6.1陶瓷材料的成形工藝解析課件

1、陶瓷材料的成形工藝第1頁，共23頁。第一節(jié) 概述 一、陶瓷概念 以離子鍵及共價鍵為主要結(jié)合鍵的無機非金屬材料。二、陶瓷的類別 根據(jù)化學組成、顯微結(jié)構(gòu)及性能可將陶瓷分為：普通陶瓷和特種陶瓷。1.普通陶瓷 以粘土、長石和硅石等天然料為原料，經(jīng)粉碎、成形、燒結(jié)而成，主要用于制造日用品。2.特種陶瓷 以人工化合物（氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）為原料制成的陶瓷，具有特殊的性能，主要用于機械、電子、航空航天、醫(yī)學工程等。第2頁，共23頁。第3頁，共23頁。33常用工業(yè)陶瓷的種類、性能及用途種 類特 性用 途普通陶瓷質(zhì)地堅硬，不氧化生銹，絕緣性、耐蝕性及加工成形性好，但其結(jié)構(gòu)疏松，含雜質(zhì)較多，

2、強度較低，耐高溫性不及現(xiàn)代陶瓷（只能承受1200高溫） 除用作日用陶瓷外，工業(yè)上常用作電工絕緣陶瓷、建筑衛(wèi)生陶瓷及化工耐酸陶瓷工程陶瓷氧化鋁陶瓷具有很高的硬度，能在1600左右長期使用，并具有較高的強度、高溫強度和耐磨性以及良好的絕緣性和化學穩(wěn)定性廣泛用于制造高速切削刀具、量規(guī)、拉絲模、高溫爐零件、空壓機泵零件、內(nèi)燃機火花塞及真空材料和絕熱材料等氧化鈹陶瓷導熱性好，熱穩(wěn)定性高，硬度極高，并特有消散高能輻射的能力 主要用于制造熔化坩堝、晶體管散熱片、真空設備、集成電路基片、激光管等，還用于原子反應堆裝置中作阻滯劑氧化鋯陶瓷呈弱酸性或惰性，耐侵蝕，耐高溫，導熱系數(shù)小，但熱膨脹系數(shù)較高，抗熱震性差主

3、要用作坩堝、高溫加熱爐和反應堆的隔熱材料及金屬表面的防護涂層等碳化硅陶瓷 具有很高的硬度和高溫強度及熱傳導能力，較好的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐蝕性和抗蠕變性 用來制造工作溫度高于1500的零件，如火箭尾噴管、熱電偶套管、高溫電爐零件等，還可作砂輪、磨料等耐磨材料 第4頁，共23頁。續(xù)表34種 類特 性用 途工程陶瓷氮化硅陶瓷硬度高、摩擦因數(shù)小，耐磨性良好，而且化學穩(wěn)定性高，能抵抗各種酸、堿和熔融金屬的侵蝕（除氫氟酸外），絕緣性優(yōu)異用于制造各種泵的密封環(huán)、熱電偶套管、切削刀具、高溫軸承等氮化硼陶瓷六方氮化硼能耐高溫，并有自潤滑性；立方氮化硼具有僅次于金剛石的極高硬度六方氮化硼常用作耐高溫、耐腐蝕的潤

4、滑劑以及耐熱涂料等；立方氮化硼主要用作磨料，制造精密磨輪、刀具等金屬陶瓷氧化鋁基金屬陶瓷高的熱硬性和高溫強度，抗氧化性良好，與被加工金屬材料的粘著傾向小，可提高加工精度、降低表面粗糙度。但韌性差、熱穩(wěn)定性較低主要用作工具材料，如刃具、模具、噴嘴、密封環(huán)等碳化物基金屬陶瓷又稱為硬質(zhì)合金，雖硬度、耐磨性略低于氧化物基金屬陶瓷，但強度和韌性大大提高用作各類加工工具、表面耐磨材料等目錄第5頁，共23頁。第二節(jié) 特種陶瓷的成形加工35特種陶瓷的成形工藝過程為： 粉料制備配料坯料成形制品的燒結(jié) 一.粉料的制備 特種陶瓷粉料的制備方法有機械破碎法和合成法兩種。 1.機械破碎法 采用機械方法將粗顆粒破碎以獲得

5、細粉的方法，其特點是生產(chǎn)量大，成本低，但破碎過程中易混入雜質(zhì)，且難以制得亞微米級的顆粒尺寸。 2.合成法 由離子、原子、分子通過反應、成核和長大、收集、后處理而獲得微細陶瓷粉的方法。該法的特點是：微粉純度、粒度可控，均勻性好，顆粒微細，并且可實現(xiàn)顆粒在分子級水平上的復合、均化。第6頁，共23頁。二、配料36 根據(jù)陶瓷材料的成分要求，將粉體原料混合，制成符合成形工藝要求的混合料的過程 。1.混合 一般在球磨筒內(nèi)混合，混合時注意加料次序、加料方法。2.塑化 利用塑化劑使原來無塑性的坯料具有可塑性的過程 塑化劑有無機塑化劑和有機塑化劑兩種，無機塑化劑主要指粘土，用于普通陶瓷塑化；特種陶瓷一般使用有機

