1、2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.1 概述成型成型是将制备好的坯料，用各种不同的方法制成具有一定形状和尺寸的坯体（生坯）的过程。成型需满足的要求：1坯体应符合产品所要求的生坯形状和尺寸（应考虑收缩）。2坯体应具有相当的机械强度，以便于后续工序的操作。3坯体结构均匀，具有一定的致密度。4成型过程适合于多、快、好、省的组织生产 2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理 从工艺上讲，根据坯料的性能和含水量的不同，陶瓷的成型方法可分为三类：注浆成型(slip casting)、可塑成型(plastic molding)和压制成型(compression moulding)。等静压成型：使用橡
2、皮模干压成型：使用钢模可塑成型 成型方法注浆成型半干压成型：使用钢模冷法石膏模常压冷法注浆加压冷法注浆抽真空冷法注浆热法（热压注法）：钢模有模无模压制成型2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.2 原料的处理原料精选，主要是对原料进行分离、提纯，除去原料中各种杂质，使之在化学组成、矿物组成、颗粒组成上更符合制品的质量要求。4.2.1.1 物理方法该法适用于除去与原料颗粒以分离状态存在的杂质。目的：除去粗粒杂质；控制原料的颗粒组成。1.分级法水簸(淘洗)、水力旋流、风选、筛选等。原理：利用矿物颗粒直径或密度差别来进行。湿法：效果好，精度高，但需要脱水。干法：噪音和粉尘大，但处理能力大。202
3、3-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理（1）水簸(淘洗)淘洗系统由粉碎机、搅拌机、除砂机（沟）、沉淀池与压滤机等组成。根据颗粒沉降速度的差异进行分离。淘洗的大致工艺流程软质黏土风化粗筛粉碎过筛沉淀池均化除砂沟化浆(加水高速搅拌)压滤脱水干燥2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理（2）水力旋流器边界粒度：溢流浆中最大的物料粒度，大于这个粒度的物料由排砂口排出。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理磁选法用来分离原料中的含铁矿物。2.磁选法利用矿物的磁性差别进行分离。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理超声波是用来分离原料与其表面的氧化铁和氢氧化铁薄膜。3.超声波法2023-5-1国家精品课程
4、陶瓷工艺原理4.2.1.2 化学法目的：除去原料中难以以颗粒形式分离的微细含铁杂质，如FeS,Fe(OH)3高温下:2 Fe2O3 +6Cl2 =4 FeCl3+3 O2(1)升华法(2)溶解法 用酸或其它反应剂使Fe变为可溶盐，水洗除去。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.2.1.3 物理化学方法1.浮选法 利用各种矿物对水的润湿性不同，从悬浮液中将憎水颗粒粘附在水泡上浮游分离的方法。浮选剂（捕集剂）：使待除去的矿物悬浮，提高浮选效果，它使物质的润湿特性发生改变。常用浮选剂：石油碘酸、铵盐、磺酸盐。浮选法适于精选含铁、钛矿物和有机物的粘土（10100 um）。2.电解法用于除去含铁杂
5、质。是一种基于电化学的原理除去混杂在原料颗粒中杂质的方法。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.2.1.4 水的处理对坯料、制品性能的影响1.水中的离子Ca2+、Mg2+、SO42-等易引起泥浆絮凝。将硬水转化为软水的方法：（1）离子交换（2）加入添加剂：磷酸钠、焦磷酸钠等，生成不溶性物质（3）蒸馏2.pH值pH值影响坯料的可塑性。一般 要求水的pH=6.0 8.5。3.磁化水国外采用磁化水而使生坯和产品的强度有一定提高。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.2.2 原料的预烧4.2.2.2 预烧的作用1.使其发生晶型转变，得到所需晶型；引起体积变化，产生应力。2.除去原料中的杂质
6、，提高纯度。3.改善物质结构，改变物性，满足生产工艺要求。4.降低原料的塑性。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.2.2.3 举例举例1.Al2O3的预烧（1）晶型转变（2）除杂（3）保证制品的体积稳定性2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2.石英的预烧3.ZrO2的预烧4.滑石的预烧2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.3 坯料的制备4.3.1.1 坯料的种类1.坯料：将陶瓷原料经过配料和加工后，得到的具有成型性能的多组分混合物。2.分类根据成型方法不同，可将陶瓷坯料分为三类：（1）注浆坯料 含水量约 2835（2）可塑坯料 含水量约 1825（3）压制坯料 a.半干压坯料
