是电解质用量都有一个最大的限度，超过这个限度，泥浆的流动性反而不好了。 因为当流动性达到一个最大的限度以后，再往泥浆中加入电解质时，Na+离子浓度变大，它就要更多地挤进吸附层中去，粒子之间的排斥力就减少，因而泥浆的流动性就开始变坏。,3.4 成型工艺,成型是将制备好的坯料，用各种不同的方法制成具有一定形状和尺寸以及一定密度和强度的的坯体（生坯）的过程。,一 坯体成型前的准备 首先是利用物理、化学（煅烧、预合成）等方法对粉料进行处理获得所需要规格

21、的粉体； 然后按照瓷料的成分，将各种原料进行称量配料，配料后根据不同的成形方法，混合制备成满足成型工艺要求的坯料。,二 陶瓷成型方法,（1） 干压成型（Dry pressing） （2） 等静压成型(Isostatic Pressing) （3） 注浆成型（Slip casting） （4） 热压铸成型（Hot pressing casting） （5） 流延法成型（Tape casting / Doctor blade） （6） 挤压成型（Extrusion molding） （7） 轧膜成型（Roll compacting） （8） 凝胶铸模成型（Gel casting）,造粒（0.1mm

22、）,（一）压制成型,1定义： 压制成型是将含有一定水分（或其它粘结剂）的粒状陶瓷粉料，装入模具内直接在压力的作用下而成形的方法。,施压设备：机械压机、油压机或水压机等,粉料含水量8%15时为半干压成型；,粉料含水量为48时为干压成型；,特殊的压制工艺（如等静压法），坯料水分可在3以下。,2.压制方法 压制方法主要有干压成型、等静压成型和热压烧结成型等。,（1）干压成型（Dry pressing）,将团粒松散装入模具内，在压机柱塞施加的外压力作用下，形成较致密的具有一定形状、尺寸的压坯，然后卸模脱出坯体。适用于厚度不大的圆片、圆环等,钢模,a)单向加压 b)双向加压图 干压成形的密度梯度,a、坯

23、料含水量在4%-8% 左右，,干压成型注意要素：,b、加压方式,双向加压坯体密度不均匀性要比单向加压小得多，但双向加压的模具比较复杂。,H/D越大，密度越不均匀，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，烧成时收缩也就不同，容易引起产品变形和开裂,d、加压速度 (压模下落速度)： 宜缓慢些，且有保压时间。加压速度过快会导致坯体分层、坯体内夹杂气泡、表面致密而中间松散等缺陷。当坯体较厚，H/D比值较大时，或者粉料颗粒较细、流动性较低，则宜减慢加压速度、延长持压时间。为了提高压力的均匀性，通常采用多次加压。,c、成型压力： 其大小直接影响瓷件的密度和收缩率。一般成型压力大，烧结后产品收

24、缩小、密度高。但压力超过一定值时，瓷件密度提高很少。而且当压力过大时，坯件还易出现裂纹、分层和脱模困难等现象。,干压成型（模压成型）特点：,优点：操作简便，生产效率高，制品烧成收缩率小，不易变形，易于自动化，是生产厚度不大、几何形状简单片状产品的常用的方法之一。 缺点：粉料容易团聚，坯体厚度大时内部密度不均匀，制品形状可控精度差，对模具质量要求高、复杂形状的部件模具设计较困难，有些成型坯件会有明显的各向异性等。,借助于高压泵把液体或气体介质压入耐高压的钢体密闭容器内，高压流体介质的等静压力直接作用于弹性的软模内的陶瓷粒状粉料上，使其各方向同时受到液体或气体介质传递的均衡压力而获得密度分布均匀以

25、及强度较高的压坯。 主要特点是模具具有弹性，运用液体或气体介质均匀可以向各方向均匀的传递压力的特点对其施压。 坯料水分 1% 3%,（2） 等静压成型(Isostatic Pressing), 等静压成型设备和材料,设备的主要部件：高压容器和高压泵。辅助设备：高压管道、高压阀门、高压表及弹性模具等。 对模具材料的要求：能均匀伸长、展开，不易断裂也不能太硬，能耐液体介质作用。常用的材料：橡胶、乳胶和塑料等。橡胶、乳胶受高压后易变形、成本高；塑料易制作，受压后变形不大、成本也较低。, 根据使用模具不同，分为湿式等静压成形和干式等静压成形两种,等静压成型分类,湿袋式等静压（Wet-bag isost

