陶瓷材料粉末成形1

题目陶瓷粉末成型技术学院机电工程学院专业名称机械工程

班级 2012级

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姓名

指导教师

陶瓷粉末成型技术

摘要：综述陶瓷材料粉末成形的各种传统工艺及先进成形工艺，并比较各种工艺的特点及应用范围。以飞机陶瓷发动机燃烧室为例，分析其传统制造工艺与现阶段先进工艺的各自特点，并简要论述先进工艺的控制措施。

关键词：陶瓷粉末、传统工艺、先进工艺、应用范围、控制措施.

前言：随着社会的发展与科技的进步，在工业与生产中对材料的性能要求也不断提高，现如今单料已很难满足对其性能的综合要求，材料的复合化是材料发展的必然趋势之一。而陶瓷的高强度、高硬度、高弹性模量以及热化学性稳定等优异性能是使其成为众多学者研究的热点复合材料之一，但陶瓷所固有的脆性限制着其应用范围及使用可靠性。因此，改善陶瓷的室温韧性与断裂韧性，提高其在实际应用中的可靠性一直是现代陶瓷研究的热点。与陶瓷基复合材料相比，通常金属基陶瓷复合材料兼有陶瓷的高强度、耐高温、抗氧化特性，又具有金属的塑性和抗冲击性能，应用范围更广，诸如摩擦磨损类材料、航空航天结构件、耐高温结构件、汽车构件、抗弹防护材料等。

陶瓷粉末成形应以图纸或样品为依据，确定工艺路线，选择合适的成型方法。选择成型方法时，要从下列几方面来考虑：

（1）产品的形状、大小、厚薄等。（2）坯料的工艺性能。（3）产品的产量和质量要求。（4）成型设备要简单，劳动强度要小，劳动条件要好。（5）技术指标要高，经济效益要好。

陶瓷粉末成形部分传统工艺及先进工艺：1、注浆成型 2、干压成型3、压制成型4、热压铸成型5、流延成型6、轧膜成型7、注射成型8、凝胶注模成形9、直接凝固注模成形10、水解辅助固化成形11、电泳浇注成形(EFD)12、12、固体无模成形工艺13、气相成形14、气相成形15、陶瓷胶态注射成形新工艺

1、注浆成型，亦称浇注成型（Slip Casting）

定义及原理：是基于多孔石膏模具能够吸收水分的物理特性，将陶瓷粉料配成具有流动性的泥浆，然后注入多孔模具内（主要为石膏模），水分在被模具（石膏）吸入后便形成了具有一定厚度的均匀泥层，脱水干燥过程中同时形成具有一定强度的坯体，此种方式被称为注浆成型。

注浆成型的特点：优点：(1)适用性强，不需复杂的机械设备，只要简单的石膏模就可成型；(2)能制出任意复杂外形和大型薄壁注件；(3)成型技术容易掌握，生产成本低。(4)坯体结构均匀。

缺点：(1)劳动强度大，操作工序多，生产效率低；(2)生产周期长，石膏模占用场地面积大；(3)注件含水量高，密度小，收缩大，烧成时容易变形。(4)模具损耗大。(5)不适合连续化、自动化、机械化生产。

影响泥浆流动性的因素（1）、固相的含量、颗粒大小和形状的影响（2）、泥

浆温度的影响（3）、粘土及泥浆处理方法的影响（4）、泥浆的pH值的影响注浆时的化学凝聚过程:

Na-粘土＋CaSO4＋Na2SiO3→Ca-粘土＋CaSiO3↓+Na2SO4

2.干压成型

干压成型或模压成型，（Dry Pressing or Die Pressing)，一种金属粉末和陶瓷粉末的成型方法，就是将干粉坯料填充入金属模腔中，施以压力使其成为致密坯体。

干压成型的原理：高纯度粉体属于瘠性材料，用传统工艺无法使之成型。首先，通过加入一定量的表面活性剂，改变粉体表面性质，包括改变颗粒表面吸附性能，改变粉体颗粒形状，从而减少超细粉的团聚效应，使之均匀分布；加入润滑剂减少颗粒之间及颗粒与模具表面的摩擦；加入黏合剂增强粉料的粘结强度。将粉体进行上述预处理后装入模具，用压机或专用干压成型机以一定压力和压制方式使粉料成为致密坯体。

干压成型的特点：干压成型的优点是生产效率高，人工少、废品率低，生产周期短，生产的制品密度大、强度高，适合大批量工业化生产；缺点是成型产品的形状有较大限制，模具造价高，坯体强度低，坯体内部致密性不一致，组织结构的均匀性相对较差等。

