特种陶瓷工艺学——特种陶瓷成型方法
特种陶瓷工艺学3
特种陶瓷
⑵ 扩散
烧结
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特种陶瓷
⑵ 扩散
烧结
对于固相烧结机理中的烧结收缩，烧结速率或者说线收缩率有 如下近似关系：
L (20a 3 D* / kT 21/ 2 ) 2 / 5 r 6 / 5 t 2 / 5 L
△L/L：线收缩；a3:原子体积；t:时间；γ：表面能； D：扩散系数； T：温度； r：粒子半径 ① ② ③ ④ 烧结速度随时间延长而下降 烧结速度与颗粒尺寸成反比 晶界扩散、晶粒扩散增加时，烧结速率提高 扩散与温度有关系，因此烧结速度依赖于温度
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44
特种陶瓷
晶界迁移
烧结
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特种陶瓷
烧结
晶 界工程 ① 提高晶界玻璃相的粘度
Si3N4陶瓷的烧结通常采用添加 Mg0,使之在高温时与颗粒表面的Si02形 成玻璃相, 从而实现迅速致密化。但在 高温下使用性能却有明显下降，分析 原因是由于玻璃相粘度不高造成的。 俄歇电子能谱发现，Ca易于在晶界富集，而CaO－MgO－SiO2体 系玻璃态粘度远低于MgO－SiO2体系，因此可以采用低Ca含量的高 纯度Si3N4原料, 来改善材料的高温性能。
特种陶瓷
气 孔
烧结
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特种陶瓷
添加剂
烧结
添加剂是促进烧结致密化的一种有效办法,其作用机理方式 主要有以下几种： (1)改变点缺陷浓度,从而改变某种离子的扩散系数; (2)在晶界附近富集,影响晶界的迁移速率,从而减少晶粒长大 的干扰作用; (3)提高表面能/界面能比值,直接提高致密化的动力; (4)在晶界形成连续第二相,为原子扩散提供快速途备 (5)第二相在晶界的钉扎作用,阻碍晶界迁移。
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特种陶瓷
特种陶瓷工艺学——特种陶瓷工艺简介
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陶瓷课件
（2）溶胶-凝胶法 该法是80年代迅速发展起来的新型液相制 备法。此法是将醇盐溶解于有机熔剂中，通过 加入蒸馏水使醇盐水解、聚合．形成溶胶。溶 胶形成后随着水的加入转变为凝胶。凝胶在真 空状态下低温干燥得到疏松的干凝胶。
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再将干凝胶作高温煅烧处理，即可得到氧化 物。此法广泛用于莫来石、堇青石、氧化铝、 氧化锆等氧化物粉末的制备。由于胶体混合 时可使反应物质进行最直接的接触，以达到 最彻底的均匀化，所制得的原料相当均匀， 具有非常窄的颗粒分布，团聚性小。
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采用这种方法能制得颗粒直径在5~100nm范围 的微粉，这种方法适用于制备单一氧化物、复 合物氧化物、碳化物或金属的微粉。使金属在 惰性气体中蒸发-凝聚，通过调节气压，就能 控制生成金属颗粒的大小。
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（2）气相化学反应法 该法以金属、金属化合物等为原料，通过 热源、电子束、激光气化或诱导〃在气相中进 行化学反应，并控制产物的凝聚、生长，从而 合成超微粉末。这种方法生成物的纯度商，颗 粒分散性好，除适用于制备氧化物外，还适用 于制备液相法难于直接合成的氮化物、碳化。 物、硼化物等非氧化物。
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1.液相法 由液相法制备氧化物粉末的基本过程为：
盐溶液
添加沉淀剂 溶剂蒸发
盐或氢氧化物
热分解
粉末
所制得的氧化物粉末的特性取决于沉淀 和热分解两个过程。液相法的特点是：易 控制组成，能合成复合氧化物粉；添加微 量成分很方便，可获得良好的混合均匀性 等。但必须严格控制操作条件，才能使生 成的粉末保持所具有的在离子水平上的化 学均匀性。
特种陶瓷的成型与烧成新技术及其趋势
一、特种陶瓷的成型新技术及其趋势1.热压铸成型热压铸成形也是注浆成形的一种,是在坯料中混入石蜡,利用石蜡的热流特性,使用金属模具在压力下进行成形,冷凝后获得坯体的方法。
热压铸成形的工作原理:先将定量石蜡熔化为蜡液,与烘干的陶瓷粉混合凝固后制成蜡板,再将蜡板置于热压铸机筒内,加热熔化成浆料,通过吸铸口压入模腔,保压、去压、冷却成形，然后脱模取出坯体,热压铸形成的坯体在烧结之前须经排蜡处理。
