1、陶瓷工艺学陶瓷工艺学第十章第十章 陶瓷成型方法陶瓷成型方法与模具与模具 主讲人：于岩主讲人：于岩 吴任平吴任平要要 目目v 10.1 可塑可塑成型成型 v 10.2 注浆成型注浆成型 v 10.3 压制成型压制成型v 10.4 成型模具成型模具v 习习 题题10.1 可塑成型可塑成型 定义定义：利用模具或刀具等的运动所造成的压力、剪：利用模具或刀具等的运动所造成的压力、剪力，挤压等外力对具有可塑性的坯料进行加工，迫力，挤压等外力对具有可塑性的坯料进行加工，迫使坯料在外力的作用下发生可塑变形，制成坯料使坯料在外力的作用下发生可塑变形，制成坯料。 10.1.1 旋压成型旋压成型 10.1.2 滚压
2、成型滚压成型 10.1.3 塑压成型塑压成型 10.1.4 注射成型注射成型 利用作旋转运动的石膏模与上下运动的样板刀来成型。利用作旋转运动的石膏模与上下运动的样板刀来成型。1、 设备：设备： 石膏模石膏模：塑性泥料放在石膏模中，石膏模安装在辘轳车机的塑性泥料放在石膏模中，石膏模安装在辘轳车机的模座上，辘轳车机带动模座上的石膏模转动。可用脚踏或马达带模座上，辘轳车机带动模座上的石膏模转动。可用脚踏或马达带动动。 样板刀样板刀：右手扳样板刀徐徐落下，接触泥料。由于样板刀的右手扳样板刀徐徐落下，接触泥料。由于样板刀的压力与石膏模的旋转，泥料均匀的分布于模型内表面。排除的余压力与石膏模的旋转，泥料均
3、匀的分布于模型内表面。排除的余泥在样板刀上向上爬，左手清除余泥。模型内壁和样板刀的空隙泥在样板刀上向上爬，左手清除余泥。模型内壁和样板刀的空隙被泥料填满，旋制成坯体。被泥料填满，旋制成坯体。 样板刀样板刀泥料内表面形成坯体的内表面。泥料内表面形成坯体的内表面。 石膏模石膏模泥料的外表面形成坯体的外表面。泥料的外表面形成坯体的外表面。 厚度厚度样板刀与石膏模的距离为坯体的厚度。样板刀与石膏模的距离为坯体的厚度。10.1.1 旋压成型旋压成型1、以、以“刮泥刮泥”的形式排泥，要求泥料屈服值低些。即泥料的含水的形式排泥，要求泥料屈服值低些。即泥料的含水率稍高些，排泥阻力小。率稍高些，排泥阻力小。2、
4、“刮泥刮泥”成型时，与样板刀接触的坯体表面不光滑，排泥混乱成型时，与样板刀接触的坯体表面不光滑，排泥混乱需加水来赶光表面。需加水来赶光表面。3、模座转速，据制品的形状定。、模座转速，据制品的形状定。 转速高：深腔制品，直径小的制品，阴模旋压。一般转速控制转速高：深腔制品，直径小的制品，阴模旋压。一般转速控制230 400r/min， 泥料水分泥料水分2123%。4、“中心中心”准。石膏模，样板刀，模座主轴对准中心。准。石膏模，样板刀，模座主轴对准中心。 5、样板刀对泥料正压力小，可加宽刀口，减小刀口角度。、样板刀对泥料正压力小，可加宽刀口，减小刀口角度。6、旋压设备简单，适应性强，可旋制深凹制
5、品。、旋压设备简单，适应性强，可旋制深凹制品。 质量差，手工操作劳动强度大，需一定的操作技术。效率低。质量差，手工操作劳动强度大，需一定的操作技术。效率低。坯泥加工余量大，占地大。坯泥加工余量大，占地大。10.1.1 旋压成型旋压成型 10.1.1 旋压成型旋压成型 成型缺陷：成型缺陷： 1、夹层开裂。、夹层开裂。 坯体内有空隙，泥料有分层现象。坯体内有空隙，泥料有分层现象。 旋坯刀上下快，凹坑。旋坯刀上下快，凹坑。 初装泥料不够，补泥。前后泥料结合不紧。初装泥料不够，补泥。前后泥料结合不紧。 2、外表开裂。、外表开裂。 对复杂形状的制品，厚度急剧变化的部位。对复杂形状的制品，厚度急剧变化的部
