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6.2陶瓷材料的成形剖析
6.2.1 陶瓷材料成形基础 1.陶瓷材料概述 2.陶瓷材料的结构 3.陶瓷材料的性能 1.陶瓷材料概述 什么是陶? 什么是瓷? 陶和瓷的区别是什么? 陶器和瓷器的主要区别 烧成温度不同。陶器烧成温度一般都低于瓷器,最低甚至达到800℃以下,最高可达1100℃左右。瓷器的烧成温度则比较高,大都在1200℃以上,甚至有的达到1400℃左右。 坚硬程度不同。陶器烧成温度低,坯体并未完全烧结,敲击时声音发闷,胎体硬度较差,有的甚至可以用钢刀划出沟痕。瓷器的烧成温度高,胎体基本烧结,敲击时声音清脆,胎体表面用一般钢刀很难划出沟痕。 使用原料不同。陶器的胎料是普通的粘土,瓷器的胎料则 是瓷土,即高岭土。 透明度不同。陶器的坯体即使比较薄也不具备半透明的特点。瓷器的胎体无论薄厚,都具有半透明的特点。 釉料不同。陶器多不施釉或施低温釉,即一般的陶器表面无釉,即使有釉也是低温釉。瓷器则多施釉,瓷器的釉料有两种,既可在高温下与胎体一次烧成,也可在高温素烧胎上再挂低温釉,第二次低温烧成。 吸水率不同。陶器有较强的吸水性。一般来说,瓷的吸水率小于0.5%,而陶的吸水率大于10%。 含铁量不同。陶的含铁量一般在3%以上,瓷胎含铁量一般在3%以下。 胎体特征不同。陶器未玻化或玻化程度差,结构不致密,断面粗糙。瓷器玻化程度高,结构致密。 反应烧结氮化硅用于形状复杂、尺寸精度要求高的零件,如机械密封环等。 1.陶 瓷 材 料 陶瓷材料用原料有天然原料和化工原料两类。 根据在陶瓷中的作用不同,分为主要原料和辅助原料。主要原料有粘土、膨润土、滑石、菱镁矿、方解石、长石(碱金属和碱土金属的长石)、石英、工业氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、碱土金属碳酸盐、稀有及稀土金属氧化物(如Nb2O3、CeO2、La2O3、Y2O3等)及复合氧化物等,它们决定着陶瓷的性能。辅助原料是用来改善坯料的性能,满足陶瓷的成形等生产工艺要求。常用的辅助原料:粘结剂原料有甲基纤维素、聚乙醇、聚苯乙烯等;塑化剂原料有石蜡、甘油、酞酸二丁酯等;悬浮剂原料有水玻璃、碳酸钠等。 2.坏 料 制 备 陶瓷坯料的成形性是指陶瓷坯料是否容易加工成符合要求的坯体,及成形后是否容易卸模的性能。 塑化是利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过程。 造粒是在原料细粉中加入一定量的塑化剂,制成粒度较粗、具有一定假颗粒级配、流动性好的团粒(约20~80目),有利于陶瓷坯料的压制成形。 注浆成形的陶瓷坯料,为避免浆料沉淀分层,必须采取一定措施,增加料浆的悬浮性。 3.成 形 成形即形成一定形状和尺寸的陶瓷坯体的过程。成形技术和成形方法影响着产品的性能。 常用的成形方法有注浆成形、热压铸成形、挤压成形、轧膜成形、流延成形、干压成形、等静压成形及印刷成形等。具体的成形方法决定于制品的性能要求、形状、大小、厚薄和产量等。 ⑴ 注 浆 成 形 注浆成形是将陶瓷颗粒悬浮于液体中,然后注入多孔质模具,由模具的气孔把料浆中的液体吸出,而在模具内留下坯体的成形方法。 注浆成形有空心注浆和实心注浆两种。通常注浆是在自重的作用下进行,为了提高注浆速度和坯体质量,又出现了压力注浆、离心注浆和真空注浆等新方法 。 ⑵ 热 压 铸 成 形 热压铸成形是将加热熔融的石蜡与坯料混合成蜡浆,在一定压力下,将蜡浆注入金属模,冷凝后即成为有一定形状的坯体。成形是在热压铸成形设备中进行, 可生产形状复杂的中、小形坯件。 为保证热蜡注成形产品质量稳定, 应控制蜡浆较好的稳定性 、可铸性 、较低的收缩率。 热压铸成形必须严格控制工艺参数。蜡浆温度一般在65~75℃,模具温度为15~25℃,铸浆压力为0.3~0.5MPa,注模时间常为0.1~0.2s。 ⑶ 挤压成形 将经过真空练制的泥料,置于挤制机内,挤制机一头挤压泥料,另一头装有机嘴(成形模具)。通过更换机嘴,挤出各种形状的坯体。 ⑷ 轧 膜 成 形 轧膜成形是将准备好的陶瓷粉料,拌以一定的有机粘结剂(如聚乙烯醇、聚醋酸乙烯等)和溶剂,调制成合适的坯料,置于两轧辊之间。当轧辊转动时,放在轧辊之间的瓷料不断受到挤压,使瓷料中的每个颗粒都能均匀地覆盖上一薄层粘结剂,气泡不断被排除,通过调节轧辊间距,经粗轧、精轧出所需厚度的膜片,再用冲片机冲出所需尺寸的坯件。轧膜机是由两只相向滚动的轧辊构成。 轧膜成形在新型陶瓷生产中应用较为普遍,适宜生产厚度为0.2—1mm的薄片制品。成形工艺简单,生产效率高,坯体的密度高且厚度均匀,但存在各向异性,干燥和烧成时收缩不均,易出现变形和裂纹。 ⑸ 流 延 成
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