该工艺适合形状复杂、精度要求高的中小型产品的生产,其设备简单、操作方便、劳动强度小、生产效率高。
在特种陶瓷生产中经常被采用。
但该工艺工序比较复杂、耗能大、工期长,对于大而长的薄壁制品,由于其不易充满模具型腔而不太适宜。
2.挤压成型将粉料、粘结剂、润滑剂等与水均匀混合,然后将塑性物料挤压出刚性模具即可得到管状、柱状、板状以及多孔柱状坯体。
其缺点是物料强度低容易变形,并可能产生表面凹坑和起泡、开裂以及内部裂纹等缺陷。
挤压成形用的物料以粘结剂和水做塑性载体,尤其需用粘土以提高物料相容性,故其广泛应用于传统耐火材料，如炉管以及一些电子材料的成形。
3.凝胶注膜成型凝胶注模成形是一种胶态成形工艺,它将传统陶瓷工艺和化学理论有机结合起来,将高分子化学单体聚合的方法灵活地引入到陶瓷的成形工艺中,通过将有机聚合物单体及陶瓷粉末颗粒分散在介质中制成低粘度、高固相体积分数的浓悬浮体,并加入引发剂和催化剂,然后将浓悬浮体(浆料)注入非多孔模具中,通过引发剂和催化剂的作用使有机物聚合物单体交联聚合成三维网状聚合物凝胶,并将陶瓷颗粒原位粘结而固化成坯体。
凝胶注模成形作为新型的胶态成形方法, 可净尺寸成形形状复杂、强度高、微观结构均匀、密度高的坯体,烧结成瓷的部件较干压成形的陶瓷部件有更好的电性能,已广泛应用于电子、光学、汽车等领域。
4.粉末注射成型金属、陶瓷粉末注射成形(PIM)是一种新的金属、陶瓷零部件制备技术。
它是将聚合物注射成形技术引入粉末冶金领域而生成的一种全新零部件加工技术。
第4次课特种陶瓷的烧结
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
2、低温烧结（p74) 低温烧结方法主要有以下几种：
1）引入添加剂；
① 使晶格空位增加，易于扩散； ② 使液相在较低的温度下生成，使晶体能粘性流动。
2）压力烧结（热压烧结）； 3）使用易于烧结的粉料（如超细粉）
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4 特种陶瓷的烧结
晶粒长大的几何情况： 晶界上有界面能作用，晶粒形成一个与肥皂泡沫相似
的三维阵列； 边界表面能相同，界面夹角呈1200夹角，晶粒呈正六边形；
实际表面能不同，晶界有一定曲率， 使晶界向曲率中心 移动。 晶界上杂质、气泡如果不与主晶相形成液相， 则阻碍晶界移动。
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
3、热压烧结 对于同一材料而言，压力烧结与常压烧结相比，烧
结温度低的多，烧结体中气孔率也低，所得的烧结体 致密。且较低的温度抑制了晶粒生长，具有较高的强 度。
① 一般热压法
② 高温等静压法
1.4 特种陶瓷的烧结
1.4.2 特种陶瓷的烧结方法
3、热压烧结 ① 一般热压法
1.4 特种陶瓷的烧结
如何改变材料性质：
1、 ＝f(G-12)
G 强度
断裂强度
晶粒尺寸
2、气孔 强度(应力集中点)； 透明度(散射)； 铁电性和磁性。
1.4 特种陶瓷的烧结
收缩
a
收缩
b
c
收缩
1.4 特种陶瓷的烧结
烧结：
陶瓷生坯在高温下的致密化过程和现象的总称;随着 温度的上升和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒 长大，空隙（气孔）和晶界逐渐减少，通过物质的传 递，其总体积V 、气孔率 、强度 、致密度 ，成 为坚硬的具有某种显微结构的多晶烧结体的过程。
特种陶瓷制备工艺
特种陶瓷制备工艺采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行结构设计及控制制造的方法进行制造、加工，具有优异特性的陶瓷称为特种陶瓷。
由于不同的化学组分和显微结构而决定其具有不同的性质和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、光电、电光、声光、磁光、超导、生物相容性等。
由于绝缘特殊，这类陶瓷可运用于高温、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科技技术的重要组成部分。
特种陶瓷的生产步骤大致可以分为三步：第一步是陶瓷粉体的制备、第二步是成型、第三步是烧结。
一、陶瓷粉体的制备粉体的制备方法有：固相法、液相法、和气相法等。
1.固相法：化合反应法：化合反应一般具有以下的反应结构式：A(s)+B(s)→C(s)+D(g)两种或两种以上的固态粉末，经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末，有时也伴随一些气体逸出。
钛酸钡粉末的合成就是典型的固相化合反应。