6、位。 加水赶光时，局部水分大，干后即裂。加水赶光时，局部水分大，干后即裂。 旋大坯时，刀上积泥太厚，刀震动，局部旋大坯时，刀上积泥太厚，刀震动，局部 开裂。开裂。v旋压基础上发展起来的。旋压基础上发展起来的。v 扁平的刀扁平的刀锥形或圆柱形的圆转体锥形或圆柱形的圆转体滚压头滚压头泥料与滚压头接触面大，受压时间长，受力均匀，坯泥料与滚压头接触面大，受压时间长，受力均匀，坯体致密均匀，强度较大，不需加水赶光表面，减少变形。体致密均匀，强度较大，不需加水赶光表面，减少变形。阳模滚压外滚压：阳模滚压外滚压： 滚压头决定坯体外形的大小，适滚压头决定坯体外形的大小，适合扁平状合扁平状 宽口且坯体内表面有花
7、纹的产品。宽口且坯体内表面有花纹的产品。 阴模滚压内滚压：阴模滚压内滚压： 滚压头形成坯体内表面，适合内滚压头形成坯体内表面，适合内径小而宽口制品。径小而宽口制品。10.1.2 滚压成型滚压成型 主要工艺因素：主要工艺因素： 1）泥料的要求：）泥料的要求： 阳模成型泥料在模型外，水分应少些，可塑性强些。阳模成型泥料在模型外，水分应少些，可塑性强些。 阴模成型可塑性可稍低，成型水分可稍多。阴模成型可塑性可稍低，成型水分可稍多。 2）滚压头温度）滚压头温度：热滚压使泥料表面产生一层气膜，防止粘滚：热滚压使泥料表面产生一层气膜，防止粘滚头，滚压的坯体表面光滑，质量提高，对泥料要求不严，适用范头，滚压
8、的坯体表面光滑，质量提高，对泥料要求不严，适用范围广。围广。 3）主轴转速）主轴转速 滚头转速：滚头转速：主轴转速主轴转速n1 滚头转速滚头转速n2 n1 提高产量，产品直径大，提高产量，产品直径大，n1应稍小应稍小 阳模：阳模：n1过大，泥料易脱离模型，底部花心，边缘破口过大，泥料易脱离模型，底部花心，边缘破口 阴模：阴模：n1可稍大，过小粘滚头可稍大，过小粘滚头 转速比转速比 in1/n2 反映成型对泥料与滚头的相对运动反映成型对泥料与滚头的相对运动 i1作相对滚动，作相对滚动， i1作相对滚动外，还有相对滑动作相对滚动外，还有相对滑动10.1.2 滚压成型滚压成型 泥料放于模型内常温压制
9、成坯。泥料放于模型内常温压制成坯。模型内部设置多孔性纤维管，模型内部设置多孔性纤维管， 可通压缩空气或可通压缩空气或抽真空。抽真空。 优点优点：1 可成型异型盘碟类产品可成型异型盘碟类产品 2 成型时施加一定压力，致密度成型时施加一定压力，致密度 缺点缺点：对模具强度要求较高：对模具强度要求较高 10.1.3 塑压成型塑压成型 腐性物料与有机添加剂混合加压挤制腐性物料与有机添加剂混合加压挤制 坯料不含水坯料不含水 腐性物料腐性物料 结合剂结合剂成型过程：加热坯料成型过程：加热坯料注射成型注射成型模具打开模具打开脱模烧成脱模烧成 相同点相同点 不同点不同点注射成型注射成型 工序相同工序相同 粒状
10、粉料不含水粒状粉料不含水, 压力更高压力更高热压注成型热压注成型 在一定在一定T,P下下 制备蜡浆制备蜡浆 , 压力稍低压力稍低 10.1.4 注射成型注射成型 10.2.1 基本注浆基本注浆 10.2.2 强化注浆强化注浆 10.2.3 其它注浆方法其它注浆方法10.2 注浆成型注浆成型 定义：定义：注浆成型（传统）注浆成型（传统）在石膏模的毛细管力作用下，含在石膏模的毛细管力作用下，含一定水分的粘土泥浆脱水硬化成坯的过程。一定水分的粘土泥浆脱水硬化成坯的过程。注浆成型（现代）注浆成型（现代）具有一定液态流动性的成型方法具有一定液态流动性的成型方法1 、空心注浆：（单面注浆）、空心注浆：（单
