粉体成型工艺实验模板

粉体成型工艺实验

学时安排( 6学时)

1.实验的目的及意义

粉体成型就是将分体聚结成具有一定几何尺寸和显微结构的坯体.实际上,许多粉体要经过”粉体－成型－烧结”的工艺路线最终制备成实用的块体材料.由于陶瓷脆性大,难以二次加工,因此成型过程基本决定了陶瓷的几何尺寸.粉体成型有多种方法,各种方法有各有特点,应根据实际情况选用.本实验选择了有代表性的粉体成型技术供大家实践,这些成型方法在工业界及实验室广泛采用,做起实验来成本较低.本实验,学生能够感性的获得有关粉体成型的知识和经验.

本文仅介绍有代表性的几种技术: 干压成型、热压注成型、丝网印刷、流延成型.(学生可任选三项)

2..背景知识

2.1 干压成型是将经过造粒、流动性好,颗粒级配合适的粉料,装入模具内,经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.其特点是粘结剂含量较低,不经过干燥能够直接烧结,坯体收缩小,能够自动话生产.

干压成型的压制方式有仅用一个冲头对粉体进行压缩的所谓”单向压”和用两个冲头对粉体进行相向压缩的所谓”双向压”两种.本试验采用”单向压”

干压成型的主要工艺参数有造粒、压制方式、最高压力和保压时间等.

2.2 热压注成型

热压铸成型即低压注射成型(LPIM: low pressure injection molding), 在陶瓷生产中是一种重要的成型方法, 这种方法成型的产品尺寸精确, 表面光洁度高, 更主要的是这种成型方法能够生产形状复杂的产品, 因此在工业陶瓷领域较为广泛, 如氧化铝, 氧化镁, 氮化硅陶瓷的生产中。

热压铸成型具有设备简单, 模具磨损小, 操作方便, 生产效率

高的优点。其成型的坯体尺寸较准确, 光洁度较高, 结构紧密[38]。这种方法能够成型形状复杂的中小型瓷件。热压铸成型是在热压铸机上进行的。它的基本原理是: 在压力下将具有较好流动性的热浆料压入金属模内, 并在压力的持续作用下充满整个金属模具同时

凝固, 然后除去压力, 拆开模具, 形成含蜡的半成品, 再经过脱脂( 除去粘结剂) 和烧成即得到制品。

热压铸所用浆料一般选择石蜡作为粘结剂, 同时加入少量表面活性剂。表面活性剂作用: 一方面以改进粉料与石蜡之间的吸附,

保证料浆长期加热后的稳定性; 另一方面降低粉料与石蜡界面上的表面能, 减少分子间的作用力, 提高料浆的流动性, 并减少石蜡用量。常见的表面活性剂有油酸、硬脂酸、蜂蜡等。制备浆料时石蜡的加入量一般为粉料质量的12.5wt%-13.5wt%, 表面活性剂的加入量, 使用油酸时一般为粉料质量的0.4%-0.8%, 使用蜂蜡或硬脂酸时则为石蜡质量的5％左右。将石蜡加热熔化, 然后将粉料加入, 一边加热一边搅拌, 也能够将粉料加热后加入石蜡溶液。当粉料与石蜡充分混合均匀后, 经凝固制成蜡板, 以备成型之用。

本试验采用图1所示的热压铸机成型.

图1 热压注成型机

要保证热压铸的正常进行, 蜡浆所要满足的主要性能指标包括:

①稳定性: 长时间加热而且不搅拌时, 蜡浆保持均匀不分层的

性能。

②可注性: 蜡浆充满型腔得到准确外形的能力。一般粘度低、

凝固速度小、粉料干燥、颗粒大小合适的蜡浆可注性好。

③装填密度: 单位体积坯体中所含粉料数量, 装填系数大则烧

成收缩变形小, 结构稳定致密。

④收缩率: 熔化蜡浆凝固为固体时的体积收缩率。收缩率与粉

料、石蜡的膨胀系数有关, 与石蜡含量成正比, 也和热压铸

温度有关。

将配制好的蜡板放置在热压铸机的盛浆桶内, 加热至一定温度, 熔化的蜡浆在压缩空气的驱动下, 经过供料管进入模腔, 根据产品的具体情况, 保持一定的时间后卸压, 模型中的蜡浆冷却, 脱模得到坯体。

热压铸成型方法生产的产品具有外形规整、尺寸精确、表面光洁度高等特点。热压铸成型工艺不但能够成型精确尺寸的复杂形状制品, 而且操作方便, 生产效率高[38]。因此热压铸成型方法的使用十分广泛。

热压铸在成型过程中如果控制不合理容易产生各种不同的缺陷, 如表1:

缺陷原因

欠铸蜡浆流动性差; 注浆口温度过高或过低; 压力和注浆时间不够;

模具中气体未完全排除。

凹坑浆料和模具温度过高, 坯体冷却时收缩增大; 脱模过早; 进浆口大小和位置不合理。

变形模具温度过高或脱模过早, 坯体未完全凝固。

开裂模具温度过低, 坯体冷却速度过快, 模具型芯阻止坯体收缩而产生开裂。

起泡蜡浆中含有空气; 浆料流动性过大或压力过大; 模具设计不合理。

皱纹浆料性能不好, 粘度大, 流动性差; 模具内空气未排尽; 成型时温度过低影响浆料流动性。

表1 热压铸成型过程易产生的缺陷及其原因

可见产生的缺陷主要是由蜡浆流动性, 粘度, 浆体和模具温度控制, 成型压力等因素造成的。各种缺陷有着不同的改进措施减少缺陷, 如凹坑的改进措施是掌握好浆料和模具温度及脱模时间,选择合适的进浆口尺寸和位置; 气泡的改进措施是拌蜡时充分排除浆料中的空气,控制好石蜡及表面活性物质的加入量,防止加入过多引起浆料流动性过大,选择合适的成形压力,设计合理的模具。变形与开裂的解决办法是掌握好模具温度和脱模时间,模具注浆口要有一定的斜度。注意以上的因素则能够有效地提高成型质量。

2.３丝网印刷

丝网印刷将流延生坯平放在承印台上,经过真空负压将丝网吸附固定,将浆料印在流延生坯上.基本原理是: 在丝网制造一个能够漏过浆料的图形( 网模) ,在压力作用下,让浆料漏过丝网在基板表面上形成该图形的厚膜层.本试验所用的丝网印刷如图二所示.