等摩尔比的钡盐BaCO3和二氧化钛混合物粉末在一定条件下发生如下反应：BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑该固相化学反应在空气中加热进行。
生成用于PTC制作的钛酸钡盐，放出二氧化碳。
但是，该固相化合反应的温度控制必须得当，否则得不到理想的、粉末状钛酸钡。
热分解反应法：用硫酸铝铵在空气中进行热分解，就可以获得性能良好的Al2O3粉末。
氧化物还原法：特种陶瓷SiC、Si3N4的原料粉，在工业上多采用氧化物还原方法制备，或者还原碳化，或者还原氧化。
例如SiC粉末的制备，是将SiO2与粉末混合在1460～1600℃的加热条件下，逐步还原碳化。
其大致历程如下：SiO2+C→SiO+CO↑SiO+2C→SiC+CO↑SiO+C→Si+CO↑Si+C→SiC2.液相法：由液相法制备粉末的基本过程为：金属盐溶液→盐或氢氧化物→氧化物粉末所制得的氧化物粉末的特性取决于沉淀和热分解两个过程。
热分解过程中，分解温度固然是个重要因素，然而气氛的影响也很明显。
特种陶瓷工艺学 2 - 特种陶瓷工艺学课件
特种陶瓷工艺学特种陶瓷生产工艺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、C B N 烧结体为主特种陶瓷成型配料常用的配料计算方法有两种：一种是按化学计量式进行式计算各原料的质量分数，以及各原料的质量分有这么高的纯度，精确计算时应予以修正。
原料中如有水分则需烘干，否则要扣除水化学组成Al 2O 3MgO CaO SiO 2wt%93 1.31.0 4.7只能由滑石引入：由高岭土和滑石同时引入：①去除原料中易挥发的杂质、化学结合和物理吸附注意以下几个方面：混料特种陶瓷成型塑化：可塑性：塑化剂：塑化特种陶瓷成型特种陶瓷成型塑化机理特种陶瓷成型塑化剂常用塑化剂塑化剂的选择塑化剂的影响特种陶瓷成型还原作用：对制品性能的影响特种陶瓷成型造粒①一般造粒法②加压造粒法③喷雾造粒法④冻结造粒法特种陶瓷成型喷雾造粒特种陶瓷成型喷雾造粒特种陶瓷成型悬浮问题（1）控制溶液PH值（2）有机胶体和表面活性物质的吸附特种陶瓷成型带电粒子在水溶液中的双电层结构扩散层吸附层对于固定体系E是固定的可通过塑化剂或者解凝剂调整特种陶瓷成型（1）控制溶液PH值特种陶瓷成型Al203料浆的PH 值、ζ电位以及粘度的关系曲线。
当PH 值由1～14时，ζ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特种陶瓷成型有机表面活性物质的吸附（2）有机胶体和表面活性物质的吸附成型特种陶瓷成型特种陶瓷成型注浆成型特种陶瓷成型注浆成型注浆过程操作实例特种陶瓷成型特种陶瓷成型热压铸成型特种陶瓷成型热压铸成型：制备蜡浆料成蜡液，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制备蜡浆时，在粉料中加入少量的表面活性剂(料浆性能要确保稳定性与可铸性热压铸成型：热压铸特种陶瓷成型热压铸成型：高温排蜡特种陶瓷成型工艺关键：控制升温速度和最高温度特种陶瓷成型排蜡工艺实例挤压成型特种陶瓷成型料浆要求：特点：挤压制造蜂窝状坯体模具特种陶瓷成型注射成型模压成型特种陶瓷成型工艺要求：注意加压速度和保压时间特点特种陶瓷成型特种陶瓷成型特种陶瓷成型模压成型机特种陶瓷成型等静压成型特种陶瓷成型特点：特种陶瓷成型特种陶瓷成型轧膜成型流延法成型特种陶瓷成型特种陶瓷成型干燥。
第3章特种陶瓷成型与烧结方法
第3章特种陶瓷成型与烧结方法特种陶瓷是一类具有特殊性能的陶瓷材料，通常用于高温、高压、高耐磨、高绝缘等领域。
特种陶瓷的成型与烧结方法对其最终性能起到决定性的影响。
本章将介绍特种陶瓷的常见成型方法和烧结方法。
特种陶瓷的成型方法主要有浇注成型、压制成型和注射成型。
浇注成型是将特种陶瓷浆料倒入模具中，通过自然沉降或震动使浆料填充到模具的各个角落。
浇注成型适用于形状复杂、尺寸大、精度要求不高的陶瓷制品。
压制成型是将特种陶瓷粉末加入模具中，然后通过机械压力使粉末充分密实，形成所需形状的瓷坯。
压制成型适用于制备形状简单、尺寸小、精度要求高的陶瓷制品。
常见的压制成型方法有干压成型和等静压成型。
干压成型是将特种陶瓷粉末加入模具中，然后通过机械压力进行压制，将粉末压制成所需形状的瓷坯。
干压成型适用于成型粘度较低的陶瓷粉末，常用于制备砖瓦、石材等制品。
等静压成型是将特种陶瓷粉末加入模具中，然后通过高压、高温等条件进行压制，使粉末充分结合，在模具中形成所需形状的瓷坯。
等静压成型适用于高度致密的特种陶瓷制品，如金刚石、硼氮、氧化锆等。
注射成型是将特种陶瓷浆料注入到模具中，然后通过压力使浆料填满整个模具，形成所需形状的瓷坯。
注射成型适用于形状复杂、尺寸小、精度要求高的特种陶瓷制品。
特种陶瓷的烧结方法主要有传统烧结、微波烧结和等离子烧结。
