1、特种陶瓷工艺学,学 院：材料科学与工程 授课人：臧传义,特种陶瓷粉体性能及其制备技术,特种陶瓷的成型方法,特种陶瓷的烧结机制及其方法,特种陶瓷的加工，以超硬材料金刚石、CBN烧结体为主,配 料, 配方计算 （自学） 配料制备 （制备方法同前粉体制备方法） 混合 （尽可能实现最大均匀性） 塑化 造粒 瘠性物料的悬浮问题,注意以下几个方面： 加料的次序（先多后少再多） 加料的方法（添加剂最好以化合物形式加入） 湿法混合时的分层 （干燥后再混合） 球磨筒的使用（专用）,混料,塑化：指利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过程 可塑性：指坯料在外力作用下发生无裂纹的形变，当外力去掉后不再恢复原状的性
2、能 塑化剂：指使坯料具有可塑性能力的物质。一般分无机塑化剂和有机塑化剂。对于特种陶瓷，一般采用有机塑化剂。,塑化,塑化机理,无机塑化剂在传统陶瓷中主要指粘土物质，其塑化机理主要是加水后形成带电的粘土-水系统，使其具有可塑性和悬浮性。有机塑化剂一般也是水溶性的，是亲水的，同时又是有极性的。因此，这种分子在水溶液中能生成水化膜，对坯料表面有活性作用，能被坯料的粒子表面所吸附，而且分子上的水化膜也一起被吸附在粒子表面上，因而在瘠性粒子的表面上，既有一层水化膜，又有一层粘性很强的有机高分子。而且这种高分子是蜷曲线性分子，所以能把松散的瘠性粒子粘结在一起，又由于有水化膜的存在，使其具有流动性，从而使坯料
3、具有可塑性。,塑化剂,常用塑化剂：聚乙烯醇（PVA），聚醋酸乙烯脂，石蜡等等塑化剂的选择：根据成型方法、坯料的性质、制品性能的要求、以及塑化剂的性质、价格和其对制品性能的影响来选择，还要考虑塑化剂的排除难易程度。,塑化剂的影响,还原作用：氧化不完全会产生CO气体，可能跟坯体中某些成分发生还原作用 对制品性能的影响：塑化剂挥发时会产生一定的气泡，可能影响坯体性质。这取决于塑化剂的用量和性质，如：塑化剂的挥发速度等。,一般要求塑化剂挥发温度低于坯体的烧成温度，而且挥发温度范围要大一些，有利于控制。,造粒,在很细的粉料中加入一定塑化剂，制成粒度较细。具有一定假粒度级配、流动性好的粒子（2080目），
4、又叫团粒, 一般造粒法团粒质量较差，大小不一，体积密度小 加压造粒法体积密度较大 喷雾造粒法质量好，产量大，可连续生产 冻结造粒法组成均匀，反应性与烧结性良好，主要用于实验,喷雾造粒,喷雾造粒,悬浮问题,为了方便注浆成型，对塑性差、不利于悬浮的瘠性物料，一般通过表面改性，通常通过在表面吸附活性物质来实现悬浮的目的。（1） 控制溶液PH值（2） 有机胶体和表面活性物质的吸附,带电粒子在水溶液中的双电层结构,当粒子和介质固定时，和扩散层厚度成正比；而电位的增高，可提高团粒间的斥力，有助于克服范德华力和和布朗运动，获得良好的悬浮性。,以Al203为例， Al203用盐酸处理后，在粒子表面生成三氯化铝
5、(AlCl3)，三氯化铝立即水解，生成AlCl2+和AlCl2+离子，犹如Al203粒子表面吸附了一层阳离子，使其成为一个带正电荷的胶粒，然后胶粒吸附OH而形成一个庞大的胶团。,（1） 控制溶液PH值,生产中可以利用此原理来调整Al203的PH值，使之悬浮或者凝聚,碱性介质中，,Al203料浆的PH值、 电位以及粘度的关系曲线。当PH值由114时， 电位出现两次最大值，最大值处粘度最低酸性介质中粘度更低,同样以Al203为例，还可以通过有机表面活性物质的吸附使其悬浮，如阿拉伯树胶、羧甲基纤维素等。,（2） 有机胶体和表面活性物质的吸附,阿拉伯树胶对Al203料浆粘度的影响，如图：当阿拉伯树胶少
6、时，吸附的Al203胶粒较多，使质量变大而聚沉；当阿拉伯树胶多时，在水中形成网络结构，并使Al203胶粒表面形成一层有机亲水保护膜，从而使胶粒碰撞聚沉变得困难，提高料浆稳定性。,成 型,注浆成型,把一定浓度的浆料注入石膏模中，与石膏相接触的外围首先脱水（或脱其它有机溶液）、硬化，粉料沿石膏模内壁成形出所需形状，经脱模、干燥后得到具有一定形状和强度的坯体，该方法称为注浆成形。,其优点是可制造大而复杂的制品，且成本较低，设备简单。但生产周期长，生产效率低，而且制品质量差，不适合特种陶瓷生产 工艺上，在进行注浆成形时，首先要配制悬浮液浆。 A）对料浆要求：一般要求料浆具有流动性好，稳定性好（不易沉淀
