宜興市勝達耐火陶瓷有限公司???
Yixing Shengda Refractory Ceramic Co., Ltd????
特種陶瓷的成型技術
來源: | 作者:Shengda Ceramic | 發布時間: 2016-03-13 | 122 次瀏覽 | 分享到:
Powder forming is an important part of the preparation of ceramic materials or products. The purpose of powder forming technology is to make the internal structure of the body uniform and dense, which is to improve the reliability of ceramic products, a key step. Forming process is the dispersion system (powder, plastic materials, slurry) into a certain geometry and strength of the block, also known as biscuit. There are many powder forming methods, such as colloidal forming process, solid molding process, ceramic colloidal injection molding. Different forms of material application of different forming methods.

    粉末成形是陶瓷材料或制品制備過程中的重要環節。粉料成形技術的目的是為了使坯體內部結構均勻、致密,它是提高陶瓷產品可靠性的關鍵步驟。成形過程就是將分散體系(粉料、塑性物料、漿料)轉變為具有一定幾何形狀和強度的塊體,也稱素坯。粉末的成形方法很多,如膠態成形工藝、固體無模成形工藝、陶瓷膠態注射成形等。不同形態的物料應用不同的成形方法。究竟選擇哪一種成形方法取決于對制品各方面的要求和粉料的自身性質(如顆粒尺寸、分布、表面積)。陶瓷材料的成形除將粉末壓成一定形狀外,還可以外加壓力,使粉末顆粒之間相互作用,并減少孔隙度,使顆粒之間接觸點產生殘余應力(外加能量的儲存)。這種殘余應力在燒結過程中,是固相擴散物質遷移致密化的驅動力。沒有經過冷成形壓實的粉末,即使在很高的溫度下燒結,也不會產生致密化的制品。經燒結后即可得到致密無孔的陶瓷,可見成形在陶瓷燒結致密化中的重要作用。坯體成形的方法種類很多,如: 

(1) 熱壓鑄成形

  熱壓鑄成形也是注漿成形的一種, 但不同之處在于它是在坯料中混入石蠟,利用石蠟的熱流特性,使用金屬模具在壓力下進行成形,冷凝后獲得坯體的方法。 熱壓鑄成形的工作原理如下: 先將定量石蠟熔化為蠟液再與烘干的陶瓷粉混合,凝固后制成蠟板,再將蠟板置于熱壓鑄機筒內,加熱熔化成漿料,通過吸鑄口壓入模腔,保壓、去壓、冷卻成形,然后脫模取出坯體,熱壓鑄形成的坯體在燒結之前須經排蠟處理。 該工藝適合形狀復雜、精度要求高的中小型產品的生產,設備簡單、操作方便、勞動強度小、生產效率高。 在特種陶瓷生產中經常被采用。 但該工藝工序比較復雜、耗能大、工期長,對于大而長的薄壁制品,由于其不易充滿模具型腔而不太適宜。目前工業生產普遍的生產技術之一。

(2) 擠壓成形 

  將粉料、粘結劑、潤滑劑等與水均勻混合,然后將塑性物料擠壓出剛性模具即可得到管狀、柱狀、板狀以及多孔柱狀成形體。 其缺點主要是物料強度低容易變形,并可能產生表面凹坑和起泡、開裂以及內部裂紋等缺陷。 擠壓成形用的物料以粘結劑和水做塑性載體, 尤其需用粘土以提高物料相容性,故其廣泛應用于傳統耐火材料,如爐管以及一些電子材料的成形生產。該技術目前為勝達陶瓷主要生產技術之一。

(3) 流延成形 

  流延成形是將粉料與塑化劑混合得到流動的粘稠漿料,然后將漿料均勻地涂到轉動著的基帶上,或用刀片均勻地刷到支撐面上,形成漿膜,干燥后得到一層薄膜,薄膜厚度一般為 0.01~1mm。 流延法用于鐵電材料的澆注成形。 此外,它還被廣泛用于多層陶瓷、電子電路基板、壓電陶瓷等器件的生產中。 

(4) 凝膠注模成形 

  凝膠注模成形是一種膠態成形工藝, 它將傳統陶瓷工藝和化學理論有機結合起來, 將高分子化學單體聚合的方法靈活地引入到陶瓷的成形工藝中, 通過將有機聚合物單體及陶瓷粉末顆粒分散在介質中制成低粘度,高固相體積分數的濃懸浮體,并加入引發劑和催化劑,然后將濃懸浮體(漿料)注入非多孔模具中,通過引發劑和催化劑的作用使有機物聚合物單體交聯聚合成三維網狀聚合物凝膠,并將陶瓷顆粒原位粘結而固化成坯體。 凝膠注模成形作為一種新型的膠態成形方法, 可凈尺寸成形形狀復雜、強度高、微觀結構均勻、密度高的坯體,燒結成瓷的部件較干壓成形的陶瓷部件有更好的電性能。 目前已廣泛應用于電子、光學、汽車等領域。 

(5) 氣相成形 

  利用氣相反應生成納米顆粒, 如能使顆粒有效而且致密地沉積到模具表面,累積到一定厚度即成為制品,或者先使用其它方法制成一個具有開口氣孔的坯體, 再通過氣相沉積工藝將氣孔填充致密, 用這種方法可以制造各種復合材料。 由于固相顆粒的生成與成形過程同時進行,因此可以避免一般超細粉料中的團聚問題。 在成形過程中不存在排除液相的問題, 從而避免了濕法工藝帶來的種種弊端。 

