特种陶瓷的成型方法

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。
¾ 这种方法可连续操作，操作周期短，适用于成批生 产。但产品规格受限制，因为加压塑性模不能经常 更换。
目前大量使用的主要是湿袋法。
3.热等静压成型
热等静压也称为高温等静压，是用金属箔代替橡皮 模，用气体代替液体，使金属箔内的粉料均匀受压。 通常所用的气体为氦气、氩气等惰性气体。结。
特种陶瓷的主要成型方法可分为： ① 压力成型方法，如干压成型、冷等静压成型、干袋式
等静压成型等。 ② 可塑成型方法，如可塑毛坯挤压、轧膜成型等。 ③ 浆料成型方法，如料浆浇注、离心浇注、流延成型、
热压铸等。 ④ 注射成型。 ⑤ 其他成型方法。如压滤法、固体自由成型制备技术、
直接凝固注模成型、温度诱导成型、电泳沉积成型等。
挤压成型时将真空练制的泥 料放入挤制机内，这种挤制 机一头可以对泥料施加压力， 另一头装有机嘴即成型模具。 通过更换机嘴，能挤出各种 形状的坯体。也有将挤制嘴 直接安装在真空练泥机上， 成为真空练泥挤压机，挤出 的制品性能更好。
棒和管材的挤压成型
Á 挤压机适合挤制棒状、管状(外形可以是圆形成多 角形，但上下尺寸大小一致)的坯体，然后待晾干 后，可以再切割成所需长度的制品。一般常用挤 制φl～30 mm的管、棒及壁厚可小至0.2mm左右细 管等。随着粉料质量和泥料可塑性的提高，也用 来挤制长100～200mm，厚0.2～3mm片状坯膜，半 干后再冲制成不同形状的片状制品，或用来挤制 100～200孔/cm2的蜂窝状或筛格式穿孔瓷制品。
3 4～ 12 14 17 18 20 25 30 40 50 10
0. 0.3 0.4 0.5 0.6 1.0 2.0 2.5 3.5 5.5 7.5 2
第三节 成型工艺
（2）挤压法成型对泥料的要求： ①粉料细度和形状：细度要求较细，外形圆润，以长时 间小磨球球磨的粉料为好。 ②溶剂、增塑剂、粘结剂等：用量要适当，同时必须使 泥料高度均匀，否则挤压的坯体质量不好。
可塑成型法是利用模具或刀具等运动所造成的压力、剪力、 挤压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成坯体的方法，又称为挤压成型。 可塑成型法所用泥料含水量高，干燥热耗大(需要蒸发大量 水分)，变形开裂等缺陷较多，对泥料要求较苛刻。但是， 可塑成型所用坯料制备比较方便，对泥料加工所用外力不大， 对模具强度要求不算很高，操作也比较容易掌握。
（二）等静压成型
原理：利用流体（水，油）作为传递介质来获得均匀静压力施 加到材料上的一种方法。 即利用液体介质的不可压缩性来均 匀传递压力性，从各个方向进行加压，获得制品的成型方法。
热等静压成型（HIP）
等静压成形
湿式冷等静压
冷等静压成型（CIP）
干式冷等静压
操作方法：
粉料被包封在与流体隔绝的橡皮膜或塑料 模内，然后将它浸没于加压容器中的液体 内。流体可以是甘油、机油、水或者其它 非压缩性液体，通过高压泵将压力通过流 体的传递施加在橡皮膜的各个方向，伴随 着橡皮模变形使粉体被均匀加压成型。
压力—密度关系
f.加压速度与保压时间。实践表明，加压速度与保压时间，对坯体性能 有很大影响，即与压力的传递和气体的排除有很大的关系。
如果加压过快，保压时间过短，气体不易排出。同样当压力还未传递到 应有的深度时，外力就已卸掉，显然难以得到较为理想的坯体质量。
如果加压速度过慢，保压时间过长，使生产效率降低，也是没有必要的. 因此，应根据坯体的大小、厚薄和形状来调整加压速度和保压时间。一 般对于大型、壁厚、高度大、形状较为复杂的产品，开始加压宜慢，中间 可快，后期宜慢，并有一定的保压时间。这样有利于气体的排除和压力的 传递，如果压力足够大时，保压时间可以短些。否则加压速度不当，排不 出气体，会出现鼓泡、夹层和裂纹等。
大。适用于小规模生产。 每次都要进行装袋、卸袋操作，
生产效率不高，不能连续进行大规模生产。
第三节 成型工艺
2.干袋式等静压：将弹性模具半固定，不浸泡在液体介质
中，而是通过上下活塞密封。压力泵将液体介质注入到高 压缸和加压橡皮之间，通过液体和加压橡皮将压力传递使 坯体受压成型。
9模具并不都是处于液 体之中，而是半固定式 的； 9坯料的添加和坯件的 取出，都是在干燥状态 下操作,与液体不相接 触。因此称为干袋法。
双向压制及压坯密度沿高度的分布
①干压成型的工艺原理 干压成型的实质是在外力作用下，颗粒在模具内相互靠近，并借助内
