第七章粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝

1、第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝主講人：于美杰主講人：于美杰 副教授副教授 Tel：88396181 Email： 第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝n本章基本要求本章基本要求n粉體的基本物理性能n粉體成形原理n了解幾種常用的成形工藝第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第七章第七章 目錄目錄v 第一節(jié)第一節(jié) 粉體成形原理粉體成形原理v 第二節(jié)第二節(jié) 粉體制備技術(shù)粉體制備技術(shù)v 第三節(jié)第三節(jié) 粉末冶金的成形工藝粉末冶金的成形工藝v 第四節(jié)第四節(jié) 陶瓷材料

2、的成形工藝陶瓷材料的成形工藝v 第五節(jié)第五節(jié) 燒結(jié)燒結(jié)v 第六節(jié)第六節(jié) 陶瓷與粉末快速成形工藝陶瓷與粉末快速成形工藝v 第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié)第一節(jié) 粉體成形原理粉體成形原理第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié)第一節(jié) 粉體成形原理粉體成形原理Forming theory of powdern 與材料液態(tài)鑄造成形與固態(tài)塑性成形方法不同，粉與材料液態(tài)鑄造成形與固態(tài)塑性成形方法不同，粉末冶金與陶瓷的成形方法是利用末冶金與陶瓷的成形方法是利用粉末粉末特有的性能，通特有的性能，通過坯體成形、燒結(jié)等系列工藝組成的

3、。過坯體成形、燒結(jié)等系列工藝組成的。n生產(chǎn)工藝過程生產(chǎn)工藝過程: :n粉末冶金與陶瓷所用原材料都是粉末冶金與陶瓷所用原材料都是“粉體粉體”第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理Forming theory of powderv 一、一、 粉料的基本物理性能粉料的基本物理性能n粒度粒度：d、等效直徑、等效直徑n粒度分布粒度分布、形貌（宏觀、微觀）形貌（宏觀、微觀）n拱橋效應(yīng)拱橋效應(yīng)：粉體顆粒的：粉體顆粒的形貌形貌千差萬別，直接影響到粉千差萬別，直接影響到粉體的流動性和填充性。由于實(shí)際粉料不是球形，加上體的流動性和填充性。由于實(shí)際粉料不是球形，加

4、上表面粗糙不平以及附著和凝聚的作用，顆粒之間相互表面粗糙不平以及附著和凝聚的作用，顆粒之間相互咬合，形成拱橋形空間，咬合，形成拱橋形空間，增大了空隙率，使粉料自由增大了空隙率，使粉料自由堆積的空隙率往往比理論計(jì)算值大得多堆積的空隙率往往比理論計(jì)算值大得多。第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理Forming theory of powdern粉體顆粒的表面能和表面狀態(tài)粉體顆粒的表面能和表面狀態(tài)n表面能：晶體破碎后內(nèi)部原子在周圍原子的均等作用表面能：晶體破碎后內(nèi)部原子在周圍原子的均等作用下處于能量平衡狀態(tài)，而表面原子只是一側(cè)受到內(nèi)部下處于能量平

5、衡狀態(tài)，而表面原子只是一側(cè)受到內(nèi)部原子的引力，另一側(cè)則處于一種具有原子的引力，另一側(cè)則處于一種具有“過剩能量過剩能量”的的狀態(tài)，狀態(tài)，該該“過剩能量過剩能量”稱為表面能稱為表面能。 n吸附與凝聚吸附與凝聚第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理Forming theory of powdern 粉料的堆積（填充）特性粉料的堆積（填充）特性 與與形狀形狀有關(guān)：拱橋效應(yīng)，形狀越不規(guī)則，空隙率有關(guān)：拱橋效應(yīng)，形狀越不規(guī)則，空隙率越高。越高。 與與粒徑分布粒徑分布有關(guān)：粒徑分布越寬，空隙率越小，有關(guān)：粒徑分布越寬，空隙率越小，堆積密度越大。堆積密度越大

