1、第八章 陶瓷材料需要掌握的知识点了解陶瓷材料的定义、制备工艺了解陶瓷材料的组织特构及作用 了解陶瓷材料的性能特点 了解陶瓷材料的分类及应用陶瓷材料的定义及制备工艺定义：陶瓷是无机高分子材料，用天然的或人工合成粉状化合物通过成型、高温烧结而制成的多晶固体材料。陶瓷材料的制备工艺 制粉 压坯 烧结 成品二 陶瓷材料的组织结构 1 晶相：主要组成相，由离子键或共价键结合而成，决定陶瓷的性能：高熔点、高耐热性、高化学稳定性、高绝缘性、高脆性。2 玻璃相：非晶态固体，将晶相粘结在一起，降低烧结温度，抑制晶相晶粒长大和填充气孔。3 气相：气孔（510）。对性能的不利影响：增加脆性、降低强度、电击穿强度降低
2、，绝缘性能降低。对性能的有利影响：提高吸振性，使陶瓷密度减小三、陶瓷的性能 1、力学性能：硬度极高：（1500HV）高弹性模量;高脆性；高的抗压强度；低的抗拉强度：低的塑性、韧性；抗热振性能较低。2、物理化学性能 高熔点 （Tm 2000C）(高温强度、高温蠕变抗力)低的热膨胀系数、热导率，良好的绝缘性。特殊的光、电、磁性能：如压电性能、激光性能等 结构稳定，化学稳定高。四、陶瓷的分类及应用（按用途分）普通陶瓷：由粘土、长石、石英为原料配制，烧结而成。组织：主晶相 莫来石2530%，次晶相 SiO2；玻璃相 3560%气相 13%性能特点：质地坚硬，不氧化、不生锈、耐高温；成型性好，成本低。强
3、度低，绝缘性、耐高温性不如其它陶瓷。应用：生活中常用的各类陶瓷制品；电瓷绝缘子，耐酸、碱的容器和反应塔管道，纺织机械中的导纱零件。2、特种陶瓷 （1）氧化铝陶瓷组织：AL2O3 主晶相，还有少量SiO2；性能：硬度高；耐高温（抗氧化性能，高的蠕变抗力）；耐腐蚀，绝缘性好；脆性大，抗热振性差；缺点应用：内燃机火花塞；火箭导弹的导流罩；用于制造耐磨零件，如轴承，纺织机上的导纱器等；用于冶炼金属的坩埚；合成纤维喷嘴，和各种切削刀具等（2）氮化硅陶瓷 主要成分：Si3N4 制备有两种方法：热压烧结；反应烧结热压烧结；反应烧结 性能特点：硬度高，摩擦系数小，极优异的耐磨材料。蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗
4、热振性能最好。化学稳定性好(除氢氟酸外)，优异的绝缘性能。应用：用于耐磨、耐高温、耐腐蚀、且形状复杂、尺寸精度高的陶瓷制品，如高温轴承、燃气轮机转子叶片。热电偶套管、石油化工泵的密封环（动密封）；切削刀具。（3）碳化硅陶瓷：主要成分：SiC.制备：反应烧结；热压烧结；性能特点：高温强度高，导热性好。耐放射元素辐射；热稳定性、抗蠕变、耐腐蚀性能好；应用：高温结构材料；火箭尾喷管的喷嘴；高温轴承；热交换器，核燃料包封材料。（4）氮化硼陶瓷：主要成分：BN；晶体结构为六方结构，与石墨相似，称“白石墨”。性能特点：耐热性、导热性好；热稳定好，抗热振性好；核反应堆中吸收热中子的控制棒 3、金属陶瓷 （1
5、）成分：金属氧化物或碳化物+添加适量的金属粉末 （AL2O3，ZrO2,TiC,WC 等+Co,Ni,Cr,Fe,Mo,等）（2）制备：粉末冶金(过程：制粉 压制成型烧结后处理等)（3）金属陶瓷硬质合金（金属陶瓷的一种）：WC（TiC,TaC）+Co,Ni，Mo;基体 粘结剂 (4)性能特点：高的硬度、高的热硬性、高的耐磨性（由于高速刚）；抗压强度高，抗弯强度低，弹性模量高。耐蚀性好，热膨胀系数比钢低；缺点：脆性大，导热性好，不能用于切削的方法加工（5）分类，编号，应用：钨、钴类钨、钴类：YG3，YG6，YG8.成分：WC +Co（数字为Co的含量 应用：制造的刀具可以切削脆性材料，如铸铁、一
6、些有色金属和胶木等 钨、钴、钛类钨、钴、钛类：YT5，YT15，YT30.成分：WC +Ti +Co 应用：制造的刀具可以切削韧性材料，如钢等。万能硬质合金万能硬质合金：YW1，YW2.成分：WC+TiC+TaC+Co 制造的刀具既可切削脆性材料，又可切削韧性材料，加工效果好。第七章 粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺 粉末冶金（粉末冶金（Powder MetallurgyPowder Metallurgy）与）与陶瓷陶瓷(Ceramic)(Ceramic)的主要制备工艺过程包括的主要制备工艺过程包括粉末制备、成型和烧结。其生产工艺过程粉末制备、成型和烧结。其生产工艺过程可简单地表示为：粉末制备坯料