26、atic pressing ）：模具和流体介质直接接触，将粉料装入橡胶等可变形的容器中，密封后放入高压缸内，通过液体传递使坯体受压成型 。, 用于小批量生产和科研，能压制形状复杂和特大的产品。但成型时间长，效率低。,干袋式等静压（干式等静压）：模具不与加压液体直接接触，加压橡皮袋封紧在高压容器中，加料后的弹性模具送入压力室，压力泵将液体介质注入到高压缸和加压橡皮之间，通过液体和加压橡皮将压力传递使坯体受压成型。加压成型后退出脱模。, 用于批量生产几何形状简单的产品，如管、圆柱等，生产效率高。,优点：模具不和加压液体直接接触，可以减少模具的移动，不要调整容器中的液面和排除多余的空气，因而能加速取

27、出压好的坯体，可实现连续等静压。 缺点：只是在粉料周围受压，粉体的顶部和底部都无法受到压力。这种方法只适用于大量压制同一类型的产品，特别是几何形状简单的产品，如管子、圆柱等。,冷等静压成形 CIP：在室温下，采用高压液体传递压力的等静压成形。,等静压成型分类,热等静压成形HIP：在高温下，采用惰性气体代替液体作压力传递介质的等静压成形，高压容器装有加热炉体，是在冷等静压成形与热压烧结的工艺基础上发展起来的，又称热等静压烧结。, 根据成形温度：,将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法,热压烧结,热压成形烧结示意图,热压烧结的特点： 热压烧结由于加热加

28、压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力仅为冷压的1/10；降低烧结温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品。 无需添加烧结助剂或成型助剂，可生产超高纯度的陶瓷产品。 热压烧结的缺点是过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高。,1. 粉体预处理，对瘠性粉料等静压成型工艺也需要对粉体进行预处理，通过造粒工艺提高粉体的流动性，加入粘结剂和润滑剂减少粉体内摩擦力，提高黏结强度，使之适应成型工艺需要。 2. 成型工艺，包括装料、加压、保压、卸压等过程。装料应尽量使粉料

29、在模具中装填均匀，避免存在气孔；加压时应求平稳，加压速度适当；针对不同的粉体和坯体形状，选择合适的加压压力和保压时间；同时选择合适的卸压速度。 3. 成型模具，等静压对成型模具有特殊的要求，包括有足够的弹性和保形能力；有较高的抗张抗裂强度和耐磨强度；有较好的耐腐蚀性能，不与介质发生化学反应；脱模性能好；价格低廉，使用寿命长。一般湿式等静压多使用橡胶类模具，干式等静压模具多使用聚氨酯、聚氯乙烯等材料。,等静压成型工艺：,等静压成型的特点,a 干压只有一到二个受压面， 而等静压则是多方向加压多面受压，有利于把粉料压实到相当的密度。与施压强度大致相同的其他压制成型相比， 等静压可以得到较高的生坯密度

30、， 且各个方向上密度均匀， 不因形状厚薄不同而有较大变化。 同时粉料颗粒的直线位移小， 消耗在粉料颗粒运动时的摩擦力相应小了， 提高了压制效率,b 由于等静压的压强方向性差异不大， 粉料颗粒间和颗粒与模具的摩擦作用显著地减少， 故生坯中产生应力的现象是很少出现，生坯强度较高。,c 等静压成型的生坯内部结构均匀， 不存在颗粒取向排列，不会象挤压成型那样使颗粒产生有规则的定向排列（不分层） 。,d 可以采用较干的坯料成型（粉料含水量仅为1%-3%），很少使用粘合剂或润滑剂，有利于减少干燥和烧成收缩及降低瓷件的气孔率。,e 不需要金属模具，模具制造方便，成本低。,f 对制品的尺寸和尺寸之间的比例没有