7、 含水量约 815b.干压坯料 含水量约 372023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.3.1.2 坯料的性能要求1.配方准确2.组分均匀3.粒度及粒度分布合理4.空气含量少（二）注浆坯料各种坯料均应满足以下基本要求：1.流动性好2.悬浮性好3.触变性适当4.滤过性适当5.泥浆含水量少2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理（三）可塑坯料1.具有良好的可塑性2.具有一定的形状稳定性3.含水量适当4.成型坯体的干燥强度和收缩率适当1.流动性好2.堆积密度大3.水分均匀、含水量适当 压制粉料制备后，造粒后假颗粒的形状、粒度及粒度分布，直接影响粉料的流动性和堆积密度。2023-5-1国家精品课程陶
8、瓷工艺原理2 原料粉碎粉碎是指将大颗粒研磨或减小成小颗粒的过程。它是获得无机材料工业大量使用的粉体的最主要方法，在传统陶瓷粉体制备中起着至关重要的作用。传统无机材料粉体制备（conventional ceramic powder preparation）的概念主要是指通过研磨或粉碎过程进行粉体加工的方法。常用的方法：研磨或球磨。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理3 筛分与搅拌1.定义 将已经粉碎的物料，放在具有一定大小孔径的筛面上进行振动或摇动，使其分离为颗粒大小近似相等的若干部分。这种方法叫筛分。2.作用（1）使原料颗粒适合于下一制造工序的需要。（2）粉碎过程中及时筛去已符合粒度要求的
9、颗粒，使粗粒得到充分粉碎，可提高设备的粉碎效率。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理（3）确定颗粒大小及其比例，并控制原料或坯料中粗颗粒的含量，因而可以提高成品的品质。3.筛分方法（1）干筛（2）湿筛摇动筛：分离12 mm以下的物料。与中碎设备构成闭路循环系统。回转筛：振动筛：2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.3.3.2 搅拌（泥浆）搅拌（泥浆）1.作用（1）泥浆搅拌工序使储存的泥浆保持悬浮状态，防止分层。（2）粘土或回坯泥的加水浸散以及用干粉配料在浆池中加水混合等。2.设备双轴搅拌机螺旋浆搅拌机3.搅拌池形状：八角形或六角形泥浆真空搅拌机压缩空气搅拌机2023-5-1国家精品课
10、程陶瓷工艺原理4 泥浆脱水4.3.4.1 机械脱水（压滤脱水法）可得到含水量为2025的坯料。1.设备：箱式液压自动压滤机2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2.影响压滤效率的因素（1）压力大小（2）加压方式（3）泥浆温度（4）泥浆密度（5）泥浆性能（6）电解质2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.3.4.2 热风脱水（喷雾干燥、喷浆造粒）热风脱水（喷雾干燥、喷浆造粒）可得到含水量 8的坯料。1.喷雾干燥装置 2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2.工艺过程雾化雾化与干燥干燥 既是脱水过程，又是造粒过程。泥浆的制备与输送热源的发生与热气流的供给干粉的收集与废气分离3.雾化方式气流
11、式雾化、离心式雾化、压力式雾化4.热源油、煤气、煤炭、电等。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理5.影响粉料性能和干燥效率的主要因素2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理（2）进塔热气温度和排出废气温度2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理（3）离心盘转速和喷雾压力2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理6.喷雾干燥的工艺特点（1）工艺简单，可连续化生产，效率高。（2）粉料性能稳定，可随时调节，颗粒呈球形，流动性好，成型性能好。（3）一次性投资较大，能量消耗大。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理5 造粒（造粒过程粒化过程）是将细碎后的陶瓷粉