11、面注浆）石膏模没有型芯，泥石膏模没有型芯，泥浆注满模型后放置一段时间，待模型内壁粘附一定厚浆注满模型后放置一段时间，待模型内壁粘附一定厚度的坯体后，将多余泥浆倒出，然后带模干燥。度的坯体后，将多余泥浆倒出，然后带模干燥。 坯体外形模型工作面坯体外形模型工作面 坯体厚度吸浆时间（模温，湿度，泥浆性质）坯体厚度吸浆时间（模温，湿度，泥浆性质）适于：小件，薄壁产品适于：小件，薄壁产品10.2.1 基本注浆方法基本注浆方法2、 实心注浆：实心注浆：泥浆注入外模与型芯之间，石膏模泥浆注入外模与型芯之间，石膏模从内外两个方向同时吸水。注浆过程中泥浆量不断从内外两个方向同时吸水。注浆过程中泥浆量不断减少。须
12、不断补充泥浆，直至全部硬化成坯。减少。须不断补充泥浆，直至全部硬化成坯。 坯体外形外模工作面坯体外形外模工作面 坯体内形模芯工作面坯体内形模芯工作面 坯体厚度外模与模芯的空腔坯体厚度外模与模芯的空腔适于：坯体内外表面形状、花纹不同，大型，厚壁适于：坯体内外表面形状、花纹不同，大型，厚壁的产品。的产品。10.2.1 基本注浆方法基本注浆方法对泥浆性能要求：对泥浆性能要求：空心注浆：空心注浆：比重小，稳定性好，触变性稍小，细比重小，稳定性好，触变性稍小，细实心注浆：实心注浆：比重大，触变性稍大，泥浆颗粒可稍比重大，触变性稍大，泥浆颗粒可稍粗粗 10.2.1 基本注浆方法基本注浆方法 基本原理：基本
13、原理：施加压力提高吸浆速度和坯体强度施加压力提高吸浆速度和坯体强度 据加压方式不同可分为：据加压方式不同可分为：真空注浆，离心注浆，压力真空注浆，离心注浆，压力 注浆，电泳注浆注浆，电泳注浆1 真空注浆：真空注浆：模外抽真空，模外抽真空， 模型放于负压的真空室中模型放于负压的真空室中由于模内外压力差，提高注浆推动力，提高吸浆速度由于模内外压力差，提高注浆推动力，提高吸浆速度 减少坯体气孔，针眼减少坯体气孔，针眼2 离心注浆：离心注浆：向旋转的模型内注入泥浆，在离心力作用向旋转的模型内注入泥浆，在离心力作用下，泥浆紧靠模型脱水成坯，其中气泡较轻，集中于中下，泥浆紧靠模型脱水成坯，其中气泡较轻，集
14、中于中间部位，最后破裂消失。间部位，最后破裂消失。 特点特点：致密度高，厚度均匀，变形较小：致密度高，厚度均匀，变形较小 对泥浆要求对泥浆要求：粒度分布窄，否则大颗粒集中表面，：粒度分布窄，否则大颗粒集中表面， 小颗粒集中内部，导致制品收缩不均。小颗粒集中内部，导致制品收缩不均。10.2.2 强化注浆方法强化注浆方法3 压力注浆：压力注浆：通过提高泥浆压力来提高注浆过程推动通过提高泥浆压力来提高注浆过程推动力加速水分扩散，可缩短注浆时间，减少坯体干燥收力加速水分扩散，可缩短注浆时间，减少坯体干燥收缩和脱模后坯体的水分。缩和脱模后坯体的水分。 加压方式加压方式：提高浆桶高度或引入压缩空气：提高浆
15、桶高度或引入压缩空气 根据根据加压大小加压大小 ： 高压注浆高压注浆2MPa 高强度树脂模高强度树脂模 中压注浆中压注浆0.150.4MPa 高强度硫磺模，树脂模型高强度硫磺模，树脂模型 微压注浆微压注浆0.03MPa 石膏模石膏模压力注浆特点：压力注浆特点： （1）缩短注浆时间）缩短注浆时间 （2） 减少坯体干燥收缩，提高坯体致密度减少坯体干燥收缩，提高坯体致密度 （3） 压力注浆降低坯体脱模后留有的水分压力注浆降低坯体脱模后留有的水分10.2.2 强化注浆方法强化注浆方法 热压注成型热压注成型：特殊的注浆成型方法，用于瘠性料的特特殊的注浆成型方法，用于瘠性料的特种瓷，电子瓷，氧化物陶瓷和金