31、很大限制， 等静压可以成型直径为 500 、 长2100 左右的粘土管道， 并且对制品形状的适应性也较宽。 另外， 等静压可以实现高温等静压， 使成型与烧成合为一个工序。,缺点：适用于简单形状制品，形状和尺寸控制性差，而且生产效率低、难于实现自动化批量生产。,（二） 可塑成型,可塑法成型是利用外力对具有一定可塑变形能力的坯料进行加工成型的方法。基本原理是基于坯料的可塑性。,1 热压铸（注）成型（Hot pressing casting）,定义：将含有石蜡的浆料在一定的温度和压力下注入金属模具中，待坯体冷却凝固后再进行脱模排蜡的成型方法。适用于形状复杂、尺寸精度高的中小型陶瓷制品。,主要工序：制

32、备蜡浆、坯体浇注成型、排蜡,（1） 制备蜡浆, 蜡浆组成：由粉料（87.5-86.5%，含 0.4%-0.8%的油酸） 、塑化剂（12.5-13.5%） 、表面活性剂组成。,粉料：必须用煅烧过的熟料，含水量要小于0.5%, 保证铸浆有良好的流动性，减少坯体收缩率，提高产品尺寸精度。,塑化剂：石蜡,表面活性剂：油酸、硬脂酸, 蜡浆(铸浆)配制工艺 (设备：快速和蜡机、慢速和蜡机 ),a. 将石蜡加热熔化（70-90），将改性后的粉料加热后倒入石蜡熔液，边加热边搅拌制成蜡饼；,b将蜡饼放入和蜡机中。先放入快速和蜡机中，温度为100-110，转筒速度40r/min，至蜡饼熔化，冷却到60-70，倒至

33、慢速和蜡机中，搅拌速度为30 r/min，以排出气泡， 约需2h。,(2) 热压铸成型工艺参数,蜡浆温度。6075，温度升高，则蜡浆的粘度下降，坯体致密，但冷却收缩相应大。温度过低，则易出现欠注、皱纹等缺陷。, 钢模温度。决定坯体冷却凝固的速度。一般为2030。, 成型压力。与浆桶深度、料浆性能有关。一般可以采用0.30.5 MPa。压力持续时间应以铸浆充满整个模具腔体并凝固时为标准。, 排蜡,必须先将坯体中的石蜡排出干净，再进行产品的烧成。,在1200-1300煅烧过的氧化铝是最好的吸附剂,吸附剂除了吸附石蜡和胶黏剂外 还起到固定瓷坯体形状，使坯体受热均匀，防止坯体变形和开裂的作用。,用压缩

34、空气向蜡浆加压的压气式热压 注机。是利用恒温密闭的浆桶及压缩 空气送蜡浆进入注模。成型前，把熔 热压注成型化好的蜡浆放入浆桶中， 通电加热使蜡浆达到要求的温度。浆 桶外面是维持恒温的油浴桶，桶内插 入节点温度计，接上继电器控制温度。 成型时，将模具的进浆口对准注机出 浆口，脚踏压缩机阀门，压浆装置的 顶杆把模具压紧，同时压缩空气进入 浆桶，把浆料压入模内。维持短时间 后，停止进浆，排出压缩空气。把模 具打开，将硬化的坯体取出，用小刀 削去注浆口注料，修整后得到合格的 生坯。,热压铸成型（Hot pressing casting）,优点：1. 可成型形状复杂的陶瓷制品，尺寸精度高，几乎不需要后续

35、加工，是制作异形陶瓷制品的主要成型工艺 2. 成型时间短，生产效率高，易于工业规模生产。 3. 相比其它陶瓷成型工艺，其成型设备不复杂，模具磨损小，操作方便，生产成本相对较低，对生产设备和操作环境要求不高。 4. 对原料适用性强，如氧化物、非氧化物、复合原料及各种矿物原料均可适用。,热压铸成型（Hot pressing casting）,缺点：1. 气孔率高、内部缺陷相对较多、密度低，制品力学性能和性能稳定性相对较差。 2. 需要脱蜡环节，增加了能源消耗和生产时间。因受脱蜡限制，难以制备厚壁制品。 3. 不适合制备大尺寸陶瓷制品。 4. 难以制造高纯度陶瓷制品，限制了该工艺在高端技术领域的应用