干压成型的应用：在陶瓷生产领域以干压方法制造的产品主要有瓷砖、耐磨瓷衬瓷片、密封环等

3、压制成型

模压成型（又称压制成型或压缩成型）是先将粉状，粒状或纤维状的塑料放入成型温度下的模具型腔中，然后闭模加压而使其成型并固化的作业。模压成型可兼用于热固性塑料，热塑性塑料和橡胶材料。

4热压铸成型

热压铸成型又称热压注成型，是生产特种陶瓷的较为广泛的一种生产工艺，其基本原理是利用石蜡受热熔化和遇冷凝固的特点，将无可塑性的瘠性陶瓷粉料与热石蜡液均匀混合形成可流动的浆料，在一定压力下注入金属模具中成型，冷却待蜡浆凝固后脱模取出成型好的坯体。坯体经适当修整，埋入吸附剂中加热进行脱蜡处理，然后再脱蜡坯体烧结成最终制品。在一定温度范围内（如60~90度）浆温升高则浆料粘度减小，可使坯体颗粒排列致密，减少坯内的缩孔。浆温若过高坯体体积收缩加大，表面容易出现凹坑。浆温和坯体大小，形状，厚度有关。形状复杂、大型的`、薄壁的坯体要用温度高一些的浆料来压注，一般浆温控制在65~80度之间。

图1热压铸成形工艺图

5、流延成型，（Tape Casting)，又称带式浇注，刮刀法。

定义及原理：一种陶瓷制品的成型方法，首先把粉碎好的粉料与有机塑化剂溶液按适当配比混合制成具有一定黏度的料浆，料浆从容器同流下，被刮刀以一定厚度刮压涂敷在专用基带上，经干燥、固化后从上剥下成为生坯带的薄膜，然后根据成品的尺寸和形状需要对生坯带作冲切、层合等加工处理，制成待烧结的毛坯成品。

特点：一种陶瓷基片的专用成型方法，特别适合成型0.2MM--3MM厚度的片状陶瓷制品，生产此类产品具有速度快、自动化程度高、效率高、组织结构均匀、产品质量好等诸多优势。

应用：现代电子元器件的微型化、集成化、低噪声和多功能化的发展趋势进一步加速，导致许多新型封装技术的相继问世。它的主要特点是无引线(或短引线)、片式化、细节距和多引脚。新型封装技术与片式元件表面组装技术相结合，开创了新一代微组装技术，作为微组装所用的陶瓷基片产业也因此迅速发展起来。而流延法正是适应这一需要发展起来的现代陶瓷成型方法。除用于高集成度的集成电路封装和衬底材料的基片外，流延陶瓷产品还广泛应用于薄膜混合式集成电路(如程控电话交换机、手机、汽车点火器、传真机热敏打印头等〕、可调电位器（如彩色电视机和显示器用聚焦电位器、玻璃釉电位器等)、片式电阻(如网络电阻、表面贴装片式电阻等)、玻璃覆铜板(主要用于大功率电子电力器件)、平导体制冷器及多种传感器的基片载体材料。

6 轧膜成型

一种陶瓷坯片的成型方法。首先把粉料和有机黏结剂混合均匀，然后把他们倒在两个反向滚动的轧辊上反复进行混练，使黏结剂和粉料充分均匀分布，溶剂逐步挥发(必要时可开电风扇加速其挥发)，坯料由稀到稠，直至不粘轧辊。混练好的坯料经过折迭、倒向、反复进行粗轧，将其中气泡排除，以获得均匀一致的膜层，再逐渐缩小轧辊间的间距进行精轧，使之成为所需的薄膜(厚度可达十微米至几毫米)。轧膜常用黏结剂为聚乙烯醇或聚醋酸乙烯酯等有机高分子化合物，有时还加入分散剂，增塑剂等。轧膜成型的优点是工艺简便，轧出的膜片表面光滑，均匀，致密。但反复轧膜，常会引入少量杂质，有时对产品电性能产生不利影响，费时也较长，不便连续化操作。主要用于薄片状电容器坯片、压电陶瓷扬声器(蜂鸣片)、滤波器坯片和厚膜电路基板坯片等。简单来说轧膜成型是将准备好的陶瓷粉料，拌以一定量的有机粘结剂(如聚乙烯醇等)和溶剂，通过粗轧和精轧成膜片后再进行冲片成型。

轧膜成型的特点：轧膜成型具有工艺简单、生产效率高、膜片厚度均匀、生产设备简单、粉尘污染小、能成型厚度很薄的膜片等优点。但用该法成型的产品