传统烧结是将特种陶瓷瓷坯置于高温炉中，在一定的温度范围内进行长时间的烧结。
传统烧结适用于大多数特种陶瓷材料，可以使陶瓷材料的结合力和致密度得到提高。
微波烧结是利用微波的加热效应，将特种陶瓷瓷坯置于微波场中进行加热和烧结。
微波烧结可以实现快速、均匀的烧结，可以提高特种陶瓷材料的性能。
等离子烧结是利用等离子体的高温、高能量特性，对特种陶瓷瓷坯进行加热和烧结。
等离子烧结可以在较短的时间内实现高温烧结，能够提高特种陶瓷材料的致密度和光滑度。
总之，特种陶瓷的成型与烧结方法对其最终性能起到重要的影响。
特种陶瓷的制备方法
特种陶瓷的制备方法
特种陶瓷是指具有特殊功能和性能的陶瓷材料，常用于高科技领域。
其制备方法主要包括以下几种：
1. 粉末冶金法：将陶瓷原料粉末混合后，在高温下通过压制和烧结等过程将其固化成块状材料。
常见的方法有热等静压、冷等静压、热等静压烧结等。
2. 溶胶-凝胶法：将陶瓷前驱体通过溶胶-凝胶过程进行制备。
首先将溶胶中的金属离子或无机化合物通过水解、缩聚或聚合等反应形成凝胶，然后通过热处理将凝胶转化为陶瓷材料。
3. 化学气相沉积法：通过将气体中的化学物质在高温下分解反应，使分解产物沉积在基底表面形成陶瓷薄膜。
常见的方法有化学气相沉积、热分解和物理气相沉积。
4. 电化学沉积法：在电化学工作电极上通过电化学反应将金属离子还原成金属沉积在基底上形成陶瓷薄膜。
通常包括电化学沉积、电化学离子共沉积等方法。
5. 激光烧结法：利用高能激光束对陶瓷粉末进行加热和烧结，使其瞬间熔融并结合成致密的陶瓷材料。
该方法具有快速、高效、精密的特点，适用于制备复杂形状和高精度的特种陶瓷。
以上是常见的特种陶瓷制备方法，不同方法适用于不同的特种陶瓷材料和要求。
在实际应用中，通常会根据具体需求选择合适的制备方法。
特种陶瓷制备工艺..
特种陶瓷制备工艺特种陶瓷是一种高性能材料，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度、低热膨胀系数等优异的物理和化学性能，广泛应用于航空、航天、电子、光电、化工等领域。
制备特种陶瓷的工艺技术十分重要，下面将介绍几种常见的特种陶瓷制备工艺。
超声波振实制备法超声波振实制备法是在陶瓷粉体和溶剂混合物中添加聚乙烯醇作为粘结剂，通过超声波振动使粘结剂均匀分散在混合物中，使得粘结剂在材料表面形成薄膜，随后通过干燥和烧结工艺制备成特种陶瓷。
优点：这种制备工艺可以制备出高密度、高维氧化硅、硼碳化物、氮化硼等特种陶瓷材料，且可以制备出具有复杂形状的特种陶瓷。
缺点：由于特种陶瓷材料的制备需要高能化的超声波作为加工手段，因此仪器设备的成本高昂，生产成本较高。
射流磨法射流磨法是在一定参数下将陶瓷釉料施加到陶瓷基材表面，通过高速喷射将釉料磨损成细小颗粒后与基材表面结合。
随后通过控制烧成工艺制备成特种陶瓷。
优点：与传统的制备工艺相比，射流磨法制备的特种陶瓷产量更高，成本更低。
缺点：射流磨法的精度受到喷嘴尺寸、流量的限制，对于纳米级粒子的制备有一定难度。
同时，射流磨法还具有环境污染的可能性。
凝胶注模制备法凝胶注模制备法是先将陶瓷粉体、溶剂和有机物混合物在低温下形成凝胶，随后将凝胶注入注模中，在高温下脱除有机物和水分，然后进行烧成工艺。
通过控制注模和烧成工艺可以制备出具有特定形状和维度的特种陶瓷。
优点：凝胶注模制备法不需要昂贵的仪器设备，可以制备出高密度的特种陶瓷材料。
缺点：在注模中可能会出现气孔等缺陷，影响制品质量。
溶胶凝胶法溶胶凝胶法是通过配制前驱体溶液，经过几步反应生成粉末，然后通过热流传递作用烧结成特种陶瓷。
溶胶凝胶法可以制备出大量形状复杂的特种陶瓷，同时可以控制陶瓷材料的物理性能，是目前比较流行的一种制备工艺。
优点：已经被广泛应用于特种陶瓷材料的制备过程中，制备出来的特种陶瓷质量高，表面平整度高。
缺点：由于制备过程需要进行多次反应和烧结工艺，生产成本相对较高。
特种陶瓷的成型方法
第三节 成型工艺
一、压力成型方法
所谓压力成型是用粉料，即以固体颗粒为原料在一定的 压力下进行成型的方法，也叫模压成型或干压成型。 为了减少摩擦和增加强度，粉料中可能含有少量液体、 粘结剂包裹在颗粒外面。粘结剂含量较低（一般为 7～ 8％ ）。
（一）干压成型
干压成型又称模压成型，是将粉料经过造粒、流动性好，颗粒级配 合适的粉料，装入模具内，通过压机的柱塞施以外加压力，使粉料压 成制一定形状的坯体的方法。 这是最常用的成型方法之一。由于粉末 颗粒之间，粉末与模冲、模壁之间的摩擦，使压制压力损失，造成压 坯密度分布的不均匀。单向压制时，密度沿高度方向降低。
条件下，快速充填到模具内，避免架桥和死角形成，对获得均匀坯体 尤为重要。 c.粘结剂和润滑剂：选择合适的润滑剂和粘结剂将有助于降低模壁与粉 体以及粉体之间的磨擦，从而使素坯密度保持均匀，也降低了模具的 磨损。 d.模具设计。很大程度上依赖于工程师们的经验，以及材料烧结收缩率， 选择合适的形状和公差，来保证成型工艺的质量和成品率。