6、。n粉料的流動性粉料的流動性 自然安息角越小，反映出流動性越好自然安息角越小，反映出流動性越好 球形粉末的流動性好球形粉末的流動性好第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理Forming theory of powderv 二、二、 粉體成形原理粉體成形原理n將將粉體粉體原料制成原料制成塊狀塊狀坯體一般采用三種不同的方法：坯體一般采用三種不同的方法： 壓制成形壓制成形：直接將：直接將不含液體不含液體（水或有機(jī)溶劑）或（水或有機(jī)溶劑）或含有少量液體的粉體含有少量液體的粉體加壓加壓成形。成形。 可塑成形可塑成形：將粉體加入：將粉體加入適量的液體適量

7、的液體，做成可塑泥，做成可塑泥團(tuán)，通過塑性變形制成坯體。團(tuán)，通過塑性變形制成坯體。 漿料成形漿料成形：將粉體中加入：將粉體中加入足夠多的液體足夠多的液體（含液量（含液量超過可塑泥團(tuán)），做成流體形的漿料，將其澆注超過可塑泥團(tuán)），做成流體形的漿料，將其澆注至模具內(nèi)形成坯體。至模具內(nèi)形成坯體。第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理Forming theory of powderv （1）壓制成形原理：）壓制成形原理：n基于較大壓力基于較大壓力n成形過程中坯體的成形過程中坯體的密度密度、強(qiáng)度強(qiáng)度、壓力壓力發(fā)生變化。發(fā)生變化。n高而細(xì)的產(chǎn)品不適于壓制法

8、成型高而細(xì)的產(chǎn)品不適于壓制法成型圖圖73 單面加壓單面加壓時坯體內(nèi)部壓力分時坯體內(nèi)部壓力分布情況布情況H坯體高度D坯體直徑第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理Forming theory of powdern 影響坯體密度的因素影響坯體密度的因素成形壓力成形壓力加壓方式：單面、雙面、四面加壓方式：單面、雙面、四面加壓速度：加壓速度：一輕、二重、慢提起一輕、二重、慢提起潤滑劑等添加劑潤滑劑等添加劑加壓方式和壓力分布狀態(tài)圖加壓方式和壓力分布狀態(tài)圖(a) 單面加壓；單面加壓；(b)雙面同時加壓；雙面同時加壓；(c)雙面先后加壓；雙面先后加壓；(d

9、)四面加壓（等靜壓）四面加壓（等靜壓）密度均勻程度增加密度均勻程度增加兩次之間有兩次之間有間隙，利于間隙，利于空氣排出空氣排出第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理v對壓制用粉料的工藝性能要求對壓制用粉料的工藝性能要求v(由于壓制成型時粉料顆粒必須能充滿模型的各由于壓制成型時粉料顆粒必須能充滿模型的各個角落個角落) )n 良好的流動性。良好的流動性。n 粉料中氣體越少越好。以便得到較高的素坯密度。粉料中氣體越少越好。以便得到較高的素坯密度。n 粉料的堆積密度越高越好。粉料的堆積密度越高越好。第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與

10、陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理Forming theory of powderv（2）可塑成形原理）可塑成形原理n 主要用于形成陶瓷坯體，不用于粉末冶金主要用于形成陶瓷坯體，不用于粉末冶金n可塑泥團(tuán)的流變特性可塑泥團(tuán)的流變特性 彈性變形彈性變形 假塑性變形假塑性變形 開裂開裂 y y流限、屈服值流限、屈服值 p p強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限 n n假塑性形變假塑性形變 y y回復(fù)形變回復(fù)形變 p p最大變形量最大變形量可塑泥團(tuán)的應(yīng)力應(yīng)變曲線可塑泥團(tuán)的應(yīng)力應(yīng)變曲線少量空氣和有機(jī)增少量空氣和有機(jī)增塑劑的作用塑劑的作用泥團(tuán)中顆粒產(chǎn)生相對位泥團(tuán)中顆粒產(chǎn)生相對位移所致移所致出現(xiàn)裂紋前的出現(xiàn)裂紋前的最大變形