7、制备成型可简单地表示为：粉末制备坯料制备成型干燥烧结后处理热压或热等静压烧结成品干燥烧结后处理热压或热等静压烧结成品 本章将讨论粉末冶金与陶瓷的成型原本章将讨论粉末冶金与陶瓷的成型原理、粉体制备技术、粉末冶金的成型工艺理、粉体制备技术、粉末冶金的成型工艺和陶瓷材料的成型工艺，最后介绍快速成和陶瓷材料的成型工艺，最后介绍快速成型工艺。型工艺。粉末制备坯料制备成型干燥烧结后处理热压或热等静压烧结成品第一节 粉体成型原理一、一、粉料的基本物理性能粉料的基本物理性能1.1.粒度粒度(Particle Size)(Particle Size)和粒度和粒度分 布分 布(P a r t i c l e S
8、i z e(P a r t i c l e S i z e Distribution)Distribution)粒度是指粉料的颗粒大小，粒度是指粉料的颗粒大小，通常以颗粒半径通常以颗粒半径r r或直径或直径d d表示。表示。粒度分布是指多分散体系中各种粒度分布是指多分散体系中各种不同大小颗粒所占的百分比。不同大小颗粒所占的百分比。2.2.颗粒的形态与拱桥效应颗粒的形态与拱桥效应 人们一般用针状、多面体状、人们一般用针状、多面体状、柱状、球状等来描述颗粒的形态。柱状、球状等来描述颗粒的形态。粉料自由堆积的空隙率往往比粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得多，就是因为实际理论计算值大得多，就是因
9、为实际粉料不是球形，加上表面粗糙图表，粉料不是球形，加上表面粗糙图表，以及附着和凝聚的作用，结果颗粒以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交错咬合，形成拱桥型空间，互相交错咬合，形成拱桥型空间，增大了空隙率。这种现象称为拱桥增大了空隙率。这种现象称为拱桥效应（见图效应（见图7-17-1）。）。3.3.粉体的表面特性粉体的表面特性 （1 1）粉体颗粒的表面能）粉体颗粒的表面能(surface(surface energy)energy)和表面状态和表面状态 粉体颗粒表面的粉体颗粒表面的“过剩能量过剩能量”称称为粉体颗粒的表面能。为粉体颗粒的表面能。表表7-17-1是当粒径发生变化时，一是当粒径发生变
10、化时，一般物质颗粒其原子数与表面原子数之般物质颗粒其原子数与表面原子数之间的比例变化。间的比例变化。（2 2）粉体颗粒的吸附与凝聚）粉体颗粒的吸附与凝聚(Coagulation)(Coagulation)一个颗粒依附于其它物体表面上一个颗粒依附于其它物体表面上的现象称之为附着。而凝聚则是指颗的现象称之为附着。而凝聚则是指颗粒间在各种引力作用下的团聚。粒间在各种引力作用下的团聚。4.4.粉 料 的 堆 积（填 充）特 性粉 料 的 堆 积（填 充）特 性(Packing Property)(Packing Property)单一颗粒（即纯粗颗粒或细颗粒）单一颗粒（即纯粗颗粒或细颗粒）堆积时的空隙
11、率约堆积时的空隙率约40%40%。若用二种粒度。若用二种粒度（如平均粒径比为（如平均粒径比为10:110:1）配合则其堆积）配合则其堆积密度增大；而采用三级粒度的颗粒配合密度增大；而采用三级粒度的颗粒配合则可得到更大的堆积密度。则可得到更大的堆积密度。5.5.粉料的流动性粉料的流动性(Flowing Property)(Flowing Property)粉料虽然由固体小颗粒组成，但由粉料虽然由固体小颗粒组成，但由于其分散度较高，具有一定的流动性。于其分散度较高，具有一定的流动性。当堆积到一定高度后，粉料会向四周流当堆积到一定高度后，粉料会向四周流动，始终保持为圆锥体（图动，始终保持为圆锥体（图
12、7-27-2），其自），其自然安息角（偏角）然安息角（偏角）保持不变。保持不变。二、二、压制成型原理压制成型原理 压制成型是基于较大的压力，压制成型是基于较大的压力，将粉状坯料在模型中压成块状坯将粉状坯料在模型中压成块状坯体的。体的。1.1.压制成型过程中坯体的变化压制成型过程中坯体的变化 （1 1）密度的变化）密度的变化 （2 2）强度的变化）强度的变化 （3 3）坯体中压力的分布）坯体中压力的分布 图图7-37-3为单面加压是坯体内为单面加压是坯体内部压力分布情况。部压力分布情况。2.2.影响坯体密度影响坯体密度(Density)(Density)的因素的因素（1 1）成型压力）成型压力