第三节 成型工艺
（二) 挤压成型 挤压是利用液压机推动活塞，将已塑化的坯料从挤压
嘴挤出。由于挤压嘴的内型逐渐缩小，从而使活塞对泥团 产生很大的挤压力，使坯料致密并成型。
挤压被广泛用于生产砖、地砖、管子、棒以及具有等 截面的长形部件。截面形状非常复杂的部件也可采用挤压， 最具代表性的是大量用于汽车尾气排放的蜂窝陶瓷的生产， 目前国内制造陶瓷蜂窝体均采用此方法 。也可用于生产热 交换器的蜂窝结构。
（3）挤压法的优点： 污染小，操作易于自动化，可连续生产，效率高。
干式等静压制原理图
¾ 干压等静压成型的特点：
¾ 干式等静压更适合于生产形状简单的长形、壁薄、 管状制品。
特种陶瓷生产工艺
特种陶瓷生产工艺
特种陶瓷是指具有特殊性能和特殊用途的陶瓷材料，其生产工艺相对于普通陶瓷要求更为精细和复杂。
首先，特种陶瓷的原料选取非常重要。
特种陶瓷一般采用高纯度、细粒度的原料，如氧化铝、氧化锆、碳化硅等。
在选料过程中，需要对原料进行分析和筛选，确保其成分和颗粒大小的均匀性，以免对成品陶瓷的性能产生不良影响。
其次，特种陶瓷的成型方法多样。
常见的成型方法包括注塑成型、压制成型、挤出成型等。
其中，注塑成型是一种较为常用的方法，它通过将粉末与有机增塑剂混合，并加热使其变得可塑，再通过注射机将其压入模具中，最后经过高温烘烤使之固化成型。
然后，特种陶瓷的烧结过程一般分为前烧和后烧。
前烧是将成型后的陶瓷坯体在一定温度下进行烘烤，以去除残留的有机物和气泡，并使陶瓷坯体的颗粒结合成坚固的整体。
后烧是在更高的温度下进行，使陶瓷坯体的颗粒进一步熔结，从而增强陶瓷的密度和硬度，提高其力学性能。
最后，特种陶瓷还需要进行后处理工艺。
后处理工艺可以进一步提升特种陶瓷的性能和质量。
常见的后处理工艺包括研磨、抛光、修补、激光加工等。
这些工艺可以使陶瓷表面更加光滑，去除杂质和缺陷，提高陶瓷的抗磨损能力和耐热性。
综上所述，特种陶瓷的生产工艺是一个复杂而精细的过程。
从
原料选取、成型、烧结到后处理，每个环节都需要严格控制和精确操作，以确保特种陶瓷的品质和性能。
只有在专业的工艺指导下，特种陶瓷才能发挥其独特的特性，满足各种特殊用途的需求。
问：成形是制备特种陶瓷材料的重要环节,特种陶瓷的成形方法有哪些？
超 高压成 形是 一 种 发 展 很 快 的成 形 方 法 ，多 用 于 纳米 陶瓷 的成 形 中 。纳米 陶瓷 的粒 径 受烧结 温 度影 响 很 大 ，烧 结 温 度 越 低 ，粒 径 越 小 ，越 容 易 得 到 纳 米 陶 瓷 ； 而通 过加 大成 形压 力 ，提 高素坯 的初始 密度 ，可 以降低 纳 米陶瓷 的烧 结 温度 ．因此 超 高压 成形 应运 而生 。 １．４ 粉 末 电磁 成 形
实 现 自动 化 ，所 以 在 工 业 生 产 中 得 到 较 多 的 应 用 。 １．２ 等静压 成 形
等 静压 成形 是通 过施 加 各项 同性 压 力而使 粉 料～ 边 压缩 一边 成 形 的 方 法 。 等 静 压 力 可 达 ３００ ＭＰａ左 右 。在 常温 下成 形 时 称 为 冷等 静 压 成 形 ，在 几百 摄 氏 度 ～２ ０００ Ｃ温 区 内成形 时称 为 热等 静压 成形 。 特 种 陶瓷成 形方 法 来自要 有 ： １ 干 法 成 形
干 法成 形包 括 钢模 压制 成形 、等静 压成 形 、超 高压 成 形 、粉 末 电磁 成形 等方 法 。 １．１ 钢 模 压制 成形
将 含有 少量 增 塑剂 并具 有一 定粒 度配 比的陶 瓷粉 末放 在 金属 模 内 ，在 压 机 上 受 压 ，使 之 密 实成 形 ，这 就 是 钢模 压制 成形 （又称 为 干压 法 ）。钢 模 中坯 料 的受 压 方式 有单 向受压 和 双 向受 压两 种方 式 。单 向压 制 时 由 于粉 末颗 粒 之问 ，粉 末 与 模 冲 、模 壁 之 间 的摩 擦 ，使 压 制压 力损 失 ，造成 压坯 密度 分 布 的不均 匀 ，密度 沿高 度 方 向降低 。为 了改 善 压 坯 密 度 的 分 布 ，一 方 面 可 以改 为 双 向 压 制 （包 括 用 浮 动 阴 模 ），另 一 方 面 可 以 在 粉 末 中混入 润 滑 剂 。如油 酸 、硬脂 酸 锌 、石 蜡 汽 油 溶 液 等 。 陶 瓷 材 料 的 压 制 压 力 一 般 为 ４Ｏ～ １００ ＭＰａ，钢 模 压 制 成 形一 般适 用 于形 状 简 单 、尺寸 较 小 的制 品 。 随 着 压 模设 计 水平 和 压机 自动 化水 平 的提 高 ，一些 形状 复 杂 的零件 也 能用 压制 方法 生产 。钢 模压 制 的优 点 是易 于
特种陶瓷04
