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1、无机非金属材料制备工艺原理,成型,上节课讲授内容复习,坯料类型及总体质量要求坯料制备总过程可塑坯料制备注浆坯料制备压制坯料制备示例：坯料制备预测：某厂坯料制备流程,坯料制备总过程,原料的准备与采购，根据原料的形态决定下一步的加工工艺； 原料的混合与粉磨； 泥浆的除铁、过筛和搅拌； 泥浆的脱水； 陈腐和练泥,坯料类型及总体质量要求,组成符合工艺要求，正确计量(配料时)，且要防止加工过程中混入杂质； 各组分混合均匀(料、水、添加剂)； 颗粒大小及级配要符合工艺要求； 坯料中所含空气越少起好。,示例：坯料制备,某电瓷厂制泥工艺流程简图,某电瓷厂制釉流程简图,示例：坯料制备,本部分讲授内容,成型概述类
2、型及选择 可塑成型法 注浆成型法 压制成型法 粘接与修坯 成型模具 收缩与放尺的关系,成型的定义,成型(forming)是无机非金属材料生产的重要一步。根据材料的类型，可将成型分成如下三大体系： 陶瓷的成型，丰富 胶凝材料的成型，以浇注为主 玻璃的成型，较丰富，熔融体成型 本部分主要介绍陶瓷材料的成型。,陶瓷材料的成型,成型(forming)是将配合料制成的浆体、可塑料、半干粉体、粉体或熔融体，经过适当的手段和设备加工制成具有一定尺寸、形状以及一定密度和强度的坯体的过程。,陶瓷材料的成型,成型方式 干法成型：干压与等静压成型，塑化剂少。 塑法成型：古老的成型方法，种类多 流法成型：利用坯体浆料
3、的流动性来形成特定形状的工序的过程。塑化剂最多。,陶瓷材料的成型,上述成型方式的分类，实际上是按塑化剂加入量多少来进分类的。塑化剂的要求如下： 要有足够的粘结性，以保证良好的成型性和机械强度； 经高温煅烧能全部挥发，不留或省留残余杂质。 工艺简单，没有腐蚀性，对瓷料性能无不良影响。,成型方法说明,对已制备好的坯料，通过一定的方法和手段，迫使坯料发生形变，制成具有一定形状大小坯体的工艺过程称为成形，其中所应用的方法或手段叫做成形方法。 成形对坯料提出细度、含水率、可塑性、流动性等成形性能要求；成形应满足烧成所要求的生坯干燥强度、坯体致密度、生坯入窑含水率、器形规整等装烧性能。,对成形的工艺要求,
4、成形坯体应符合产品图纸或产品样品所要求的生坯形状和尺寸； 坯体应具有工艺要求的力学强度，以适应后续工序的操作； 坯体结构均匀，具有一定的致密度； 成形适应生产组合，尽可能与前后工序联动。,陶瓷成型方法分类,根据坯料含水量分类： 注浆成形法，坯料含水率38% 可塑成形法，坯料含水率26% 压制成形法，坯料含水率3%12% 新型成形方法，如压滤成形、注射成形、流延成形、凝胶铸模成形和直接凝固成形等，为无机非金属材料，尤其是先进无机非金属材料的制备创造了很好的条件。 想一想，与前面所谈的成型方式是否一致？,陶瓷成型方法的选择,产品的形状、大小和厚薄； 坯料的工艺性能； 产品的产量和品质要求； 成形设
5、备易操作，操作强度小，操作条件好； 技术指标高，经济效益好。,成型方法的选择,在选择成型方法时，希望在保证产品品质的前提下，尽可能地选用设备先进、生产周期最短、成本最低的成型方法。 同一产品可用多种方法成型 同一成型方法多种产品的成形 选择具有技术经济最佳的成形方法，并非易事，应进行充分的论证与比较。注意：选择成型方法时，应考虑工人的素质和经验。,高电压绝缘陶瓷成型选择示例,高电压电瓷产品特点,机、电、热性能要求较高，大型、厚壁坯件，具有复杂的伞裙结构,高电压绝缘陶瓷成型选择示例,可供选择的成型方法 注浆法成形：周期长，坯体干燥变形率大； 可塑法成型：普遍采用，可与湿法制坯工序有机衔接，可为制