13、压制过程中，施加于粉料上的压力主要压制过程中，施加于粉料上的压力主要消耗在以下二方面：消耗在以下二方面：1 1）克服粉料的阻力）克服粉料的阻力P1P1，称为净压力。，称为净压力。2 2）克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的）克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力力P2P2，称为消耗压力。，称为消耗压力。压制过程中的总压力压制过程中的总压力P=P1+P2P=P1+P2，即成型，即成型压力。压力。（2 2）加压方式）加压方式 图图7-47-4为加压方式和压力分为加压方式和压力分布关系图。布关系图。（3 3）加压速度）加压速度（4 4）添加剂的选用）添加剂的选用3.3.对压制用粉料的工艺性能对压制用粉料的工艺性
14、能要求要求 由于压制成型时粉料颗粒由于压制成型时粉料颗粒必须能充满模型的各个角落，必须能充满模型的各个角落，因此要求粉料具有良好的流动因此要求粉料具有良好的流动性。为了得到较高的素坯密度，性。为了得到较高的素坯密度，粉料中包含的气体越少越好，粉料中包含的气体越少越好，粉料的堆积密度越高越好。粉料的堆积密度越高越好。三、三、可塑泥团的成型原理可塑泥团的成型原理 1.1.可 塑 泥 团 的 流 变 特 性可 塑 泥 团 的 流 变 特 性(Rheological Behavior)(Rheological Behavior)图图7 75 5为粘土泥团的应力为粘土泥团的应力应变曲线。应变曲线。图图7
15、 76 6表示了粘土的含水量表示了粘土的含水量与其应力应变曲线的关系。与其应力应变曲线的关系。第一节第一节 粉体成型原理粉体成型原理2.2.影响泥团可塑性的因素影响泥团可塑性的因素（1 1）固相颗粒大小和形状）固相颗粒大小和形状 一般地说，泥团中固相颗粒愈粗，呈现一般地说，泥团中固相颗粒愈粗，呈现最大塑性时所需的水分愈少，最大可塑性愈最大塑性时所需的水分愈少，最大可塑性愈低；颗粒愈细则比表面愈大，每个颗粒表面低；颗粒愈细则比表面愈大，每个颗粒表面形成水膜所需的水分愈多，由细颗粒堆积而形成水膜所需的水分愈多，由细颗粒堆积而成的毛细管半径越小，产生的毛细管力越大，成的毛细管半径越小，产生的毛细管力
16、越大，可塑性也高。不同形状颗粒的比表面是不同可塑性也高。不同形状颗粒的比表面是不同的，因而对可塑性的影响也有差异。的，因而对可塑性的影响也有差异。（2 2）液相的数量和性质）液相的数量和性质 水分是泥团出现可塑性的必要条件。泥水分是泥团出现可塑性的必要条件。泥团中水分适当时才能呈现最大的可塑性，如团中水分适当时才能呈现最大的可塑性，如图图7-77-7所示。所示。3.3.对可塑坯料的工艺性能要对可塑坯料的工艺性能要求求 可塑性好，含水量适当，可塑性好，含水量适当，干燥强度高，收缩率小，颗粒干燥强度高，收缩率小，颗粒细度适当，空气含量低。细度适当，空气含量低。第一节第一节 粉体成型原理粉体成型原理
17、四、四、泥浆泥浆/粉浆的成型原理粉浆的成型原理1.1.泥浆的流变特性泥浆的流变特性（1 1）泥浆的流动曲线）泥浆的流动曲线 图图7-87-8为一些陶瓷原料泥浆的流动曲线。为一些陶瓷原料泥浆的流动曲线。（2 2）影响泥浆流变性能的因素）影响泥浆流变性能的因素 1 1）泥浆的浓度）泥浆的浓度 图图7-97-9为不同浓度的可塑泥浆的流动曲为不同浓度的可塑泥浆的流动曲线。线。2 2）固相的颗粒大小）固相的颗粒大小 一定浓度的泥浆中，固相颗粒越细、颗一定浓度的泥浆中，固相颗粒越细、颗粒间平均距离越小，吸引力增大，位移时所粒间平均距离越小，吸引力增大，位移时所需克服的阻力增大，流动性减少。需克服的阻力增大
18、，流动性减少。3 3）电解质的作用）电解质的作用 向泥浆中加入电解质是改善其向泥浆中加入电解质是改善其流动性和稳定性的有效方法。流动性和稳定性的有效方法。4 4）泥浆的）泥浆的pHpH值值 pHpH值影响其解离程度，又会引值影响其解离程度，又会引起胶粒起胶粒-电位发生变化，导致改变电位发生变化，导致改变胶粒表面的吸力与斥力的平衡，最胶粒表面的吸力与斥力的平衡，最终使这类氧化物胶溶或絮凝。终使这类氧化物胶溶或絮凝。2.2.注浆成型对泥浆的工艺性注浆成型对泥浆的工艺性能的要求能的要求 制备出的泥浆应能够满足制备出的泥浆应能够满足下列基本要求：流动性好，稳下列基本要求：流动性好，稳定性好，适当的触变