11、量最大變形量第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理Forming theory of powdern 影響泥團(tuán)可塑性的因素影響泥團(tuán)可塑性的因素l固相顆粒大小和形狀固相顆粒大小和形狀：顆粒越粗，呈現(xiàn)最大塑性：顆粒越粗，呈現(xiàn)最大塑性時所需水分愈少，最大可塑性愈低時所需水分愈少，最大可塑性愈低; ;顆粒愈細(xì)顆粒愈細(xì)，比，比表面積愈大，每個顆粒表面形成水膜所需的水分表面積愈大，每個顆粒表面形成水膜所需的水分與多，可塑性愈高。與多，可塑性愈高。l液相的數(shù)量和性質(zhì)液相的數(shù)量和性質(zhì)：水分是泥團(tuán)出現(xiàn)可塑性的必：水分是泥團(tuán)出現(xiàn)可塑性的必要條件，當(dāng)要條件，當(dāng)水分

12、適量水分適量時才能呈現(xiàn)最大可塑性。時才能呈現(xiàn)最大可塑性。第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理Forming theory of powdern可塑性評價指標(biāo)：可塑性評價指標(biāo)：y yp p 。n屈服值隨含水量增加而減少；屈服值隨含水量增加而減少；n最大變形量隨含水量增加而增加。最大變形量隨含水量增加而增加?？伤苣鄨F(tuán)的可塑性與含水量的關(guān)系可塑泥團(tuán)的可塑性與含水量的關(guān)系第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理v可塑坯料的工藝性能要求可塑坯料的工藝性能要求n 可塑性好；可塑性好；n 含水量適當(dāng)；含水

13、量適當(dāng)；n 干燥強(qiáng)度高；干燥強(qiáng)度高；n 收縮率??；收縮率??；n 顆粒細(xì)度適當(dāng)；顆粒細(xì)度適當(dāng)；n 空氣含量低?？諝夂康?。第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理Forming theory of powderv （3 3）漿料成形原理）漿料成形原理n 將制備好的坯料泥漿注入多孔性模型內(nèi)，由于多孔性模型的吸將制備好的坯料泥漿注入多孔性模型內(nèi)，由于多孔性模型的吸水性，在貼近模壁的一層泥漿被模型吸水而形成一均勻的泥層，水性，在貼近模壁的一層泥漿被模型吸水而形成一均勻的泥層，這泥層隨著時間的延長而逐漸加厚，當(dāng)達(dá)到所需的厚度時，可這泥層隨著時間的延長而逐

14、漸加厚，當(dāng)達(dá)到所需的厚度時，可將多余的泥漿倒出。最后該泥層繼續(xù)脫水收縮而與模型脫離。將多余的泥漿倒出。最后該泥層繼續(xù)脫水收縮而與模型脫離。從模型取出后即為毛坯。從模型取出后即為毛坯。第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理n 影響泥漿流變性能的因素影響泥漿流變性能的因素 泥漿濃度泥漿濃度：濃度越高，在同一剪切速率下所需應(yīng)力越大，流：濃度越高，在同一剪切速率下所需應(yīng)力越大，流動性降低。動性降低。 固相顆粒大小固相顆粒大?。侯w粒越細(xì)，吸引力越大，流動阻力越大；：顆粒越細(xì)，吸引力越大，流動阻力越大； 電解質(zhì)的作用電解質(zhì)的作用：泥漿解凝：泥漿解凝 泥漿

15、的泥漿的pHpH值值：影響離解程度，或膠溶或絮凝：影響離解程度，或膠溶或絮凝未解凝的可塑粘未解凝的可塑粘土泥漿濃度與流土泥漿濃度與流動曲線的關(guān)系動曲線的關(guān)系第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第一節(jié) 粉體成形原理Forming theory of powder注漿成型對泥漿的總的工藝性能的要求注漿成型對泥漿的總的工藝性能的要求l 流動性好；l 穩(wěn)定性好；l 適當(dāng)?shù)挠|變性；l 含水量少；l 濾過性好；l 坯體強(qiáng)度高；l 脫模容易；l 不含氣泡。第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第二節(jié) 粉體制備技術(shù)Preparation tec

