1、2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理 可塑成型4.5.1 可塑泥团的成型性能4.5.1.1 可塑泥团的流变特性y:流动极限（流限、屈服值）:强度极限 n :假塑性变形 :断裂变形 可塑法成型是利用外力对具有一定可塑变形能力的坯料进行加工成型的方法。基本原理是基于坯料的可塑性。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理成型时应采取逐渐、多次加压到泥团上的方法。E=K W2，e=k w22022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理可塑坯料流变性质的两个重要参数：（1）屈服值：要求高（2）出现裂纹前的最大变形量：要求大2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.5.1.2 影响泥团可塑
2、性的因素1.矿物种类 蒙脱石：范德华键 高岭石：氢键可塑性良好的泥团应具备的条件：颗粒较细；矿物解理完全；颗粒表面水膜较厚。粘土中矿物的可塑性排序：（Marshall,1955）地开石 伊利石 绿脱石 锂蒙脱石 高岭石 蒙脱石2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理2.固体颗粒大小和形状 颗粒愈细则比表面积愈大，每个颗粒表面形成水膜所需水分愈多。另外，颗粒愈细则形成的毛细管半径越小，毛细管力越大，可塑性越高。颗粒的形状不同，其比表面积不同,因而对可塑性的影响也有差异。板片状、短柱状大于球状、立方体颗粒。易形成面面接触，毛细管小，毛细管力大，且对称性低，移动时阻力大，促使泥团可塑性增大。20
3、22-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理 粘土胶团间的吸引力明显地影响着泥团的可塑性，而吸引力的大小决定于阳离子交换的能力和交换阳离子的大小与电荷。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.液相的数量和性质 液体是泥团出现可塑性的必要条件。液体介质的粘度、表面张力对泥团的可塑性有显著的影响。液体介质的表面张力大，则泥团的可塑性大。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.5.1.3 可塑泥团的颗粒取向与成型的关系 1.泥料颗粒取向的原因及排列状况2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理2.颗粒取向与收缩、变形的关系 2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理3.颗粒取向与产品
4、性能的关系 2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.5.2 可塑成型工艺4.5.2.1 滚压成型 1.滚压成型工艺原理和特点 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。滚压头在旋转的同时逐渐靠近石膏模型，对泥料进行滚压成型。二者之间既有滚动又有滑动，泥料主要承受压延力的作用。阴模滚压（内滚压）：滚压头形成坯体的内表面。阳模滚压（外滚压）：滚压头决定坯体形状和大小，模型决定内表面的花纹。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理2.滚压成型的主要控制因素（1）对泥料的要求 水分、可塑性 既有滚动，又有滑动，泥料主要受压延力的作用。要求有一定的可塑性和较大
5、的延伸量。可塑性低，易开裂；可塑性高，水分多易粘滚头。阳模滚压和阴模滚压对泥料的要求有差别。阴模滚压受模型的承托和限制，可塑性可以稍低，水分可稍多。（2）滚压头的温度热滚压：100130，在泥料表面产生一层气膜，防止粘滚头，坯体表面光滑。冷滚压：可用塑料滚压头，如聚四氟乙烯。（3）主轴转速（n1）和滚头转速(n2)2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.5.2.2 塑压成型将可塑泥料放在模型中在常温下压制成型的方法。模型：蒸压型的半水石膏，内部盘绕多孔性纤维管，用以通压缩空气或抽真空。成型压力与坯泥的含水量有关。成型时施以一定的压力，坯体的致密度较旋坯法、滚压法都高。因此，需要提高模型