19、性，含水定性好，适当的触变性，含水量少，滤过性好，坯体强度高，量少，滤过性好，坯体强度高，脱模容易，不含气泡。脱模容易，不含气泡。第一节第一节 粉体成型原理粉体成型原理第二节 粉体制备技术一、粉碎一、粉碎(Porphyrization)(Porphyrization)与机械与机械合金化合金化(Mechanical Alloying)(Mechanical Alloying)方法方法 粉碎的过程是由机械能转变为粉料表粉碎的过程是由机械能转变为粉料表面能的能量转化过程。机械粉碎法因其设面能的能量转化过程。机械粉碎法因其设备定型化，产量大，容易操作等特点，被备定型化，产量大，容易操作等特点，被广泛地
20、应用于粉末生产中。广泛地应用于粉末生产中。在相同的工艺条件下，添加少量的助在相同的工艺条件下，添加少量的助磨剂往往可使粉碎效率成倍地提高（图磨剂往往可使粉碎效率成倍地提高（图7-7-1010）。）。第二节第二节 粉体制备技术粉体制备技术二、二、合成法合成法(Synthetic(Synthetic)1.1.原料合成的目的和作用原料合成的目的和作用2.2.合成方法合成方法（1 1）金属粉末的合成方法）金属粉末的合成方法 1 1）还原法）还原法(Reduction Method)(Reduction Method)还原法的基本原理就是所使用的还原剂对氧的还原法的基本原理就是所使用的还原剂对氧的亲和力
21、比相应金属对氧的亲和力大，因而能够夺取亲和力比相应金属对氧的亲和力大，因而能够夺取金属氧化物中的氧而使金属被还原出来。金属氧化物中的氧而使金属被还原出来。2 2）雾化法）雾化法(Atomization Method)(Atomization Method)雾化法生产金属和合金粉末就是利用高压气体雾化法生产金属和合金粉末就是利用高压气体（空气、惰性气体）或高压液体（通常是水）通过（空气、惰性气体）或高压液体（通常是水）通过喷嘴作用于金属液流使其迅速地碎化成粉末。喷嘴作用于金属液流使其迅速地碎化成粉末。3 3）电解法）电解法(Electrolysis Method(Electrolysis Met
22、hod)电解法既可以在水溶液中进行，也可以在熔盐电解法既可以在水溶液中进行，也可以在熔盐状态下进行。状态下进行。（2 2）化合物粉末的合成方法）化合物粉末的合成方法 1 1）固相法）固相法(Solid Reaction Process)(Solid Reaction Process)固相法就是以固态物质为初始原料来制备固相法就是以固态物质为初始原料来制备粉末的方法。粉末的方法。化合反应法化合反应法 热分解反应法热分解反应法 氧化物还原法氧化物还原法 2 2）液相法制备粉末）液相法制备粉末 液相法分为溶液法和熔液法两大类。液相法分为溶液法和熔液法两大类。溶液法溶液法 生成沉淀法生成沉淀法(Pre
23、cipitation Method)(Precipitation Method)a.a.直接沉淀法直接沉淀法 b.b.均匀沉淀法均匀沉淀法 c.c.共沉淀法共沉淀法 溶 剂 蒸 发 法溶 剂 蒸 发 法(S o l v e n t(S o l v e n t Vaporization Process)Vaporization Process)冰冻干燥法冰冻干燥法喷雾干燥法喷雾干燥法 喷雾热分解法喷雾热分解法 熔液法熔液法等离子体喷射法等离子体喷射法 典型的等离子喷管如图典型的等离子喷管如图7-117-11所示所示 激光法激光法 图图7-127-12为激光法制超微粉工艺原为激光法制超微粉工艺原理
24、图。理图。3 3）气相法制备粉末）气相法制备粉末 蒸发凝聚法蒸发凝聚法 气相化学反应法气相化学反应法第二节第二节 粉体制备技术粉体制备技术第三节 粉末冶金（Powder Metallurgy）的成型工艺一、一、压制成型压制成型1.1.物料准备物料准备（1 1）粉末的分级）粉末的分级（2 2）配料混合）配料混合 圆锥形混料器如图圆锥形混料器如图7-137-13所示。所示。（3 3）混合料湿磨）混合料湿磨第三节第三节 粉末冶金的成型工艺术粉末冶金的成型工艺术2.2.压制工艺压制工艺（1 1）称料）称料 称料量通常称为压坯的单重（允许一定的称料量通常称为压坯的单重（允许一定的误差）。压坯的单重可按以
25、下公式计算：误差）。压坯的单重可按以下公式计算：Q Q=V V d d K K式中：式中：Q Q-单件压坯的称料量（单重），单件压坯的称料量（单重），kgkg；V V-制品的体积（由制品图算出），制品的体积（由制品图算出），m m3 3；d d-制品要求密度，制品要求密度，kg/mkg/m3 3；K K-重量损失系数。重量损失系数。称料方法有两种：（称料方法有两种：（1 1）重量法；（）重量法；（2 2）容）容量法。量法。（2 2）装料）装料 将所称量的粉末装入模具中时，要求粉末将所称量的粉末装入模具中时，要求粉末在模腔内分布均匀、平整，以保证压坯各部分在模腔内分布均匀、平整，以保证压坯各部分