16、hnologies of powderv粉體制備方法粉體制備方法n粉碎法：粉碎法：機(jī)械粉碎、氣流粉碎機(jī)械粉碎、氣流粉碎 不易制備不易制備1 1微米以下的微細(xì)顆粒微米以下的微細(xì)顆粒 設(shè)備定型化，產(chǎn)量大，容易操作，被廣泛地應(yīng)用設(shè)備定型化，產(chǎn)量大，容易操作，被廣泛地應(yīng)用于粉末生產(chǎn)中，屬于物理法于粉末生產(chǎn)中，屬于物理法 機(jī)械合金化（高速高能球磨）機(jī)械合金化（高速高能球磨）n合成法：合成法：通過離子、原子、分子反應(yīng)，成核、生長、通過離子、原子、分子反應(yīng)，成核、生長、收集、后處理獲得微細(xì)顆粒收集、后處理獲得微細(xì)顆粒純度高純度高粒度可控粒度可控均勻性好均勻性好顆粒微細(xì)顆粒微細(xì)第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料

17、的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第二節(jié) 粉體制備技術(shù)Preparation technologies of powdern金屬粉末的合成方法金屬粉末的合成方法 還原法還原法 霧化法霧化法 電解法電解法n化合物粉末的合成方化合物粉末的合成方法法 固相法固相法化合反應(yīng)法化合反應(yīng)法熱分解反應(yīng)法熱分解反應(yīng)法氧化物還原法氧化物還原法 液相法液相法 生成沉淀法生成沉淀法 水熱法水熱法 溶膠凝膠法溶膠凝膠法 溶劑蒸發(fā)法溶劑蒸發(fā)法 熔液法熔液法 氣相法氣相法蒸發(fā)蒸發(fā)- -凝聚法凝聚法氣相化學(xué)反應(yīng)法氣相化學(xué)反應(yīng)法第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第三節(jié) 粉末冶金成形工藝

18、Powder metallurgyv粉末冶金成型工藝粉末冶金成型工藝n壓制成形：壓制成形：使用最廣泛使用最廣泛n粉漿澆注成形粉漿澆注成形n楔形壓制楔形壓制第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第三節(jié) 粉末冶金成形工藝Powder metallurgyv壓制成形壓制成形n（1 1）物料準(zhǔn)備）物料準(zhǔn)備 粉末分級粉末分級 配料混合配料混合 混合料濕磨：混合混合料濕磨：混合+ +研細(xì)研細(xì)n（2 2）壓制工藝）壓制工藝稱料稱料裝模裝模壓制壓制脫模脫模第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第三節(jié) 粉末冶金成形工藝Powder metallur

19、gyv粉漿澆注成形粉漿澆注成形n將粉末預(yù)先制成懸浮狀或漿糊狀物質(zhì)將粉末預(yù)先制成懸浮狀或漿糊狀物質(zhì), ,然后注入石膏然后注入石膏模中的成形方法模中的成形方法, ,叫粉漿澆注叫粉漿澆注. .n粉漿的制備粉漿的制備n模具材料模具材料: :石膏石膏(200(200度失去結(jié)晶水度失去結(jié)晶水) )n澆注方法澆注方法: : 手工澆注手工澆注( (傾倒?jié)沧A倒?jié)沧? )、壓縮空氣澆注、壓縮空氣澆注第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第三節(jié) 粉末冶金成形工藝Powder metallurgyv楔形壓制成形楔形壓制成形n楔形壓制又稱循環(huán)壓制。其方法是用一只楔形的上模楔形壓制又稱循