6、强度：采用多孔性树脂模、多孔金属模。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.5.2.3 注塑成型（注射成型）瘠性物料与有机添加剂混合加压挤制的成型方法。1.坯料的制备 坯料由陶瓷瘠性粉料与结合剂（热塑性树脂）、润滑剂、增塑剂等有机添加剂构成。制备过程：配料、加热混合、固化、粉碎造粒。有机物含量直接影响坯料的成型性能剂烧结收缩性能。2.成型过程2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理3.脱脂除去有机添加剂的工序4.注射成型与热压铸成型的比较：相同点：（1）瘠性料与有机添加剂混合、成型、脱脂（排腊）三个主要工序。（2）在一定温度、压力下成型。不同点：（1）热压铸在烧结前需制成可以流动的
7、腊浆。注射成型是制备出粉状干粉料，注入模具后加热至塑性状态，填充模具。（2）热压铸压力0.30.5 MPa，注射成型压力130MPa。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.5.2.4 轧膜成型 是薄片瓷坯的成型工艺，主要用在电子陶瓷工业中直至瓷片电容、独石电容及电路基板等瓷坯，适于1 mm以下，常见为0.15 mm。1.坯料的制备瘠性粉料：预烧、过筛。塑化剂：由粘合剂（PVA、聚羧酸乙烯酯、甲基纤维素）、增塑剂（甘油、己酸三甘醇、临苯二甲酸二丁酯）和溶剂（水、甲苯、乙醇）配置而成。将瘠性粉料和塑化剂搅拌均匀、利用轧膜机混炼使之充分混合、吹风（使溶剂挥发）、粗轧。2022-12-17国
8、家精品课程陶瓷工艺原理2.轧膜成型工艺 炼泥与成型同时进行，粗轧后的厚膜仍要多次反复轧炼以保证泥料高度均匀并排出气泡。在轧膜过程中逐步缩小轧辊间距，至所需厚度，最后进行冲切。轧膜过程中只在长度、厚度方向受碾压，宽度方向缺乏足够的压力，故具有颗粒定向排列，导致烧成收缩不一致，从而使产品的致密度、机械强度具有方向性。解决办法：轧膜时不断将膜片作90倒向、折叠。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理 压制成型 (compression moulding)1 粉料的工艺性质1.粒度是指粉料的颗粒大小，通常以颗粒的半径r或直径 d表示。2.等效半径4.6.1.1 粒度和粒度分布2022-12-17
9、国家精品课程陶瓷工艺原理45607590105 120 135 150 16503691215Number/countsDiameter/nm3.粒度分布指各种不同大小颗粒所占的百分比。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.1.2 粉料的堆积特性2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理粗颗粒约占70%，细颗粒约占30%的混合粉料其总体积约为1.25，孔隙率最低约25%粗颗粒为50%，中颗粒为10%，细颗粒为40%时，粉料的孔隙率仅为23%。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.1.3 粉料的拱桥效应粉料自由堆积的孔隙率往往比理论计算值大的多 2022-12-17
10、国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.1.4 粉料的流动性自然安息角（偏角）自然安息角（偏角）反映粉料的流动性当堆积到一定高度后，粉料会向四周流动，始终保持为圆锥形，其自然安息角（偏角）保持不变。一般粉料的自然安息角约为20?40?。在生产中粉料的流动性决定着它在模型中的。加入润滑剂以提高其流动性 2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.2 压制成型工艺4.6.2.1 定义 将含有一定水分（或其它粘结剂）的粒状粉料填充于模具之中，对其施加压力，使之成为具有一定形状和强度的陶瓷坯体的成型方法叫做压制成型。又称模压成型（stamping process）、干压成型(dry pressing)
11、。粉料含水量8%15时为半干压成型；粉料含水量为37时为干压成型；特殊的压制工艺（如等静压法），坯料水分可在3以下。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.2.2 压制成型的模具和设备模具可用工具钢制成。产品外形不合理，决定了模具设计不合理，致使影响成型质量，因此，有时宁可对产品的外形作一些修改，使模具设计合理。模具设计应遵循的原则：便于粉料填充和移动，脱模方便，结构简单，设有透气孔，装卸方便，壁厚均匀，材料节约等。模具加工应注意尺寸精确，配合精密，工作面要光滑等。施压设备：机械压机、油压机或水压机等。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理材料成型液压机2022-12-17国