6、造优质均匀坯料创造条件。 压制法成形：受当前技术水平和设备的限制； 冷等静压机成型：先压制出形状的简单但强度较高的泥段，再进行车坯，对成型设备，尤其是刀具要求较高。,可塑成型方法,利用模具或刀具等工艺装备运动的压力、剪力或挤压力等外力，对具有可塑性的坯料进行加工，迫使坯料在外力作用下发生可塑变形而制作坯体的成形方法；可塑成形是基于坯料具有可塑性的一种成型方法。可塑性保持其形状，即当外力作用时，泥料变形，外力除去后泥料能抵御自重下的变形而定形。它们在随后的干燥中，随着水分的不断除去，粘土颗粒的进一步靠近，而使强度进一步提高。,可塑法对坯料的要求,较高的屈服值：保证成型时坯料具有足够的稳定性和可塑
7、性； 较大的延伸变形量（屈服值至破裂点这一段）：保证坯料被塑成各种形状而不开裂。统称为成型性能，它实际上由坯料的可塑性决定思考：影响可塑性的因素主要有哪些？,可塑法对坯料的要求,组成坯料的原料，粉碎方法不同，颗粒分布和坯料含水量等方面都可影响其可塑性。 可塑性很差的坯料，可采取多种措施来提高坯料可塑性； 优点：坯料制备比较方便，对泥料加工所用外力不大，对模具强度要求也不高，操作比较容易掌握。,可塑法对坯料的要求,问题：可塑性是否越高越好？ 可塑性提高了，有时可伴随着其它工艺性能的恶化。故要注意考查其综合性能，可塑性只要能满足成型要求即可。 可塑法所用泥料含水量高，干燥热耗大，易出现变形、开裂等
8、缺陷。,可塑成型方法滚压成形,滚压成型时，盛放泥料的模具和滚头分别绕自己轴线以一定速度同方向旋转。滚头一边旋转一边逐渐靠近盛放泥料的模型，并对坯泥进行“滚”和“压”，使之均匀展开，形成所需要的形状。,可塑成型方法滚压成形,图8-1阳模滚压成型 图8-2 阴模滚压成型,可塑成型方法滚压成形,石膏模或其它多孔模具、滚头 粘土质坯料，阳模成形水分20%-30%，可塑性高；阴模成形水分21%-25%，可塑性稍低 产量大，坯体品质好，适合于自动化生产，需要大量模具。,滚压成型特点,坯体的组织结构均匀：成型时受力变化比较缓和、均匀，破坏了坯料颗粒原有排列，颗粒间存在应力的可能性较小； 坯体致密度和强度高：
9、滚头与坯泥的接触面积较大，压力也较大，受压时间较长； 成型质量好：靠滚头与坯体相滚动而使坯体表面光滑，坯体强度大，不易变形，表面品质好，规整度一致； 生产效率高，易与上下工序组成联动生产线； 应用：日用陶瓷及小件的工业陶瓷。,可塑成型方法旋压成形,石膏模、型刀； 粘土质坯料，塑性好，成形水分均匀，一般为21%26%； 设备简单，操作要求高，坯体质量不如滚压。,旋压成型示意图,可塑成型方法车坯成形,车刀，卧式或立式车坯机 坯料为真空练泥机挤出的泥段，湿车水分16%18%，干车水分6%11% 干车粉尘大，生产效率低，刀具磨损大，已渐渐由湿车代替。,适用于外形复杂的圆柱状产品，如圆柱形的套管、棒形支
10、柱和棒形悬式绝缘子的成型。根据坯泥加工时装置的方式不同，车坯成型分为立车和横车。根据所用泥料的含水率不同，又分为干车和湿车。,可塑成型方法车坯成形,挤压成型（extrusion）是采用真空练泥机、螺旋或活塞式挤坯机，将可塑料团挤压向前，经过机嘴定形，达到制品所要求的形状。 通过更换机嘴，以挤出各种形状的坯体。陶管、劈离砖、辊棒和热电偶套管等管状、棒状、断面和中孔一致的产品，均可采用挤压成型。 坯体的内、外形由机头及内部形状所决定，坯体的长度根据尺寸要求进行切割。挤压成型便于与前后工序联动，可实现自动化生产。,可塑成型方法挤压成形,挤压成型应注意的工艺问题 严格的真空处理，以除去坯料中气泡，以免
11、挤出时气泡在坯体表面破裂，影响表面品质。 要有合适的挤出力：挤出力的大小主要取决于机头喇叭口的锥度。 合适的挤出速度：出坯过快，坯料的弹性滞后释放，容易引起坯体变形。 管状产品壁厚须能承受其重力作用和适应工艺要求。管壁过薄，则容易软塌，使管径变形成椭圆。 承接坯体的托板必须平直光滑，以免引起坯体弯曲变形，尤其是长产品。,可塑成型方法挤压成形,可塑成型方法挤压成形,金属机嘴； 粘土质坯料，瘠性坯料。要求塑性良好，经真空处理； 产量大操作简单，坯体形状简单，可连续生产。,挤压成型设备,挤压成型产品,可塑成型方法塑压成形,塑压成形机； 粘土质坯料水分为20%左右，具有一定可塑性； 适于成形各种异形的