20、環(huán)壓制。其方法是用一只楔形的上模沖，將粉末分段壓制而成制品沖，將粉末分段壓制而成制品. .第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第四節(jié) 陶瓷材料成形工藝Forming techniquesof ceramicsn漿料成形漿料成形 注漿成形注漿成形 熱壓鑄成形熱壓鑄成形 流延成形：超薄型制品流延成形：超薄型制品n可塑成形可塑成形 滾壓成形滾壓成形 塑壓成形塑壓成形 擠壓成形擠壓成形 軋膜成形軋膜成形n壓制成形壓制成形 模壓成形模壓成形 等靜壓成形等靜壓成形第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第四節(jié) 陶瓷材料成形工藝Forming

21、techniquesof ceramicsv（1 1）注漿成形：坯料具有一定液態(tài)流動性）注漿成形：坯料具有一定液態(tài)流動性n基本注漿方法：空心注漿、實(shí)心注漿基本注漿方法：空心注漿、實(shí)心注漿n （ 單面注漿、雙面注漿單面注漿、雙面注漿）小件、薄壁小件、薄壁外模外模注口注口型芯型芯注漿注漿出氣出氣口口吸水吸水硬化脫模硬化脫模大件、厚壁大件、厚壁第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第四節(jié) 陶瓷材料成形工藝Forming techniquesof ceramicsn強(qiáng)化注漿方法：（提高吸漿速度和坯體強(qiáng)度）強(qiáng)化注漿方法：（提高吸漿速度和坯體強(qiáng)度） 真空注漿真空注漿 離心注

22、漿離心注漿 壓力注漿壓力注漿v（2 2）熱壓鑄成形）熱壓鑄成形n利用石蠟的熱流行特點(diǎn)，與坯料配合，是用金屬模具在利用石蠟的熱流行特點(diǎn)，與坯料配合，是用金屬模具在壓力下成形，冷凝后坯體能夠保持其形狀。壓力下成形，冷凝后坯體能夠保持其形狀。 蠟漿料蠟漿料的制備：漿坯料加入到以石蠟為主的粘結(jié)劑的制備：漿坯料加入到以石蠟為主的粘結(jié)劑中中 熱壓鑄熱壓鑄 高溫排蠟高溫排蠟第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第四節(jié) 陶瓷材料成形工藝Forming techniquesof ceramicsv（3 3）滾壓成形）滾壓成形n盛放著泥料的石膏模具和滾壓頭分別繞著自己的軸線以盛放著

23、泥料的石膏模具和滾壓頭分別繞著自己的軸線以一定的速度同方向旋轉(zhuǎn)。滾壓頭在轉(zhuǎn)動的同時，逐漸靠一定的速度同方向旋轉(zhuǎn)。滾壓頭在轉(zhuǎn)動的同時，逐漸靠近石膏模型，并對泥料進(jìn)行滾壓成形。近石膏模型，并對泥料進(jìn)行滾壓成形。n坯體質(zhì)量好坯體質(zhì)量好n生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高n日用品陶瓷日用品陶瓷陽滾壓陰滾壓第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第四節(jié) 陶瓷材料成形工藝Forming techniquesof ceramicsv（4 4）塑壓成形）塑壓成形n在模型內(nèi)常溫下壓制成坯在模型內(nèi)常溫下壓制成坯n抽真空擠壓成形，通壓縮空氣迅速脫模抽真空擠壓成形，通壓縮空氣迅速脫模n各種盤碟類制品各

24、種盤碟類制品n坯體致密度高坯體致密度高n石膏模壽命短石膏模壽命短n多孔樹脂膜、金屬膜高強(qiáng)模型多孔樹脂膜、金屬膜高強(qiáng)模型第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第四節(jié) 陶瓷材料成形工藝Forming techniquesof ceramicsv（5 5）擠壓成形）擠壓成形n效率高效率高n適合管件、棒狀制品適合管件、棒狀制品v（6 6）軋膜成形）軋膜成形n厚度厚度1mm1mm以下的薄片制品以下的薄片制品n橫向收縮大，易變形和開裂橫向收縮大，易變形和開裂第七章第七章 粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝第四節(jié) 陶瓷材料成形工藝Forming techniquesof ceramicsv（5 5）模壓成形）模壓成形n將流動性好、顆粒級配合合適的粉料，裝入模具