P↑，粉粒改变外型，相互滑动，充填剩余 的堆集空 隙，↑接触，紧密镶嵌。 粉粒间进一步靠近，使胶体分子与粉粒表 面之间的作 用力加强，使得坯体具有一定的 机械强度。
堆积密度 注意粒配关系
13
R2
R2
14
干压法成型 三、影响坯体密度的因素 （1）粉体特性
粒度、分布→↑堆积密度 流动性→↓架桥和死角
54
55
σ
塑性 变形
σp
假塑性 变形 弹性 σy 变形
εn εy
εp
ε
应变
可塑泥团的流变形曲线
56
4.2.1.塑法成型之一
挤压成型原理
影响泥团可塑性因素：
1 陶瓷原料的性质和组成 水膜形成，提高可塑性 细颗粒，吸附水多，毛细管力大 阳离子交换力强的粉料，以成水膜 2 吸附离子 高价阳离子对负电荷粒子吸引力大， 胶粒电荷降低，斥力↓，引力↑ 3 溶剂
11
合三 体相 系结
二、成型原理
① 内摩擦机制： 颗粒的接触镶嵌形成的咬合力 粘合剂在颗粒间微孔中形成的毛细管力 颗粒间、粘合剂和颗粒间分子间的吸引力 接触颗粒间电荷转移形成的静电引力
② 外力机制：
静压力，颗粒间相对位移克服内摩擦力 消耗力，克服颗粒与模具壁的摩擦力
12
干压法成型
23
加压方式
压力传递分布不一致→密度不一致 A：单向加压 质点间的内摩擦不能忽略， 不象液体那样等压传递 ∴存在压力差
—靠近坯体上方，模壁处压力大→密度↑
下方及坯体中心处压力大小→ 密度↓
L/D愈大，压差愈大
24
25
B.双向加压（同时） 压力梯度的有效传递距离为单向 一半 → 中间密度 较低 C.双向先后加压
2 特种陶瓷成型工艺
3.成型
引起材料破坏的缺陷大多源于坯体中，也就是形成于成型过程中。 控制成型工艺，可以有效地降低烧结温度和坯体烧结收缩率，加 快致密化进程，减少烧结制品的机加工量，消除和控制烧结过程 中的开裂、变形、晶体长大等缺陷，调控界面结构组成。因此是 十分重要的工艺环节。
成型：将粉末制成要求形状的半成品。
3.成型
* 物质的重量=该物质的mol数*该物质的分子量/该物质 的纯度；
* 称量前对试剂干燥等。
1.配料
配制1mol的(Ba0.85Sr0.15)TiO3
2.预处理
2.预处理
2.预处理
加料的顺序和方法
干混 主原料 用量少的原料 如果原料是多元化合物，最好 先合成一种化合物，在加进去。 湿混
主原料
2.预处理
3.成型
凝胶注膜成型（gelcasting）
3.成型
将传统的陶瓷制作工艺结
合有机单体聚合生成高分 子的方法，利用有机单体 聚合将陶瓷粉料悬浮体原 位固化，之后经过干燥、 排胶、烧结等工艺过程制 备复杂形状的近净尺寸陶 瓷部件。
电泳沉积（EPD）
3.成型
在直流电场的作用下使分散于悬浮液中的带电粒子向电极
3.成型
3.成型
注射成型
注射成型是将松散的粒状或粉状塑料，从注塑机的料斗送入加热的料筒 内熔融、塑化，使之成为黏流熔体，在柱塞或螺杆的推动下，以合理的 流速通过料筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具中，经冷却保压后开 模分型，得到具有一定形状和尺寸的塑件。
陶瓷粉料 有机载体 混炼 陈腐 粉碎造粒 注射成型 脱脂排胶 烧结 烧结助剂
2.预处理
2. 粘结剂对机械性能的影响： 400℃前，粘结剂没挥发完，粘 结剂多的强度高；
特种陶瓷工艺原理
特种陶瓷工艺原理
特种陶瓷是一种高科技陶瓷材料，主要由高纯度陶瓷粉末、助剂和添加剂混合制备而成。
它具有高温稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等优良性能，被广泛应用于航空、化工、石油、电子、医疗等领域。
其制备工艺包括原材料准备、混合、成型、烧结等步骤。
其中，最关键的环节是烧结过程，通过控制温度、时间和气氛等因素，可以使陶瓷颗粒之间生成化学键，从而形成致密的晶体结构，提高其综合性能。
此外，特种陶瓷还需要经过精密加工和表面处理，以满足不同的使用要求。
2章 特种陶瓷成型工艺
工艺特点：
（1）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陶瓷件。 （2）坯体结构均匀，但含水量大且不均匀，干 燥与烧成收缩大
主要工艺参数（以密度为2.6KG/M3原料为例）
浆料密度：1.65~1.80KG/M3 流动性一般：1 0~15MIN/50G 粉料细度：万孔筛（45Μ M）筛余0.5~1.0% 脱模水分：8%左右
Байду номын сангаас②
原料中如有水分则需烘干，否则要扣除水分。
例1：配方为(Ba0.85Ca0.15)TiO3，采用BaCO3， CaCO3 ，TiO2原料进行配料，计算出各原料的质 量百分比。[见表2-1（P44）]
2、根据坯料预定的化学组成进行配料计算。 例2：已知坯料的化学组成如下
化学组成 wt% Al2O3 93 MgO CaO SiO2
3）造粒的方法