16、属陶瓷。以有机结合种瓷，电子瓷，氧化物陶瓷和金属陶瓷。以有机结合剂为分散介质，固体颗粒为分散相，在一定温度下（剂为分散介质，固体颗粒为分散相，在一定温度下（7085）配成料浆，在金属模具中成型。）配成料浆，在金属模具中成型。 工艺过程：工艺过程：石蜡石蜡浇注成型浇注成型排蜡排蜡烧成烧成 制备蜡浆：制备蜡浆：粉料，塑化剂（石蜡），表面活性剂（油酸）粉料，塑化剂（石蜡），表面活性剂（油酸）粉料的处理：粉料的处理：预烧预烧（减少收缩，保证产品规格。提高料浆的（减少收缩，保证产品规格。提高料浆的流动性，减少石蜡的用量）流动性，减少石蜡的用量） 粉料要求：粉料要求： 细度：万孔筛余细度：万孔筛余23%。
17、颗粒小，流动性差，。颗粒小，流动性差，石蜡用量多，颗粒大，料浆易沉淀。石蜡用量多，颗粒大，料浆易沉淀。 含水率：小于含水率：小于0.5% 选用石蜡的原因：选用石蜡的原因：熔点低，粘度低，不与瓷粉反应熔点低，粘度低，不与瓷粉反应 冷却冷却时体积收缩，易于脱模。廉价时体积收缩，易于脱模。廉价 表面活性剂：表面活性剂：油酸，硬脂酸，蜂蜡。油酸，硬脂酸，蜂蜡。 石蜡和粉料不浸润，分层。石蜡和粉料不浸润，分层。 加入表面活性剂使之混合均匀，提高流动性。加入表面活性剂使之混合均匀，提高流动性。10.2.3 其它注浆方法其它注浆方法 成型成型 蜡浆温度：蜡浆温度：6075 钢模温度钢模温度 ：2030 压力
18、：压力：0.30.5MPa排蜡排蜡：埋烧：埋烧 温度：温度：9001100 埋在吸附剂中，埋在吸附剂中，60 开始熔融，开始熔融，120 以上挥发。以上挥发。 吸附剂：氧化铝，氧化镁，氧化硅，滑石粉等。吸附剂：氧化铝，氧化镁，氧化硅，滑石粉等。 吸附剂开始吸附蜡浆，然后挥发或氧化。吸附剂开始吸附蜡浆，然后挥发或氧化。 注意：缓慢升温，否则易起泡分层。注意：缓慢升温，否则易起泡分层。素坯加工素坯加工烧成烧成 10.2.3 其它注浆方法其它注浆方法 流延法成型流延法成型：主要用来成型超薄瓷片主要用来成型超薄瓷片 0.05mm 浆料：粉料浆料：粉料 +塑化剂塑化剂 增塑剂、流化剂、抗聚剂增塑剂、流化
19、剂、抗聚剂 搅拌除泡搅拌除泡 、真空脱气、真空脱气10.2.3 其它注浆方法其它注浆方法电泳成形电泳成形：直流外电场作用下，带负电的粘土：直流外电场作用下，带负电的粘土颗粒与水分离，移向阳极，并沉于阳极，形成颗粒与水分离，移向阳极，并沉于阳极，形成与阳极相似的陶瓷坯体。与阳极相似的陶瓷坯体。特点：特点：坯体结构均匀，颗粒排列整齐，没有气坯体结构均匀，颗粒排列整齐，没有气泡，无内在应力，改变阳极形状可生产各种形泡，无内在应力，改变阳极形状可生产各种形状的制品。尺寸较大的平板状产品。状的制品。尺寸较大的平板状产品。 坯体强度低，泥浆浓度变化，存在水的电解坯体强度低，泥浆浓度变化，存在水的电解 阳：
20、阳：02+ZnZnO 阴阴: H210.2.3 其它注浆方法其它注浆方法10.3 压制成型压制成型 将含水一定水分的粒状粉料填充到模型之中，施加将含水一定水分的粒状粉料填充到模型之中，施加压力使之成为具有一定形状和强度的陶瓷坯体。压力使之成为具有一定形状和强度的陶瓷坯体。一一 加压制度与坯体质量的关系。加压制度与坯体质量的关系。 1、 成型压力的影响。成型压力的影响。 净压力粉料的阻力净压力粉料的阻力 成型压力成型压力 消耗压力克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力消耗压力克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力 坯体高，形状复杂，要求压力大坯体高，形状复杂，要求压力大 压力提高可提高致密度。但压力过大会引