36、。工序较繁.,2 轧膜成型 （Roll compacting）,是薄片瓷坯的成型工艺，主要用在电子陶瓷工业中瓷片电容、独石电容及电路基板等瓷坯，适于生产批量较大的1 mm以下的薄片状产品，如薄膜、厚膜电路基片、圆片电容器等。,轧膜成型 （Roll compacting）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，放入相向滚动的轧辊之间，使物料不断受到挤压，通过粗轧和精轧成薄膜状坯体后再进行冲片成型。,炼泥与成型同时进行,(1) 坯料的制备,瘠性粉料：预烧、过筛。,塑化剂：由粘合剂（PVA、聚醋酸乙烯酯、甲基纤维素）、增塑剂（甘油、己酸三甘醇、临苯二甲酸二丁酯）和溶剂（水

37、、甲苯、乙醇）配置而成。,将瘠性粉料和塑化剂、溶剂搅拌均匀、利用轧膜机混炼使之充分混合、吹风（使溶剂挥发）、粗轧。,（2）轧膜成型用塑化剂,各种轧膜瓷料用塑化剂的不同配比,(3) 轧膜成型工艺,炼泥与成型同时进行，粗轧后的厚膜仍要多次反复轧炼以保证泥料高度均匀并排出气泡。,在轧膜过程中逐步缩小轧辊间距，至所需厚度，最后进行冲切。, 注意：轧膜过程中只在长度、厚度方向受碾压，宽度方向缺乏足够的压力，故具有颗粒定向排列，导致烧成收缩不一致，从而使产品的致密度、机械强度具有方向性。,解决办法：轧膜时不断将膜片作90倒向、折叠。,（4）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

38、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。,3 流延法成型 （Tape casting/Doctor blade）,特点：是超薄型瓷片的成型方法，可成型厚度 0.05 mm的薄膜。主要用以制取薄片型或叠片型陶瓷独石电容器、氧化铝陶瓷基片等产品成型方法 。,浆料由粉料（一般 3 m）、塑化剂和溶剂组成。将浆料充分混合，搅拌除泡，真空脱气，过滤，最后利用流延机进行成型。,工艺：细磨、煅烧后的超细熟料粉中，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，

39、在流延机导带上流延成型。,工艺流程,溶剂,混磨,烧结促进剂,细磨熟料,抗聚凝剂,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,流延法成型 （Tape casting/Doctor blade）,特点：是超薄型瓷片的成型方法，可成型厚度为10微米以下的陶瓷薄片。生产效率比轧膜成型大大提高，易于连续自动化生产；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%。,4 挤压成型（Extrusion molding）,定义：又称挤制或挤出成型，是将经真空炼制的泥料，置于挤制机内，只需更换挤制机的机嘴，就能挤压出

40、各种形状的坯体，坯体截面形状为机嘴模具形状。 适用性：棒形和管形及厚板片状坯体等沿挤出方向外形平直的制品 。,对泥料的要求：粉料有足够的细度和圆润的外形，以保证必要的流动性。溶剂粘结剂等用量要适当，混合要均匀，如用量不当成不均匀，则挤出的坯件易产生扭弯变形,设备：挤压机，分为卧式和立式挤压机两种。前者用于挤压比较大型的瓷棒或瓷管；后者用于挤压小型瓷管和瓷棒。,优点：生产效率高、适用于连续化批量生产、操作简便 缺点：机嘴结构复杂，加工精度要求高不适宜三维复杂形状制品，二维制品要求外形平直，制品烧成收缩大。,常用的有机粘结剂：糊精（加入量不超过6%）、桐油（4%）、羧甲基纤维素和甲基纤维素水溶液（