12、家精品课程陶瓷工艺原理3 粉料的致密化过程4.6.3.1 密度的变化第一阶段：坯体密度急剧增加；第二阶段：压力继续增加时，坯体密度增加缓慢，后期几乎无变化；第三阶段：压力超过某一数值（极限变形压力）后，坯体的密度又随压力增高而加大。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理影响坯体孔隙率的因素：（1）粉料装模时的自由堆积的孔隙率v0越小，则坯体成 型后的孔隙率v也越小。（2）增加压力P可使坯体孔隙率v减少，而且它们呈指数关系。（3）延长加压时间t，也可以降低坯体气孔率，但会降低生产率。（4）减少颗粒间内摩擦力也可使坯体孔隙率降低。（5）坯体形状、尺寸及粉料性质都会影响坯体的密度大小和其均匀性
13、。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.3.2 强度的变化坯体的强度呈现出阶段性的变化：压力较低时，虽然由于粉料颗粒位移填充孔隙，坯体孔隙减小，但颗粒间接触面积仍小，所以强度并不大。成型压力增加后，不仅颗粒位移和填充孔隙继续进行，而且能使颗粒发生弹塑性变形、颗粒间接触面积大大增加，出现原子间力的相互作用，因此强度直线提高。压力继续增大，坯体密度和孔隙变化不明显，强度变化也较平坦。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理压制墙地砖时坯体强度与水分的关系：1-坯料水分；2-体积密度2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.3.3 坯体中压力的分布压力分布不均匀原因：（1
14、）颗粒之间产生内摩擦力；（2）颗粒与模壁之间产生外摩擦力。H/D对压力分布的影响单面加压时坯体内部压力分布情况（H坯体高度；D坯体直径）2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.4 影响坯体密度的因素4.6.4.1 成型压力压制过程中，加于粉料上的压力主要消耗在以下两个方面：（1）克服粉料的阻力P1，称为静压力。它包括颗粒相对位移时所需克服的内摩擦力，及使粉料颗粒变形所需的力。（2）克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P2，成为消耗压力。含粘土的陶瓷坯料，其单位成型压力约为：1060MPa 一般工业陶瓷的单位成型压力约为：40100MPa 2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.
15、6.4.2 加压方式加压方式和密度分布关系图（横条线为等密度线）a单面加压；b双面同时加压；c双面先后加压；d四面加压2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.4.3 加压速度多次加压：有利于气体的排出。一轻、二重、慢提起：开始稍加压力，然后压力加大，这样不致封闭空气排出的通路。最后一次提起上模时要轻些、缓些，防止残留的空气急速膨胀产生裂纹。多次换向加压振动加压2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理（1）减少粉料颗粒间及粉料与模壁之间的摩擦，这种添加物又称润滑剂；（2）增加粉料颗粒之间的粘结作用，这类添加物又称粘合剂；（3）促进粉料颗粒吸附、湿润或变形，通常采用表面活性物质。4
16、.6.4.4 添加剂的选用 从而提高坯体的密度和强度，减少坯体的密度分布不均的现象。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理变形力压加荷卸荷压力与变形的关系示意图 4.6.4.5 弹性后效 2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.5 影响层裂的因素及防止方法 4.6.5.1 气体的影响4.6.5.2 坯体水分的影响 坯料中的气体，能够增加物料的弹性变形和弹性后效。残留在坯体中的气体是造成坯体层裂的重要原因，在其它条件相同的情况下，坯料中的气体越多，压制时造成层裂的可能性越大。在水分过大时，水分是引起层裂的主要原因，在水分小时，弹性后效是引起层裂的主要原因。2022-12-17国
17、家精品课程陶瓷工艺原理4.6.5.4 压制时间及压力的影响4.6.5.3 加压次数对层裂的影响 加荷卸荷次数增多，则残余变形逐渐减小，所以在条件相同的情况下，间断地卸荷比一次压制密度高。在其它条件相同的情况下，慢慢增加压力，即延长加压时间，也能得到类似压缩程度很大的效果。实践证明，坯体在压力不大但作用时间长的情况下加压，比大压力一次性加压产生的塑性变形大。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.6 等静压成型 (isostatic press moulding)4.6.6.1 等静压成型原理(1)定义：是装在封闭模具中的粉体在各个方向同时均匀受压成型的方法。等静压成型是干压成型技术