26、压缩比一致。压缩比一致。（3 3）压制）压制 压制通常在液压机或机械压力机上压制通常在液压机或机械压力机上进行。压制的总压力按下式计算：进行。压制的总压力按下式计算：P P=p p S S式中：式中：P P-总压力，总压力，kgkg；p p-单位压制压力，单位压制压力，kg/mkg/m3 3；S S-与压力方向垂直的压坯受压面与压力方向垂直的压坯受压面积，积，m m2 2。（4 4）脱模）脱模 压力去掉以后，压坯要从压模内脱压力去掉以后，压坯要从压模内脱出，从整体压模中脱出的方法有两种，出，从整体压模中脱出的方法有两种，即将压坯向上顶出或向下推出即将压坯向上顶出或向下推出。二、二、粉浆浇注成型
27、粉浆浇注成型粉浆的制备粉浆的制备2.2.模具材料模具材料 浇注用的模具是用石膏做成浇注用的模具是用石膏做成的。的。3.3.浇注方法浇注方法 可以用手工浇注，即所谓倾可以用手工浇注，即所谓倾倒浇注法。也可以用压缩空气浇倒浇注法。也可以用压缩空气浇注，即用压缩气体将粉浆压入模注，即用压缩气体将粉浆压入模具内。具内。第三节第三节 粉末冶金的成型工艺术粉末冶金的成型工艺术三、三、楔形压制楔形压制 楔形压制又称循环压制。楔形压制又称循环压制。其方法是用一只楔形的上模冲，其方法是用一只楔形的上模冲，将粉末分段压制而成制品。如将粉末分段压制而成制品。如图图7-147-14所示。这种方法可以用所示。这种方法可
28、以用一组楔形压制循环示意图表示。一组楔形压制循环示意图表示。第三节第三节 粉末冶金的成型工艺术粉末冶金的成型工艺术第四节 陶瓷材料的成型工艺一、一、普通日用陶瓷的成型工艺普通日用陶瓷的成型工艺1.1.注浆成型注浆成型（1 1）基本注浆方法）基本注浆方法 基本注浆法可分为空心注浆基本注浆法可分为空心注浆(Slush(Slush Casting)Casting)（单面注浆）和实心注浆（单面注浆）和实心注浆（solid casting-solid casting-或叫双面注浆）两种。或叫双面注浆）两种。图图7 71515为空心注浆示意图。为空心注浆示意图。图图7 71616为实心注浆示意图为实心注浆
29、示意图。第四节第四节 陶瓷材料的成型工艺陶瓷材料的成型工艺（2 2）强化注浆方法）强化注浆方法 强化注浆方法是在注浆过程中人为地强化注浆方法是在注浆过程中人为地施加外力，加速注浆过程的进行，使得吸施加外力，加速注浆过程的进行，使得吸浆速度和坯体强度得到明显改善的方法。浆速度和坯体强度得到明显改善的方法。根据所加外力的形式，强化注浆可以根据所加外力的形式，强化注浆可以分为真空注浆、离心注浆和压力注浆等。分为真空注浆、离心注浆和压力注浆等。1 1）真空注浆）真空注浆（Suction CastingSuction Casting）2 2）离心注浆）离心注浆（Centrifugal CastingCe
30、ntrifugal Casting）3 3）压力注浆）压力注浆（Pressure CastingPressure Casting）第四节第四节 陶瓷材料的成型工艺陶瓷材料的成型工艺2.2.可塑成型可塑成型 可塑成型是对具有一定可塑变形能力的泥料可塑成型是对具有一定可塑变形能力的泥料进行加工成型的方法。进行加工成型的方法。（1 1）滚压成型（）滚压成型（Roller FormingRoller Forming）成型时，盛放着泥料的石膏模型和滚压头分成型时，盛放着泥料的石膏模型和滚压头分别绕自己的轴线以一定的速度同方向旋转。滚压别绕自己的轴线以一定的速度同方向旋转。滚压头在转动的同时，逐渐靠近石膏
31、模型，并对泥料头在转动的同时，逐渐靠近石膏模型，并对泥料进行滚压成型（图进行滚压成型（图7-177-17）。）。（2 2）塑压成型（）塑压成型（Plastic PressingPlastic Pressing）它是将可塑泥料放在模型内在常温下压制成它是将可塑泥料放在模型内在常温下压制成坯的方法。坯的方法。塑压成型的成型步骤如下（图塑压成型的成型步骤如下（图7-187-18）。）。3.3.压制成型压制成型 粉料含水量为粉料含水量为3-7%3-7%时为干压成型；粉料含水时为干压成型；粉料含水量为量为8-15%8-15%时为半干压成型。时为半干压成型。二、二、高技术陶瓷的成型工艺高技术陶瓷的成型工艺