摩擦力牢固地把各颗粒联系起来，保持一定形状。这种内摩擦力作用 在相互靠近的颗粒外围结合剂薄层上。 下图表示加压后结构的变化及颗粒接触的情况，图（a）为球形接触， (b)为尖顶接触。当颗粒接触时，R1将大于R2，R2相当于微孔半径或微 孔隙，这样由于微孔压力会把各颗粒拉近紧贴，也即通常所说的“粘 着力”。
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。
（1）挤压进程参数的影响
①挤压嘴锥角α。 α过小，则挤压压力小，坯体不致密，强度低。 α过大，则阻力大，不易挤出。 当挤压件直径d＜10mm 时，α为12°～13°为宜； 当挤压件d＞10mm时，α＝17°～20°为宜。 挤压更大的坯件时，α可增大至20°～30°。
挤压嘴各部分尺寸
②挤压件直径与挤压筒直径之比d／D。
（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。
在一价阳离子中，氢是一个例外。因为它实际上是一个原子核，所 以电荷密度最高，吸引力也最大，从而可塑性也最大，原料颗粒吸附不 同的阳离子时，其可塑性的顺序和阳离子交换的顺序是相同的，即：
H＋＞Al3＋＞Ba2＋＞Ca2＋＞Mg2＋＞NH4＋＞K＋＞Na＋＞Li＋ （3）溶剂的影响。最常用的溶剂(分散介质)是水，只有含有适当水分时， 泥团才有最大的可塑性，一般来说，水膜厚度为0.2μm时泥团的可塑性 最高。
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。
将预压好的坯料包封在弹性的橡胶
模或塑料模中，然后置于高压容器
中，容器内充满了液体介质。被成
型的坯体处于高压液体中，各方受
压均匀。因为模具直接打入液体压
力介质，和液体相接触。因此称湿
袋等静压法。加压后，既可以释放
压力，打开上盖封头，取出模具， 并从模具中取出成型好的坯件。
湿式等静压制原理图
这种方法可任意改变塑性包套的形状和尺寸。制品灵活性很
第三节 成型工艺
（3）干压成型的优缺点 优点：干压成型在特种陶瓷生产中是较常用的成型方法， 因为它具有工艺简单，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。
缺点：干压成型对大型坯体生产有困难，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 不均匀，致密度不均匀，收缩不均匀，会产生开裂、分 层等现象。随着现代化成型方法的发展，达一缺点逐渐 为等静压成型所克服。
一般d／D取1／1.6～l／2，为了使坯件表面光滑，密度均 匀，坯件从挤压嘴出来后要经过一定长度的定型段L。一般 取L＝(2～2.5)d。
③当挤压管件时，管壁的厚度必须能承受自身的质量。下 表的数据可作为选择壁厚的参考。
第三节 成型工艺
挤压管 外径
管壁最 小厚度
推荐的挤压管外径与壁厚尺寸
单位：mm
第三节 成型工艺
（一) 泥团可塑性的原理
可塑泥团是由固相、液相、气相组成的塑性-粘性系统，由粉料、粘结 剂、增塑剂和溶剂组成，可塑泥团与料浆的重要差别在于固液比不同： 可塑泥团含水一般为19％～26％，而料浆含水高达30％～35％。泥团颗 粒间存在着两种力：
①吸力，主要有范德华力、静电引力和毛细管力。吸力作用范围约 2nm。毛细管力是泥团颗粒间引力的主要来源。
②斥力，在水介质中，斥力作用范围约20nm。 当系统中水含量高，颗粒相距较远，表现出以斥力为主。当水含量低 时，颗粒接近，表现出以吸力为主，成为泥团。
影响泥团可塑性的主要因素有： （1）陶瓷原料的性质和组成。
a. 阳离子交换力强的原料，一方面可使粒子表面形成水膜，增加可塑性；
另一方面由于粒子表面带有电荷，不会聚集，降低粒度。比表面积增 加，也可增加阳离子交换能力。
颗粒加压后的接触情况
随着压力增大，坯料将改变外形，相互滑动，间隙减少，逐步加大接 触，相互贴紧。由于颗粒进一步靠近，使胶体分子与颗粒间的作用力加强， 因而坯体具有一定的机械强度。
如果坯料颗粒级配合适，结合剂使用正确，加压方式合理，干压法也 可以得到比较理想的坯体密度。
②影响干压成型的主要因素： a.粉体粒度分布：合适的粒度分布，可提高素坯充填密度。 b.流动性：由喷雾或造粒后的粉体，具有良好流动性，它能在自动成型
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。