(6) 軋模成形 

  將準備好的坯料伴以一定量的有機粘結劑置于兩輥之間進行輥軋, 然后將軋好的坯片經沖切工序制成所需的坯件。 軋輥成形時坯料只是在厚度和前進方向上受到碾壓,寬度方向受力較小。 因此,坯料和粘結劑會出現定向排列。 干燥燒結時橫向收縮大易出現變形和開裂,坯體性能會出現各向異性。 另外,對厚度小于 0.08mm 的超薄片,軋模成形是難以軋制的,質量也不易控制。 

(7) 注漿成形 

  根據所需陶瓷的組成進行配料計算, 選擇適當的方法制備陶瓷粉體進行混合、塑化、造粒等,才能應用于成形。 注漿成形適用于制造大型的、形狀復雜的、薄壁的陶瓷產品。 對料漿性能也有一定的要求,如:流動性好、粘度小,利于料漿充型,穩定性好。 料漿能長時間保持穩定,不易沉淀和分層,含水量和含氣量盡可能小等。

注漿成形的方法有:空心注漿和實心注漿。 為提高注漿速度和坯體質量,可采用壓力注漿、離心注漿和真空注漿等新方法。 注漿成形工藝成本低、過程簡單、易于操作和控制,但成形形狀粗糙,注漿時間較長、坯體密度、強度也不高。 在傳統注漿成形的基礎上, 相繼發展產生了新的壓濾成形和離心注漿成形工藝,借助于外加壓力和離心力的作用,來提高素坯的密度和強度, 避免了注射成形中復雜的脫脂過程,但由于坯體均勻性差,因而不能滿足制備高性能、高可靠性陶瓷材料的要求。 

(8) 注射成形 

陶瓷注射成形是借助高分子聚合物在高溫下熔融、低溫下凝固的特性來進行成形的, 成形之后再把高聚物脫除。 注射成形的優點是可成形形狀復雜的部件,并且具有高尺寸精度和均勻的顯微結構。 缺點是模具設計加工和有機物排除過程中的成本較高。 在克服傳統注射成形缺點的基礎上, 水溶液注射成形和氣相輔助注射成形工藝便發展起來。 水溶液注射成形采用水溶性的聚合物作為有機載體,較好地解決了脫脂問題。 水溶液注射成形技術可以很容易地實現自動控制, 比起傳統的注射成形成本低。 氣體輔助注射成形是把氣體引入聚合物熔體中而使成形更容易進行。 陶瓷膠態注射成形是將低粘度、高固相體積分數的水基陶瓷濃懸浮體注射到非孔模具中,并使之原位快速固化,再經燒結,制得顯微結構均勻、無缺陷和凈尺寸的高性能、高可靠性的陶瓷部件,并大大降低陶瓷制造成本。 陶瓷膠態注射成形解決了兩個重要的關鍵技術: 陶瓷濃懸浮體的快速原位固化和注射過程的可控性。 通過深入研究發現壓力可以快速誘導陶瓷濃懸浮體的原位固化,從而開發出壓力誘導陶瓷成形技術。 通過膠態注射成形技術可以獲得高密度、 高均勻性和高強度的陶瓷坯體。 這種成形技術可以消除陶瓷粉體顆粒的團聚體,減少燒結過程中復雜形狀部件的變形、開裂,從而減少最終部件的機加工量, 獲得高可靠性的陶瓷材料與部件。 避免了傳統陶瓷注射成形使用大量有機物所導致的排膠困難的問題,實現了膠態成形的注射過程,適合于規?;纳a,是高技術陶瓷產業化的核心技術。 

(9) 粉末注射成形 

金屬、陶瓷粉末注射成形(PIM)是一種新的金屬、陶瓷零部件制備技術。 它是將聚合物注射成形技術引入粉末冶金領域而生成的一種全新零部件加工技術。 該技術應用塑料工業中注射成形的原理,將金屬、陶瓷粉末和聚合物粘結劑混煉成均勻的具有粘塑性的流體, 經注射機注入模具成形, 再脫除粘結劑后燒結全致密化而制得各種零部件。 PIM 作為一種制造高質量精密零件的近凈成形技術, 具有比常規粉末冶金和機加工方法無法比擬的優勢。 PIM 能制造許多具有復雜形狀特征的零件:如各種外部切槽、外螺紋、錐形外表面、交叉通孔、盲孔、凹臺與鍵銷、加強筋板、表面滾花等,這些零件都是無法用常規粉末冶金方法制得。 由于通過 PIM 制造的零件幾乎不需要再進行機加工,所以減少了材料的消耗,因才能使材料獲得預期的顯微結構,賦予材料各種性能。生產的復雜形狀零件數量高于一定值時,PIM 比機加工方法更經濟。 PIM 工藝的優勢為:能一次成形生產形狀復雜的金屬、陶瓷等零部件。 產品成本低、光潔度好、精度高(0.3%~0.1%),一般無需后續加工。 產品強度、硬度、延伸率等力學性能高、耐磨性好、耐疲勞、組織均勻。 原材料利用率高,生產自動化程度高,工序簡單,可連續大批量生產。 無污染,生產過程為清潔工藝生產。 

坯體除以上成形方法之外,還有模壓成形、等靜壓成形等方法,當配方、混合、成形等工序完成后,還必須進行燒結才能使材料獲得預期的顯微結構,賦予材料各種性能。

關鍵詞:氧化鋯陶瓷件;氧化鋁陶瓷件;滑石瓷陶瓷件
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