32、1.1.注浆成型法注浆成型法（1 1）注浆成型）注浆成型（2 2）热压铸成型（）热压铸成型（Hot Injection MouldingHot Injection Moulding）热压铸成型法是利用石蜡的热流性特点，与坯热压铸成型法是利用石蜡的热流性特点，与坯料配合，使用金属模具在压力下进行成型的，冷凝料配合，使用金属模具在压力下进行成型的，冷凝后坯体能保持其形状。它的成型过程如下：后坯体能保持其形状。它的成型过程如下：1 1）蜡浆料的制备）蜡浆料的制备 此工序的目的是为了将准备好的坯料加入到以此工序的目的是为了将准备好的坯料加入到以石蜡为主的粘结剂中制成蜡板以备成型用。石蜡为主的粘结剂中制
33、成蜡板以备成型用。2 2）热压铸）热压铸 图图7-197-19为热压铸机的结构示意图。为热压铸机的结构示意图。3 3）高温排蜡）高温排蜡（3 3）流延成型）流延成型（Doctor-Blade Casting ProcessDoctor-Blade Casting Process）又叫带式浇注法、刮刀法。如图又叫带式浇注法、刮刀法。如图7-207-20所示。所示。2.2.可塑成型法可塑成型法（1 1）挤压成型（）挤压成型（ExtrudingExtruding）挤压成型一般是将真空练制的泥料，放入挤压成型一般是将真空练制的泥料，放入挤制机内，这种挤制机一头可以对泥料施加压挤制机内，这种挤制机一头可
34、以对泥料施加压力，另一头装有机嘴即成型模具，通过更换机力，另一头装有机嘴即成型模具，通过更换机嘴，能挤出各种形状的坯体。如图嘴，能挤出各种形状的坯体。如图7-217-21所示。所示。（2 2）轧膜成型（）轧膜成型（Roll FormingRoll Forming）这是新发展起来的一种可塑成型方法，适这是新发展起来的一种可塑成型方法，适宜生产宜生产1mm1mm以下的薄片状制品，如图以下的薄片状制品，如图7-227-22所示。所示。3.3.模压成型模压成型（1 1）压制成型）压制成型 （2 2）等静压成型（）等静压成型（Isostatic PressingIsostatic Pressing）等静
35、压成型如图等静压成型如图7-237-23所示。所示。等静压成型方法有冷等静压和热等静压等静压成型方法有冷等静压和热等静压两种类型。两种类型。冷等静压又分为湿式等静压和干式等静冷等静压又分为湿式等静压和干式等静压。压。1 1）湿式等静压）湿式等静压 如图如图7-247-24所示。所示。2 2）干式等静压）干式等静压 如图如图7-257-25所示。所示。第五节 烧结（Sintering）一、一、烧结工艺烧结工艺 1.1.烧结温度与保温时间（烧结温度与保温时间（Soaking TimeSoaking Time）的确定）的确定 烧结温度烧结温度(TSTS)和熔融温度和熔融温度(TMTM)的关系有一定规
36、律：的关系有一定规律：金属粉末：金属粉末：T TS S(0.3-0.4)T-0.4)TM M，盐类：，盐类：T TS S0.57T TM M ，硅，硅酸盐：酸盐：T TS S(0.8-0.9)T-0.9)TM M 。烧结保温时间与烧结温度有关。通常，烧结温度烧结保温时间与烧结温度有关。通常，烧结温度较高时，保温时间较短；相反，烧结温度较低时，保较高时，保温时间较短；相反，烧结温度较低时，保温时间要长。温时间要长。2.2.烧结气氛的选择烧结气氛的选择 3.3.升温和降温（冷却）速度的确定升温和降温（冷却）速度的确定 升温和降温时间由制品尺寸和性能要求而定。升温和降温时间由制品尺寸和性能要求而定。
37、二、二、烧结方法烧结方法 表表7-27-2列出各种先进或特列出各种先进或特殊的烧结方法以及它们的优缺殊的烧结方法以及它们的优缺点和适用范围点和适用范围。第五节第五节 烧结（烧结（SinteringSintering）第六节 陶瓷与粉末快速成型工艺一、快速成形原理一、快速成形原理 快速成形技术（快速成形技术（RPT-RPT-的本质是采用积分法制造三维实的本质是采用积分法制造三维实体，在成形过程中，先用三维造型软件在计算体，在成形过程中，先用三维造型软件在计算机中生成部件的三维实体模型，然后用分层软机中生成部件的三维实体模型，然后用分层软件对其进行分层处理，即将三维模型分成一系件对其进行分层处理，