41、28%）、亚硫酸纸浆废液等。,（三） 注浆成型（Slip casting）,传统的定义：在石膏模的毛细管力作用下，含有一定水分的流动性良好的泥浆(坯料含水量3040%)脱水硬化、成型的过程。,1 概述：,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,空心注浆（单面注浆）drain casting 料浆注入模型后，由模型单面吸浆，当注件达到要求的厚度时，排出多余料浆而形成空心注件。,2 基本注浆成型方法,实心注浆 (双面注浆) solid casting 料浆注入模型后，料浆中的水分同时被模型的两个工作面吸收，注件在两模之间形成，没有多余料浆排出。,强

42、化注浆 在注浆过程中，人为地对料浆施加外力，以加速注浆过程进行，提高注浆速度，使坯体致密度与强度得到提高。强化注浆法有真空注浆、离心注浆和压力注浆等。,3 强化注浆成型方法（提高注浆速度和坯体质量）,1)、离心注浆法 使模型在旋转情况下进浆，料浆在离心力的作用下紧靠模壁形成致密的坯体。气泡较轻，易集中在中间最后破裂排出，故可提高吸浆速度与制品质量。 要求：泥浆中的颗粒分布范围窄，否则大颗粒集中在靠近模型的坯体表面，而小颗粒集中在坯体内面，造成坯体组织不均匀，收缩不一致。,2)、真空注浆 在模型外抽真空，或将加固后的石膏模放在真空室中负压操作，以增大石膏模内外压，提高注浆成型时的推动力，提高吸浆

43、速度，缩短坯体形成时间，提高坯体致密度和强度，同时减少坯体的气孔和针孔。,3)、压力注浆 通过提高泥浆压力来增大注浆过程推动力，加速水分的扩散，不仅可缩短注浆时间，还可减少坯体的干燥收缩和脱模后坯体的水分。 注浆压力越高，成型速度越大，生坯强度越高。但是受模型强度的限制。 模型的材料：石膏模型、多孔树脂模型、无机填料模型。,注浆成型工艺特点：,（1）注浆成型工艺简单，适于成型各种产品，形状复杂、不规则、薄、体积较大而且尺寸要求不严的器物。,（2）坯体结构均匀，但含水量大且不均匀，坯体烧后密度小，机械强度差，干燥与烧成收缩大、变形大。,（3）工艺生产周期长，劳动强度大，手工操作多， 占地面积大，

44、 石膏模用量大。,2.4 陶瓷材料的表面金属化,为了实现陶瓷与金属的焊接，需要在陶瓷的表面牢固地粘附一层金属薄膜，这种过程称为陶瓷的“金属化”。,陶瓷的金属化方法很多，在电容器，滤波器及印刷电路等技术中，常采用被银法。此外还有采用化学镀镍法、烧结金属粉末法、活性金属法、真空气相沉积和溅射法等。,一 烧渗银法,烧渗银法又称被银法，是指在陶瓷表面烧渗一层银，作为电容器、滤波器的电极或集成电路基片的导电网络。,工艺流程：瓷件预处理银浆的配制涂敷烧渗银,1 瓷件预处理,瓷件金属化之前必须预先进行净化处理。清洗的方法很多，可用30-60热皂水进行超声波清洗，再用50-80清水冲洗2-5min，然后再100-140条件下烘干备用。,2 银电极浆料的制备, 主要原料有三大类： 一是银及其化合物，如银粉、碳酸银、氧化银等； 二是熔剂类化合物，如氧化铋、偏硼酸铅、氟硼酸铅、特种玻璃等； 三是粘结剂化合物，如乙基纤维素、硝化纤维、松节油、松香油、松油醇、蓖麻油、亚麻仁油、大茴香油、环已酮、无水乙醇、邻苯二甲酸二丁酯等。,（2）助熔剂： 主要起到降低银浆烧渗温度的助熔作用，还有增强银层与瓷体表面附着力的作用 Bi2O3、PbB4O7 硼酸铅的熔点约600， Bi2O3的熔点约800，附着力Bi2O3优于硼酸铅 硼酸铅是常用的助熔剂。,粘结剂在银浆中的