18、的一种新发展，但模型的各个面上都受力，故优于干压成型。该工艺主要是利用了液体或气体能够均匀地向各个方向传递压力的特性来实现坯体均匀受压成型的。(2)等静压成型过程 2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理(3)等静压成型与干压成型的主要差别 压力由各个侧面同时施加，粉料受压运动不是一个方向的，这样有利于把粉料压到相当的密度，同时粉料颗粒的直线位移减少了，消耗在粉料颗粒运动时的摩擦功相应减少，提高了压制效率。粉料内部和外部介质中的压强相等，因此在粉料中可能包含的空气无法排出，影响了压力与体积的关系，限制了通过进一步增大压力来压实粉料的可能，故生产中
19、要得到密度大的坯体，有必要排除装模后粉料中的少量空气。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理（4）等静压成型的优点 与施压强度大致相同的其它压制成型相比，等静压成型可以得到较高的生坯密度，且密度在各个方向上都比较均匀，不会因尺寸大小及形状的不同而有很大的变化。不会在压制过程中使生坯内部产生很大的应力（压强的方向性差别小于其它成型方法，颗粒间、颗粒与模型间的摩擦力减小）。成型的生坯强度高，内部结构均匀，不会象挤压成型那样使颗粒产生有规则的定向排列。可以采用较干的坯料成型，也不必或很少使用粘合剂或润滑剂，有利于减少干燥和烧成收缩。对制品的尺寸和尺寸之间的比例没有很大的限制。2022-12-1
20、7国家精品课程陶瓷工艺原理根据成型温度常温等静压（或冷等静压，CIP）高温等静压（或热等静压，HIP）烧结根据所用的模具湿袋等静压法（wet isostatic pressing）干袋等静压法（dry isostatic pressing）4.6.6.2 等静压成型的分类 2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理（1）湿袋等静压法（2）干袋等静压法2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理 (3)常温等静压成型的操作过程 备料 装料 加压 脱模(4)常温等静压成型的主要设备 高压容器 升压设备 安全阀和防爆装置 弹性模具 施压介质 2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.7 其它
21、成型方法 4.7.1 纸带成型 它与流延成型法有些类似，以一卷具有韧性的、低灰份的纸（如电容纸）带作为载体。让这种纸带以一定的速度通过泥浆槽，粘附上合适厚度的浆料。通过烘干区并形成一层薄瓷坯，卷轴待用。在烧结过程中，这层低灰份衬纸几乎被彻底燃尽而不留痕迹。如泥浆中采用热塑性高分子物质作为粘结剂，则在加热软化的情况下，可将坯带加压定型。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.7.2 印刷成型 将超细粉料、粘合剂、润滑剂、溶剂等充分混合，调制成流动性很好的稀浆料，然后采用丝网漏印法，即可印出一层极薄的坯料。具体操作是用一张含灰份甚少的有机薄膜或电容器纸作为衬纸，先在电极所在的位置上，用丝网
22、漏印法印上一层金属浆料，干燥后，再在该有介质的部位漏印陶瓷浆料。继续干燥后可再印一次瓷浆，重复若干次，直至达到所需厚度为止。然后再漏印金属电极，依次循环交替，直至多层独石电容印制完毕为止，待干透后再剪切、焙烧。每印刷一次瓷浆，约可得6m厚的坯层，通常必须重复印23次，方能达到必要的厚度和良好均匀度。此法工艺简单、产量大，可制大容量电容器，很有发展前途。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.7.3 喷涂成型 此法所用的浆料与流延法、印刷法相似，但必须调得更稀一些，以便利用压缩空气通过喷嘴，能使之形成雾粒，此法主要用以制造独石电容器，喷涂时以事先刻制好的掩膜，挡住不应喷涂的部分，到一定程
23、度可让其干燥，干后再作第二次、第三次喷涂，到达预定厚度时，再更换掩膜，喷上所需的另一浆料。按这种金属浆料和陶瓷浆料，反复更换掩膜，交替喷上，以获得独石电容器的结构。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.7.4 爆炸成型 50年代初，爆炸成型最初用于TiC、TaC和Ni粉叶片的成型。炸药爆炸后，在几微秒内产生的冲击压力可达1106 MPa。巨大的压力，以极快的速度作用在粉末体上，使压坯获得接近理论密度和很高的强度。爆炸成型法可以成型形状复杂的制品，制品的轮廓清晰，尺寸公差稳定，成本较低。目前，爆炸成型法已应用于铁氧体、金属陶瓷等的生产。2022-12-17国家精品课程陶瓷工艺原理4.8 可塑法和注浆法成型的生坯件，表面不太光滑，边口都呈毛边现象，多合模型的注浆坯件会有接缝痕迹，某些产品的进一步加工如挖底、打孔等，都需要进一步加工修平。工厂称此为修坯修坯。这是成型工艺中的一项必要的工序，决定产品的表面质量、外观质量等。湿修：坯体的水分1619。干修：坯体的水分 2。粘结粘结是制造壶、坯及一些小口花瓶、坛子等不能一体成型的坯体所必须的工序。