A.一般造粒法：将坯料加入适当的塑化剂后，经 混合过筛，得到一定大小的团粒。 B.加压造粒法：将坯料加入塑化剂后，经预压成 块，然后破碎过筛而成团粒。 C.喷雾造粒法：把坯料与塑化剂混合好（一般用 水）形成料浆，再用喷雾器喷入造粒塔进行雾化、 干燥，出来的粒子即为较好的团粒。 D.冻结干燥法：将金属盐水溶液喷雾到低温有机 液体中，液体立即冻结，然后使冻结物在低温减 压条件下升华，脱水后进行热分解，可获得所需 的成型粉料。 以上四种造粒方法以喷雾造粒的质量好。
四、粉料的塑化 1）为什么？传统陶瓷中有可塑性粘土，本身有良好的成型性能。 但特陶中，几乎不含粘土，都是化工原料，这些原料没有可塑 性。因此，成型之前先要塑化。 2）可塑性：是指坯料在外力作用下发生无裂纹的形变，当外力 去掉后再恢复原状的性能。 3）塑化：是指利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过 程。 4）塑化剂通常为有机塑化剂和无机塑化剂，对于特陶，一般采 用有机塑化剂。塑化剂通常由三种物质组成： a.粘结剂：能粘结粉料，如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、羧甲基纤 维素等。 b.增塑剂：溶于粘结剂中使其易于流动，通常为甘油等。 c.溶剂：能溶解粘结剂、增塑剂并能和坯料组成胶状物质，通常 有水、无水乙醇、丙酮、苯等。
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一般排蜡温度为900~1100℃左右，在60～100℃有
一定的恒温时间。 吸附剂：煅烧Al2O3、煅烧MgO、SiO2等
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第三节 可塑法成型
一、挤压成型 原理 将具有可塑性的泥 料，通过挤机嘴成形。 优缺点
污染小，操作易于自动 化，可连续生产，效率高； 坯体收缩大，机嘴加工 精度高。
铸浆压力： 0.3 ～ 0.5MPa 蜡 浆 温 度 ： 65 ～ 75℃ 模 具 温 度 ： 15 ～ 30℃
热 压 铸 机 构 造 示 意 图
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3）高温排蜡
将坯体埋入疏松、惰性的保护粉料之中，升高温
度，使石蜡挥发、燃烧完全，坯体发生部分烧结而
具有一定强度的过程。
造粒方法
喷雾造粒法 冻结造粒法
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一般造粒法
原理：将坯料中加入适当的塑化剂，经混合过筛，得到 一定大小的团粒。
加压造粒
原理：将坯料加入塑化剂，搅拌混合均匀后经预压成块 ，然后破碎过筛而成团粒。
喷雾干燥造粒法
原理：将混合有适量塑化剂的粉料制成料浆(一般用水) ，再用喷雾器喷入造粒塔进行雾化、干燥。
冷冻干燥法
原理：将金属盐水溶液喷雾到低温有机液体中，液体立 即冻结，使冻结物在低温减压条件厂升华，脱水后进行 热分解，从而获得所需要的成型粉料。 Sunny smile
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பைடு நூலகம்
六、 瘠性物料的悬浮
特种陶瓷的料浆悬浮的方法分为两类 ：
1）控制料浆的PH值
可以通过控制料浆的PH值 ，获得悬浮泥浆。
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1、由化学计量式求各种原料有多少摩尔Xi 2、根据分子式求各种原料的摩尔量Mi 3、计算各种纯原料的质量mi＝MiXi 4、将各种原料的质量换算为百分比Ai
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三、混 料
混料的两种基本形式：
1）干混
2）湿混
混料时应注意的问题：
1）加料的次序 （用量多的两头加，用量少的中间加） 2）加料的方法
2、石膏模注浆成型方法
1）普通注浆成型：空心注浆成型和实心注浆成型 2）强化注浆成型：压力注浆、真空注浆、离心注浆等
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二、热压铸成型
这种成型方法借鉴了金属压铸成型的工艺思路， 利用石蜡的高温流变特性，对陶瓷石蜡流体进行压力 下的铸造成形。
1、成型工艺
蜡浆制备 热压铸机成型 高温排蜡
手动压制
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1、加压方式和压力分布
普通压制成型不能用于成型高而细的产品 适合压制高度为0.3～60mm，直径为5～50mm形状简单的制品