38、即将三维模型分成一系列的层，将每一层信息传递到成型机，通过材列的层，将每一层信息传递到成型机，通过材料的逐层添加得到三维实体模型。快速成形的料的逐层添加得到三维实体模型。快速成形的原理框图见图原理框图见图7-26)7-26)。二、快速原型技术的发展现状二、快速原型技术的发展现状三、快速成形技术的加工特点三、快速成形技术的加工特点 与传统的切削加工方法相比，快与传统的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下优点：速原型加工具有以下优点：(1)(1)可迅速制造出自由曲面和更可迅速制造出自由曲面和更为复杂形态的零件，如零件中的凹槽、为复杂形态的零件，如零件中的凹槽、凸肩和空心部分等，大大降低了新产凸肩
39、和空心部分等，大大降低了新产品的开发成本和开发周期。品的开发成本和开发周期。(2)(2)不需要机床切削加工所必需不需要机床切削加工所必需的刀具和夹具，无刀具磨损和切削力的刀具和夹具，无刀具磨损和切削力影响。影响。(3)(3)无振动、噪声和切削废料。无振动、噪声和切削废料。(4)(4)可实现夜间完全自动化生产。可实现夜间完全自动化生产。(5)(5)加工效率高，能快速制作出加工效率高，能快速制作出产品实体模型及模具。产品实体模型及模具。四、粉体的分层实体制造技术四、粉体的分层实体制造技术 分层实体制造分层实体制造(LOM)(LOM)的工艺原理图见图的工艺原理图见图7-277-27。五、选择性激光烧
40、结工艺五、选择性激光烧结工艺 SLSSLS工艺原理见图工艺原理见图7-287-28。六、三维打印法六、三维打印法 三维打印法三维打印法(3DP),(3DP),也叫喷墨打印法也叫喷墨打印法(Ink(Ink Jet Methods),Jet Methods),由美国麻省理工学院率先研由美国麻省理工学院率先研制成功制成功,其工作原理如图其工作原理如图7-297-29所示。所示。本章学习指南本章学习指南 本章的主要内容包括：粉体的三种成型原理，本章的主要内容包括：粉体的三种成型原理，粉末冶金的成型工艺，普通陶瓷的成型工艺，高粉末冶金的成型工艺，普通陶瓷的成型工艺，高技术陶瓷的成型工艺。读者应通过对粉体
41、成型基技术陶瓷的成型工艺。读者应通过对粉体成型基本理论的学习和对粉体制备技术的了解，着重掌本理论的学习和对粉体制备技术的了解，着重掌握粉末冶金成型工艺和陶瓷材料的成型工艺。成握粉末冶金成型工艺和陶瓷材料的成型工艺。成型理论是基础，工艺方法是关键，只有在充分理型理论是基础，工艺方法是关键，只有在充分理解成型理论的基础上，才能更好地掌握各种成型解成型理论的基础上，才能更好地掌握各种成型方法。方法。本章所述成型工艺所使用的原料为细小的粉本章所述成型工艺所使用的原料为细小的粉体，其颗粒大小一般在体，其颗粒大小一般在100m100m以下；成型得到的以下；成型得到的坯件还需要经过进一步的烧结才能得到成品。
42、当坯件还需要经过进一步的烧结才能得到成品。当然，它也是一种制备块体材料的有效方法，与其然，它也是一种制备块体材料的有效方法，与其它制备方法互为补充。其中的一些方法与第九章它制备方法互为补充。其中的一些方法与第九章某些部分相似，可相互参照。某些部分相似，可相互参照。第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表a)b
43、)c)图图7-16 实心注浆法示意图实心注浆法示意图第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表第七章第七章 图表图表3.3 陶瓷的加工及改性陶瓷的加工及改性第一节 陶瓷的机械加工方法陶瓷加工的特点：陶瓷都有尺寸和表面精度要求，但由于烧结收缩率大，无法保证烧结后瓷体尺寸的精确度，因此烧结后需要再加工陶瓷材料有高硬
44、度、高强度、脆性大的特性，属于难加工材料分类方式加工方法机械磨料加工固结磨料加工磨削珩磨超精加工纱布砂纸加工悬浮磨料加工研磨超声波加工抛光滚筒抛光刀具加工切削加工切割化学蚀刻化学研磨化学抛光光化学光刻电化学电解研磨电解抛光电学电火花加工电子束加工离子束加工等离子体加工光学激光加工陶瓷材料的加工方法6.1.1 陶瓷的切削加工（cutting）一、陶瓷材料的切削加工特点 （1）陶瓷材料具有很高的硬度、耐磨性，对于一般工程陶 瓷的切削，只有超硬 刀具材料才能够胜任 （2）陶瓷材料是典型的硬脆材料 （3）陶瓷材料的切削特性由于材料种类、制备工艺 不同而有很大差别二、陶瓷材料的切削加工 6.1.2 陶瓷