21、起残留压力提高可提高致密度。但压力过大会引起残留 空气膨胀使坯体开裂。空气膨胀使坯体开裂。 2、加压方式的影响：、加压方式的影响：单面加压单面加压：压力分布不均，有低压区，死角：压力分布不均，有低压区，死角双面加压双面加压：消除底面的低压区，死角。但空气易被挤到：消除底面的低压区，死角。但空气易被挤到 坯体中间部位，使中部密度小。坯体中间部位，使中部密度小。 双面先后加压双面先后加压3、加压速度：、加压速度：低压区：低压区：速度稍快使空气消除速度稍快使空气消除高压区：高压区：应缓慢加压以免残余气体无法排出应缓慢加压以免残余气体无法排出 应多次加压以保证压力均匀应多次加压以保证压力均匀10.3
22、压制成型压制成型 4、添加剂的选用：、添加剂的选用：（1）减少粉料颗粒间及粉料与模壁的摩擦）减少粉料颗粒间及粉料与模壁的摩擦-润滑剂润滑剂（2）增加粉料颗粒间的粘结作用粘结剂）增加粉料颗粒间的粘结作用粘结剂（3） 促进粉料颗粒间吸附，湿润或变形表面活促进粉料颗粒间吸附，湿润或变形表面活 性剂性剂10.3 压制成型压制成型二、二、 等静压成型：等静压成型： 装在封闭模具中的粉料各个方向同时均匀受压成型装在封闭模具中的粉料各个方向同时均匀受压成型的方法。的方法。 根据成型温度可分为根据成型温度可分为常温等静压常温等静压，冷等静压（冷等静压（CIP）和和热等静压（热等静压（HIP）常温等静压常温等静
23、压 依据液体介质的不可压缩性及均匀传递依据液体介质的不可压缩性及均匀传递 压力的特性。压力的特性。 （1）备料：）备料：流动性好，（含水量流动性好，（含水量3） （2）装料：）装料：振动装料，振动装料， 可同时抽真空，提高堆积密度可同时抽真空，提高堆积密度 （3）加压：）加压：成型压力：成型压力：70150MPa （4）脱模：）脱模：避免突然降压，否则内外气压不平衡，使避免突然降压，否则内外气压不平衡，使坯体破裂（残余气体被压缩）坯体破裂（残余气体被压缩） 10.3 压制成型压制成型湿袋法：湿袋法：模具与介质直接接触，与容器不关联的模具与介质直接接触，与容器不关联的模具结构。粉料可各个方向同时
24、受到压力，致密模具结构。粉料可各个方向同时受到压力，致密度高。度高。干袋法：干袋法：模具固定在容器内，脱模时不必移动模模具固定在容器内，脱模时不必移动模具。模具顶部，底部无法加压，因此致密性稍差具。模具顶部，底部无法加压，因此致密性稍差10.3 压制成型压制成型10.3 压制成型压制成型 常温等静压成型的特点：常温等静压成型的特点： 优点：优点：1）坯体密度大，结构均匀，烧成收缩小，制品）坯体密度大，结构均匀，烧成收缩小，制品尺寸准确。尺寸准确。 2）生坯强度大，不用干燥，可直接上釉或烧成。）生坯强度大，不用干燥，可直接上釉或烧成。 3）可压制形状复杂的大型制品。）可压制形状复杂的大型制品。
25、4）粉料可不加或少加粘合剂。）粉料可不加或少加粘合剂。 缺点：缺点：1）设备费用高，投资大。）设备费用高，投资大。 2）成型速度慢。）成型速度慢。 3）高压操作，需有保护措施。）高压操作，需有保护措施。10.4 成型模具成型模具一、石膏模：一、石膏模： 二、新型多孔模具二、新型多孔模具 1、多孔塑料模、多孔塑料模 2、无机填料模、无机填料模 3、素陶模具、素陶模具 4、多孔金属模、多孔金属模三、压制成型用金属模三、压制成型用金属模四、等静压成型用弹性模四、等静压成型用弹性模近年来多采用高强度树脂模近年来多采用高强度树脂模五、模具的放尺五、模具的放尺 成型时长度（模具长度）成型时长度（模具长度）L0 烧后长度烧后长度 L 以烧后长度为基准计算放尺率以烧后长度为基准计算放尺率 S（L0-L）/L100 L0（s1）L
