陶瓷机制成型工艺

陶瓷机制成型工艺成型技术是制备陶瓷材料的一个重要环节。陶瓷制造经历数千年历史,直到20世纪中叶因为烧结理论的创立获得了飞速发展。上世纪七八十年代关于超细粉体制备和表征的发展,促使陶瓷工艺第二次大发展。当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成型工艺技术没有突破.压力成型不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。成型工艺是陶瓷材料制备过程的重要环节之一,在很大程度上影响着材料的微观组织结构,决定了产品的性能、应用和价格。过去,陶瓷材料学家比较重视烧结工艺,而成型工艺一直是个薄弱环节,不被人们所重视。现在,人们已经逐渐认识到在陶瓷材料的制备工艺过程中,除了烧结过程之外,成型过程也是一个重要环节。在成型过程中形成的某些缺陷(如不均匀性等)仅靠烧结工艺的改进是难以克服的，成型工艺已经成为制备高性能陶瓷材料部件的关键技术,它对提高陶瓷材料的均匀性、重复性和成品率,降低陶瓷制造成本具有十分重要的意义。陶瓷成型工艺大致可分为以下几个方面:注浆成型、可塑成型、压制成型。1注浆成型工艺过程：将制备好的坯料泥浆注入多孔性模型内，由于多孔性模型的毛细管力吸水性，泥浆在贴近模壁的一侧被模子吸水而形成均匀的泥层，并随时间的延长而加厚，当达到所需厚度时，将多余的泥浆倾出，最后该泥层继续脱水收缩而与模型脱离，从模型取出后即为毛坯。工艺特点：一方面适于成型各种产品，形状复杂、不规则、薄、体积较大而且尺寸要求不严的器物，如花瓶、汤碗、椭圆形盘、茶壶等。另外一方面，坯体结构均匀，但含水量大且不均匀，干燥与烧成收缩大。基本注浆成型方法:空心注浆法（单面注浆）要求浆料流动性、稳定性好，粒度细，比重小(1.55-1.7g/cm3)，脱模水分15-20%。吸浆时间决定坯体厚度，同时与模具温度、湿度、泥浆性质有关。适用于小、薄件。实心注浆(双面注浆)与空心浇注相比，料浆比重大，浆料粒度可稍粗，触变性可稍差强化注浆成型方法在注浆过程中人为地施加外力，加速注浆过程的进行，使吸浆速度和坯体强度得到明显改善的方法。真空注浆模具外抽真空，或模具在负压下成型，造成模具内外压力差，提高成型能力，减小坯体的气孔和针眼。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。根据压力的大小可将压力注浆分为：微压注浆:压力0.03Map,采用石膏模型。中压注浆：压力0.15～0.4Map,强度较高的石膏模型，树脂模型。高压注浆：压力2Map,高强度树脂模型。注浆成型常见缺陷分析:1、开裂：由于收缩不均匀产生的应力引起。如石膏模各部干湿不均；制品厚薄差；注浆不连续而形成含气夹层；解凝剂用量不当，有凝聚倾向；泥浆未经陈腐，水分不均，流动性差；可塑粘土用量不当；脱模过早或过迟；干燥温度过高。2、坯体生成不良或缓慢：电解质用量不当，浆料中有促进凝聚的杂质（如石膏、硫酸钠等）；泥浆或模具水分过高；泥浆温度过低（低于10℃）；模具气孔率低、吸水率低。3、脱模困难：新模表面有油膜；泥浆或模具水分过多；泥浆粘土用量过多；泥浆原料颗粒过细。4、气泡针孔：模具过干过湿过热或过旧；泥浆排气不良；注浆过快，不利排气；模具设计不利排气；浆料存放过久或温度过高；模具内浮尘未清。5、变形：原因同开裂注浆成型常见缺陷分析:1、开裂：由于收缩不均匀产生的应力引起。如石膏模各部干湿不均；制品厚薄差；注浆不连续而形成含气夹层；解凝固剂如果用量不当，有凝聚倾向；泥浆未经陈腐，水分不均，流动性差；可塑粘土用量不当；脱模过早或过迟；干燥温度过高。2、坯体生成不良或缓慢：电解质用量不当，浆料中有促进凝聚的杂质（如石膏、硫酸钠等）；泥浆或模具水分过高；泥浆温度过低（低于10℃）；模具气孔率低、吸水率低。3、脱模困难：新模表面有油膜；泥浆或模具水分过多；泥浆粘土用量过多；泥浆原料颗粒过细。4、气泡针孔：模具过干过湿过热或过旧；泥浆排气不良；注浆过快，不利排气；模具设计不利排气；浆料存放过久或温度过高；模具内浮尘未清。