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2、加压速度和保压时间
加压过快，保压时间过短，气体不易排出； 加压慢，保压时间过长，生产效率低；
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特种陶瓷工艺学 ——特种陶瓷成形方法
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第一节
一 、配料计算
配料计算与制备
混合料配方的计算的两种方法： 1）根据已知的化学计量式的配料计算
方法：通过化学分子式计算出各原料的质量百 分组成
2）根据坯料预定化学组成进行坯料计算。
二、配料制备
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适用于不溶于酸、易水解的物料。
2）通过有机表面活性物质的吸附
与酸起反应的瘠性物料可以通过有机表面活性
物质的吸附，获得悬浮泥浆 。
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第二节 注浆法成形
一、石膏模注浆成型
1、石膏模注浆成型工艺
泥浆
流动性好、稳定性好、 触变性小、含水量少、 细度合适、渗透性好、 脱模性好、气泡少
优点：
生产过程简单，致密度高，制品尺寸精确，表面质 量高，设备机械化、自动化程度高，可以实现连续化生 产。
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塑化机理
1）无机塑化剂
加水后形成带电的粘土－水系统，使其具有可塑 性和悬浮性。
2）有机塑化剂
①在水溶液中生成水化膜，对坯料表面有活性作用； ②有机高分子被坯料的粒子表面所吸附，把瘠性粒 子粘结在一起 。
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五、造粒
造粒：在很细的粉料中加入一定塑化剂，制成粒 度较粗，具有一定假颗粒度级配、流动性好的混 合料。 一般造粒法 加压造粒法
棒和管材的挤压成型
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二、轧膜成型
原理
将坯料拌以一定量的有机粘结剂和溶剂，通过粗
轧和精轧成膜片后，经冲切工序制成所需的坯件。
轧膜成型原理图
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轧膜成型的工艺流程
陶瓷粉料
增塑剂
混合，搅拌
粗轧
精轧
冲片
水
特点
适合生产1mm～0.05mm的薄片制品；工艺简单、 生产效率高、膜片厚度均匀；制品横向收缩大，易出现 变形和开裂 。
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1）石蜡料浆的制备
（万孔筛余2-3%，含水≤0.2%） 粉料 （0.4～0.7%） 表面活性物质 具有良好的稳定 性、可铸性；合 适的收缩率
加热 （70～80℃）
真空脱气
蜡浆
（12～16%）石蜡
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2）热压铸机
在压缩空气作用下 充型，保压冷却， 脱模。
3）湿法混合时的分层 （烘干后，再混合，然后过筛）
4）设备专用
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四、 塑 化
塑化：
利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性 的过程。
塑化剂：指使坯料具有可塑性能力的物质。
1）无机塑化剂：粘土等（用于传统陶瓷） 2）有机塑化剂： 粘结剂（如聚乙烯醇）
有机塑化剂
增塑剂（如甘油）
溶剂 （如无水乙醇）
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塑化剂选用和加入的原则
1）在保证坯料一定可塑性的条件下，尽可能减 少塑化剂的用量。 2）选用塑化剂时，需考虑塑化剂在烧结时排除
的难易和排除温度等因素。
3）成型方法、坯料性质、制品的性能要求，以
及塑化剂的性能、价格及其对制品性能的影响；
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第四节
压制成型
压制成型是将坯料加入到模具中，在压机上压 成一定形状的坯体的方法。
一、坯料性能要求
颗粒大小及分布
流动性
容重
压缩比 结合性
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二、干压成型
将粉料加少量结合剂，造粒，将造粒后的粉料 填充到金属模具中，施加压力，使之成为具有一定 形状和强度的坯体。