45、的机械磨削加工 一、磨削加工机理（grinding）磨粒磨粒磨粒磨粒工件裂纹旋转方向旋转方向工件陶瓷材料金属材料陶瓷材料和金属材料的磨削机理 材料脆性剥离是通过空隙和裂纹的形成或延展、剥落及碎裂等方式来完成的 在晶粒去除过程中，材料是以整个晶粒从工件表面上脱落的方式被去除的。陶瓷和金属的磨削过程模型如右图。金属材料依靠剪切作用产生带状或接近带状的切屑，而磨削陶瓷时，材料内部先产生裂纹，随着应力的增加，间断裂纹的逐渐增大，连接，从而形成局部剥落。二、磨削加工设备 砂轮（grinding wheel）和磨料（abrasives）的选择 磨削工艺及条件的选择 a砂轮磨削速度 b工件给进速度（feed
46、ing speed）c冷却液的选择（cooling media）d 磨削深度ap（rubbing depth）e磨削方式（rubbing way）、方向及机床刚性（machine rigidity）6.1.3 陶瓷的研磨、抛光加工一、陶瓷的研磨（grinding）研磨加工是利用涂敷或压嵌游离磨粒与研磨剂的混合物在一定刚性的软质研具上，研具与工件向磨粒施加一定压力，磨粒作滚动与滑动，从被研磨工件上去除极薄的余量，以提高工件的精度和降低表面粗糙度的加工方法，研磨加工示意图如下图。压力研磨液工件磨粒研具工件磨粒压力(a)(b)研具 研磨加工示意图研磨过程材料剥离的机理主要是以滚碾破碎为主。磨粒越粗，
47、材料剥离率越大，研磨效率越高，但表面粗糙度增大；磨粒硬度越高，研磨效率越高，但却容易使球面出现机械损伤，导致表面粗糙度相对较低。研磨工程陶瓷用的磨料一般采用B4C和金刚石粉，磨料粒度范围为250600目，冷却液可选用煤油或机油。但对于较大尺寸的制品，不适合采用端面研磨机加工，通常采用研磨砂布进行加工。二、陶瓷的抛光（polishing）抛光是使用微细磨粒弹塑性的抛光机对工件表面进行摩擦使工件表面产生塑性流动，生成细微的切屑，材料的剥离基本上是在弹性的范围内进行。抛光的方法：一般的抛光使用软质、富于弹性或粘弹性的材料和微粉磨料。抛光加工的用途：它是制备许多精密零件如硅芯片、集成电路基板、精密机电
48、零件等的重要工艺。抛光时在加工面上产生的凹凸，或加工变质层极薄，所以尺寸形状精度和表面粗糙度比研磨高。第二节 陶瓷的特种加工技术6.2.1 电火花加工 电火花加工的原理是基于工件和工具（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除（corrosion removing）多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状以及表面质量预定的加工要求。下图为放电加工示意图 阳极阴极阳极熔蚀区阴极熔蚀区熔融金属微粒凝固金属微粒工作液放电通道气泡+_+_翻起凸边网坑 放电间隙示意图电火花加工必须具备以下几个条件：电火花加工必须具备以下几个条件：（1）放电必须是瞬时的脉冲性放电。（2）火花放电必须在有较高绝缘强度
49、的介质中进行。（3）要有足够的放电强度，以实现金属局部的熔化和气化。（4）工具电极与工件被加工表面之间要始终保持一定的放电间隙 绝缘陶瓷的电火花放电加工原理示意图和高速电火花穿孔机原理示意图如下图所示 高压工作液管电极导电器工作元件 电火花加工示意图 高速电火花穿孔机原理示意图6.2.2 电子束加工 电子束加工（electron beam machining）是在真空的条件下，利用聚焦后能量密度极高（106109W/cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间（几分之一微秒）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击的大部分的工件材料达到数千度以上的高温，从而引起材料的局
50、部融化或气化。下图为电子束加工工作原理示意图。灯丝栅极电源阳极排气系统电磁透镜电子束工作室偏转线圈工作台 电子束加工工作原理示意图 工件变形小、效率高、清洁制电子束能量密度的大小与能量注入时间，达到热处理，焊接，打孔，切割等加工目的 光刻加工 特点：原理：激光加工是利用能量密度极高的激光束照射到被加工陶瓷工件表面上，工件局部表面吸收激光能量，使自身温度上升，从而能够改变工件表面的结构和性能，甚至造成不可逆的破坏。材料在高温、熔融、汽化和冲击波的作用下被蚀除，从而进行打孔、画线、切割以及表面处理等加工。特点：（1）加工速度快、无噪声，能实现各种复杂面型的高精度的加工目的。（2）可以进行微区加工，