12、盘、碟类制品，自动化程度高，对模具要求高。,操作：靠压缩空气通入透气的石膏模中，将坯体从模中托起，达到脱模的目的。其操作步骤如下图: 将泥段切成泥饼，置于底模上，见图a； 上下抽真空，施压成型，见图b； 压缩空气从底模通入，使成型好的坯体脱离底模；液压装置返回至开启的工位，坯体被上模吸住，见图c； 压缩空气通入上模，坯体脱离上模落入操作人员手中的托板上，见图d； 压缩空气同时通入上模和底模，使模内水分排除；关闭压缩空气，揩干模型表面水分，即可进行下一个成型周期，见图e。,可塑成型方法塑压成形过程,可塑成型方法塑压成形过程,滚压、压制法和塑压法的比较,可塑成型方法塑压成形过程,陶瓷精密注射成型
13、(Ceramic injection molding),起源于塑料工业，在20世纪30、40年代首先在欧美国家应用到陶瓷领域，在60年代，日本人采用注射成型工艺制备出氧化锆陶瓷，从此，它成为了一种制备各种高温工程陶瓷，特别是复杂形状陶瓷材料的有效方法。,注射成型的工艺过程 陶瓷粉料与热塑性有机体载体相配比、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，即得所需要的含塑坯体，置排塑炉内，缓缓加热，排除有机成分，从而获得成型坯体。,注射成型法,粉料的制备 注塑成型的粉料不含水，它由陶瓷瘠性料和结合剂、润滑剂、增塑剂等有机添加物构成。 将上述组分按一定配比加热混合，干燥固化后
14、进行粉碎造粒，得到可塑化的粒状坯料。 注意：有机添加剂应尽可能低，以免排胶脱脂时产生气泡或开裂现象。,注射成型法,注射成形过程示意图,LPIM制备的ZrO2陶瓷部件 LPIM制备的Al2O3陶瓷部件,微注射成形(Micro injection molding),LPIM制备的微型ZrO2陶瓷喷嘴 LPIM制备的微型ZrO2陶瓷齿轮,可塑成型方法注塑成形,柱塞式或螺旋式注塑机； 瘠性坯料外加热塑性树脂，要求坯料具有一定颗粒度，流动性好，在成形温度下具有良好塑性； 能成形各种复杂形状产品，操作拼简单，脱脂时间长，金属模具造价高。,可塑成型方法轧膜与流延成型,一种非常成熟的薄片瓷坯成型工艺，大量用于
15、轧制瓷片电容和独居石电容、电路基片等瓷坯。 轧膜坯料制备：由瘠性料和塑化剂构成。要注意将它们充分地混合均匀。 塑化剂构成见下表。,流延成型(Tape casting),可塑成型方法轧膜与流延成型,工艺特点： 对象：适宜生产1mm以下的薄片状制品。 局限：很难轧制0.08mm厚以下的超薄片，且质量也不易控制。,可塑成型方法轧膜与流延成型,方法：将准备好的坯料，拌以一定量的有机粘结剂（一般采用聚乙烯醇），置于两辊轴之间进行辊轧，通过调节轧辊间距，经过多次轧辊，最后达到所要求的厚度。轧好的坯片，需经过冲切工序制成所的坯件。但不宜过早地把轧辊调近，急于得到薄片坯体。因为这样会使坯料和结合剂混合不均，坯
16、件质量不好。,可塑成型方法轧膜与流延成型,注意：防止坯料和粘结剂间的定向排列。干燥和烧结时，横向收缩大，易出现变形和开袭，坯体性能上也会出现各向异性。这是轧膜成型无法消除的问题。,水基凝胶流延机,陶瓷基板,基片显微组织,电路基板,1. 雕塑 对象：异形产品，如人物、鸟兽或方形、多角形等器物， 方式：手捏、雕塑、雕削、雕镶法成型。 雕镶法是先将练好的塑性泥料用印坯和拍打相结合的方法制成适当厚度的泥尺，然后切成所需形状大小，再用刀、尺等工具进行修、削以制成符合要求的式样和厚度，最后用泥浆粘镶成坯体。,其它可塑成型方法,雕塑法示例,将揉好无气泡的粘土用泥拍打成长方体。,按设计用线弓割出大体形状。,雕塑法示例,拿起坯体，用刮刀从底部挖去多余粘土。,仔细雕塑外形。,雕塑法示例,完成后的作品,示例,示例,2.印坯 对象：异形且精度要求不高的产品，如六角瓶、菱形花钵、人物禽兽中某些局部器形、琉璃瓦中的屋脊等都常常采用印坯法成型； 方法：塑性泥料在石膏模中印制成型； 方式：分单面印坯和双面印坯。然后经过修整再和其它部分粘结成整个坯体。 优点：不需要机械设备，手工操作，印坯成型，但效率低，且常由于印坯时施压不均，干燥收缩不匀而引起开裂变形。,