7、和分层），触变性小，含水（或含液）量低，渗透性好，气体含量低等性质。对于粘土质陶瓷材料，在料浆中加入适量解凝剂是调节其流动性、稳定性和触变性等性能的有效方法。 B）对解凝剂要求：能改变料浆中胶团的双电层厚度和电位，从而改变料浆的流变性能。,注浆成型,注浆过程操作实例,空心注浆,实心注浆,离心注浆,压力注浆, 缩短吸浆时间 减少坯体干燥时的收缩量 降低坯体脱模后的残留水分,热压铸成型,主要是利用石蜡料浆加热融化后具有流动性和可塑性，冷却后能在金属模中凝固成一定形状这一特点来完成的。和注浆成型相比，要多了排蜡这一工序。适合形状较复杂，精度要求高的中小型产品的生产。设备简单，操作方便，劳动强度不大，
8、生产效率较高，模具磨损小，寿命长，因此在特种陶瓷生产中经常采用。但工序复杂，排蜡过程尤为重要。,热压铸成型：制备蜡浆料,将石蜡（按配比)称取一定量(一般为12.513.5)后加热熔化成蜡液，然后与粉料均匀混合，凝固后制成蜡板。粉料要保证含水量不大于0.2。因为粉料内含水量大于l时，水分会阻碍粉料与石蜡完全浸润，粘度增大，难以成型。另外在加热时，水分会形成小气泡分散在浆料之中，使烧结后的制品形成封闭气孔，性能变坏。制备蜡浆时，在粉料中加入少量的表面活性剂(一般为0.40.8，如蜂蜡等)，可以减少石蜡的含量，改善成型性能等。料浆性能要确保稳定性与可铸性,热压铸成型：热压铸,原理是将配制成的料浆蜡板
9、放置在热压铸机筒内，加热至一定温度熔化，在压缩空气的驱动下，将筒内的料浆通过吸铸口压入模腔，根据产品的形状和大小保持一段时间后，去掉压力，料浆在模腔中冷却成型，然后脱模，取出坯体，有的还可进行加工处理，或车削、或打孔等。,热压铸成型：高温排蜡,A）先将坯体埋入疏松、惰性粉料（也称吸附剂,它在高温下稳定，且不易与坯体粘结，一般用煅烧的Al2O3粉料），然后按一定升温速度加热； B）当达到一定温度时，石蜡开始熔化，并向吸附剂中扩散，坯体逐渐收缩； C）当达到较高温度时，坯中颗粒间也开始出现一定的烧结反应； D）随着温度的升高和时间的延长，坯中有机物逐渐减少，坯体强度提高，体积减小；至有机物基本排除
10、时，排蜡过程则结束。工艺关键：控制升温速度和最高温度,热压铸形成的坯体在烧成之前，先要经排蜡处理。,排蜡工艺,排蜡工艺实例,挤压成型,利用压力把具有塑性的粉料通过模具挤出来成形的，模具的形状就是成形坯体的形状。适合挤制棒状、管状的坯体。,料浆要求：粉料细度要求较细，外形圆润，以长时间小磨球球磨的粉料为好。溶剂、增塑剂、粘结剂等用量要适当，同时必须使料浆高度均匀，否则挤压的坯体质量不好。 特点：污染小，操作易于自动化，可连续生产，效率高。适合管状、棒状产品的生产。但挤嘴结构复杂，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。,挤压制造蜂窝状坯体模具,注射成型
11、就是陶瓷粉料与热塑性有机载体配比、混合、造粒后，将其加入注射机中注射进模具型腔，经充填保压、冷却和脱模。即得含塑坯体，置排塑炉内，缓缓加热，排除有机成分，从而获得成型坯体。,注射成型,模压成型,又称为干压成形，是将粉料填充到模具内部后，通过单向或双向加压，将粉料压制成所需形状。工艺要求：注意加压速度和保压时间,干压成型特点工艺简单，操作方便，周期短，效率高，便于实行自动化生产。此外，坯体密度大，尺寸精确，收缩小，机械强度高，电性能好。但生产大型坯体时有困难，而且模具磨损大、加工复杂、成本高，其次加压只能上下加压，压力分布不均，致密度不均，收缩不均，会产生开裂、分层等现象。,单向加压,双向加压,
12、模压成型机,四柱液压机,单臂液压机,自动压片机,等静压成型,借助高压泵的作用把流体介质（气体或液体）压入耐高压的钢体密封容器内，高压流体的等静压力直接作用于弹性模套内的粉末上，使粉体各个方向同时均衡受压，而获得密度分布均匀以及强度较高的压坯。,特点：(l) 可以成型以一般方法不能生产的形状复杂、大件及细而长的制品，而且成型质量高 (2) 可以不增加操作难度而比较方便地提高成型压力，而且压力作用效果比其它干压法好。(3) 由于坯体各向受压力均匀，其密度高而且均匀，烧成收缩小，因而不易变形。(4) 模具制作方便、寿命长、成本较低。(5) 可以少用或不用粘接剂。,湿式等静压,干式等静压,轧膜成型,适合1mm以下的薄片状制品生产,流延法成型,适合1mm以下的薄片状或者带式制品生产,干燥,干燥方法,(l) 热空气干燥(2) 电热干燥(3) 辐射干燥(4) 微波干燥（水是最好的微波吸收材料）(5) 红外干燥,