5、变形：原因同开裂。可塑成型：利用外力对坯料进行成型。基本原理是基于坯料的可塑性。滚压成型工艺原理和特点：成型时盛放着泥料的石膏模型和滚压头分别绕自己的轴线以一定的速度同方向旋转。滚压头在旋转的同时逐渐靠近石膏模型，对泥料进行滚压成型。优点：坯体致密、组织结构均匀、表面质量高。阳模滚压（外滚压）：滚压头决定坯体形状和大小，模型决定内表面的花纹。阴模滚压（内滚压）：滚压头形成坯体的内表面。滚压成型的主要控制因素（1）对泥料的要求：水分低、可塑性好。成型时模具既有滚动，又有滑动，泥料主要受压延力的作用。要求有一定的可塑性和较大的延伸量。可塑性低，易开裂；可塑性高，水分多易粘滚头。阳模滚压和阴模滚压对泥料的要求有差别。阴模滚压受模型的承托和限制，可塑性可以稍低，水分可稍多。（2）滚压过程控制：分压下（轻）、压延（稳）、抬起（慢）阶段。（3）主轴转速（n1）和滚头转速(n2)：控制生产效率；对坯料的施力形式，控制坯体的密度均匀和表面光洁。滚压头的温度热滚压：100～130℃，在泥料表面产生一层气膜，防止粘滚头，坯体表面光滑。冷滚压：可用塑料滚压头，如聚四氟乙烯。滚压成型常见缺陷:（1）粘滚头：泥料可塑性太强或水分过多；滚头转速太快；滚头过于光滑及下降速度慢；滚头倾角过大。（2）开裂：坯料可塑性差；水分太少，水分不均匀；滚头温度太高，坯体表面水分蒸发过快，引起坯体内应力增大。（3）鱼尾：坯体表面呈现鱼尾状微凸起。原因是滚头摆动；滚头抬离坯体太快。（4）底部上凸：滚头设计不当或滚头顶部磨损；滚头安装角度不当；泥料水分过低。（5）花底：坯体中心呈菊花状开裂。原因是模具过干过热；泥料水分少；转速太快；滚头中心温度高；滚头下压过猛；新模具表面有油污。塑压成型：将可塑泥料放在模型中在常温下压制成型的方法。模型：蒸压型的α－半水石膏，内部盘绕多孔性纤维管，用以通压缩空气或抽真空。成型压力与坯泥的含水量有关。坯体的致密度较旋坯法、滚压法都高。因此，需要提高模型强度：采用多孔性树脂模、多孔金属模。压制成型：将含有一定水分（或其它粘结剂）的粒状粉料填充于模具之中，对其施加压力，使之成为具有一定形状和强度的陶瓷坯体的成型方法叫做压制成型。又称模压成型或者干压成型。粉料含水量在8%~15％时为半干压成型；粉料含水量为3％~7％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。压制成型的模具和设备：模具可用工具钢制成。产品外形不合理，决定了模具设计不合理，致使影响成型质量，因此，有时宁可对产品的外形作一些修改，使模具设计合理。模具设计应遵循的原则：便于粉料填充和移动，脱模方便，结构简单，设有透气孔，装卸方便，壁厚均匀，材料节约等。模具加工应注意尺寸精确，配合精密，工作面要光滑等。施压设备：机械压机、油压机或水压机等。等静压成型等静压成型原理：是装在封闭模具中的粉体在各个方向同时均匀受压成型的方法。等静压成型是干压成型技术的一种新发展，但模型的各个面上都受力，故优于干压成型。等静压成型过程该工艺主要是利用了液体或气体能够均匀地向各个方向传递压力的特性来实现坯体均匀受压成型的。等静压成型与干压成型的主要差别：粉料各个方向受压，粉料颗粒的直线位移减少，利于把粉料压到相当的密度，同时消耗在粉料颗粒运动时的摩擦功相应减少，提高了压制效率。粉料内部和外部介质中的压强相等，因此空气排出困难，限制通过增大压力来压实粉料的可能，故生产中有必要排除装模后粉料中的少量空气。等静压成型的优点：（1）与施压强度大致相同的其它压制成型相比，等静压成型可以得到较高的生坯密度，且密度在各个方向上都比较均匀。(2)生坯内部的应力小（压强的方向性差别小于其它成型方法，颗粒间、颗粒与模型间的摩擦力减小）。(3)成型的生坯强度高，内部结构均匀，不会像挤压成型那样使颗粒产生有规则的定向排列。(4)可以采用较干的坯料成型，也不必或很少使用粘合剂或润滑剂，有利于减少干燥和烧成收缩。(5)对制品的尺寸和尺寸之间的比例没有很大的限制。