6、塑化劑塑化。塑化劑通常由三種物質(zhì)組成： 1）粘結(jié)劑，能粘結(jié)粉料，通常有聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纖維 素等。2) 增塑劑，溶于粘結(jié)劑中使其易于流動，通常有甘油等3）溶劑，能溶解粘結(jié)劑、增加塑性，并能和坯料組成膠狀物質(zhì)，通常有 水、無水酒精、丙酮、苯等。 第7頁，共23頁。3.造粒 為改善粉料在干壓成形時的流動性，在壓制之前需在很細的粉料中加入一定的塑化劑，制成粒度較粗，具有一定粒度級配，流動性好的粒子。4.懸浮 當需要注漿成形制坯時，在漿料中加入懸 浮劑，以防物料下沉。第8頁，共23頁。三、坯料成形1.注漿成形 將陶瓷漿料注入石膏模中形成坯料的工藝。 注漿方法有實心注漿法、空心注漿法。注漿

7、時可采用壓力注漿、離心注漿和真空注漿等方法。第9頁，共23頁。注漿成形工藝圖真空注漿離心注漿第10頁，共23頁。2.熱壓鑄成形 在壓力作用下,把熔化的含蠟漿料注入金屬模具中，冷卻凝固后得到型坯的工藝。 熱壓鑄成形原理第11頁，共23頁。3.可塑法成形1)擠壓成形 將可塑料用擠壓機的螺旋或活塞擠壓，通過機嘴成為所要求的各種型坯。 擠壓成形適宜生產(chǎn)的產(chǎn)品有： 各種管狀產(chǎn)品：高溫爐管、熱電偶套管、電容器磁管等 柱狀產(chǎn)品： 電阻元器件 斷面規(guī)則的產(chǎn)品：圓形、橢圓形、方形、六角形等。 長100200mm、厚0.23mm的片狀模。 100200孔/cm2的蜂窩狀、篩格式穿孔制品。第12頁，共23頁。擠壓成

8、形示意圖第13頁，共23頁。2)軋模成形 將準備好的坯料拌以一定量的有機粘結(jié)劑（一般為聚乙烯醇）置于軋模機的兩軋輥之間進行輥軋，生產(chǎn)薄片狀陶瓷型坯的工藝。軋模成形第14頁，共23頁。4.模壓成形（干壓成形） 在陶瓷粉料中加入粘結(jié)劑、造粒，然后置于鋼模中，加壓制成一定形狀的型坯。模壓成形方式第15頁，共23頁。5.等靜壓成形powder coldisostatic Dressing 將粉末或粉末壓坯在室溫施以各向均勻相等壓力的粉末特殊成形方法。 按彈性模具是否固定在壓力容器上，分濕袋式和干袋式兩類。不專門說明時，冷等靜壓成形一般均指濕袋式冷等靜壓成形。 第16頁，共23頁。濕式等靜壓成形 1）在

9、彈性模中裝入粉末，振實后用橡皮塞塞緊并密封； 2）將密封好的彈性模放入壓力容器內(nèi)； 3）密封容器，開動高壓油泵至容器內(nèi)達到最終壓力。 濕式等靜壓成形原理圖第17頁，共23頁。干式等靜壓成形 彈性模(亦稱干袋)長久地固定在容器內(nèi)，成形過程中彈性模不從容器中取出，操作人員不與液體介質(zhì)接觸，故稱“干袋”。 壓制過程是： 1） 將粉末裝入干袋； 2）利用壓力機上沖頭封閉壓力容器； 3）泵入液體介質(zhì)對干袋施壓； 4）壓制結(jié)束后上沖頭離開容器，取出壓坯。第18頁，共23頁。1一上蓋板；2一彈性模(干袋)；3一支承件；4粉末；5一高壓液體入口 干袋式冷等靜壓成形裝置示意圖 5第19頁，共23頁。6.流延法 成形工藝過程： 陶瓷粉料混合漿料加入流延機露斗流延烘干膜坯 主要用于生產(chǎn)陶瓷薄膜(小于0.2mm)流延法原理圖第20頁，共23頁。四、特種陶瓷的燒結(jié) 1.燒結(jié)概念 經(jīng)過成形的粉末在加熱到一定溫度后開始收縮，在低于物質(zhì)熔點溫度之下變成致