12、料制备成具有一定粒度（假颗粒）的坯料，使之使用于干压和半干压成型工艺，这个过程称为造粒。2.粒化过程w球粒形成w球粒长大w球粒紧密 三个阶段主要依靠加水或其他粘结剂和用滚动或喷雾的方法产生的作用来实现的。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理3.水分在造粒过程中的形态及作用l吸附水l薄膜水l毛细管水l重力水 粒化过程中，起决定性影响的是毛细管水和分子结合水(吸附水和薄膜水)。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.粉粒间的链接作用w固体链链接w毛细管作用w粘结力和粘附力w固体颗粒之间的吸附力w颗粒表面凹凸交错的结合力Rumpf分类方案：2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理5.粒化方法
13、及设备（1）喷雾造粒（喷雾干燥法）（2）轮碾造粒（3）滚动造粒（4）挤压造粒（6）熔融造粒（5）破碎造粒（7）压缩造粒2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理6 坯料的陈腐和真空练泥4.3.6.1 坯料的陈腐1.定义：经过细磨后的坯料（可塑坯料、注浆坯料、干压坯料），陈放一段时间后可使水分均匀，性能提高，工艺上称为陈腐。注浆料粘度降低，流动性增加，浆料性能改善泥饼组织均匀，水分均匀，可塑性提高造粒后粉料水分更加均匀2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2.陈腐的作用（1）通过毛细管作用，使水分更加均匀。（2）通过粘土颗粒充分水化和离子交换，提高可塑性。（3）坯料中的有机物发酵、腐烂转变为腐殖
14、酸类物质，提高可塑性。（4）发生氧化还原反应，产生的气体扩散、流动使泥料松散均匀。3.陈腐设施、条件 在密闭的仓、池中，保证一定的温度和湿度，以利于坯料氧化和水解反应的进行。陈腐时间长，则效果好。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.3.6.2 坯料的真空处理1.真空练泥 排出泥饼中残留空气，提高致密度和可塑性，并使泥料组织均匀，改善成型性能，提高干燥强度和成瓷后的机械强度以及介电性能、化学稳定性，透光性等。作用：2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理排气机理：真空（负压）膨胀压力差促使泥料膜破裂2.泥浆的真空脱气2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷
15、工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理 注浆成型 (slip casting)1 概述4.4.2 泥浆的成型性能4.4.3 基本注浆成型方法 4.4.4 强化注浆成型方法 热压铸成型 流延法成型2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理 工艺过程：将制备好的坯料泥浆注入多孔性模型内，由于多孔性模型的吸水性，泥浆在贴近模壁的一侧被模子吸水而形成一均匀的泥层，并随时间的延长而加厚，当达到所需厚度时，将多余的泥浆倾出，最后该泥层继续脱
16、水收缩而与模型脱离，从模型取出后即为毛坯毛坯。1 概述2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理工艺特点：（1）适于成型各种产品，形状复杂、不规则、薄、体积较大而且尺寸要求不严的器物，如花瓶、汤碗、椭圆形盘、茶壶等。（2）坯体结构均匀，但含水量大且不均匀，干燥与烧成收缩大。传统的定义：在石膏模的毛细管力作用下，含有一定水分的粘土泥浆脱水硬化、成型的过程。目前：将所有基于坯料具有一定液态流动性的成型方法统归为注浆成型。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.2 泥浆的成型性能4.4.2.1 陶瓷泥浆的流变特性4.4.2.2 影响泥浆浇注性能的因素4.4.2.3 注浆过程的物理化学变化 20
17、23-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.2.1 陶瓷泥浆的流变特性 1.陶瓷泥浆的流动曲线2.影响泥浆流变性能的因素(1)泥浆的浓度(2)固相颗粒的粒度及粒度分布(3)电解质的加入(4)陈腐(5)有机物质(6)可溶性盐类 2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理 1.陶瓷泥浆的流动曲线2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理 陶瓷泥浆就其固相颗粒大小讲，是介于溶胶悬浮体粗分散体系之间的一种特殊系统。既具有溶胶的稳定性，又会聚集沉降。因此，要控制泥浆的流变性能，既要从固从固相颗粒本身出发相颗粒本身出发，又要考虑外在条件考虑外在条件（浓度、粒度分布、电解质的种类和数量，泥浆制备方法等）的影响。
18、2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2.影响泥浆流变性能的因素(1)泥浆的浓度 2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理(2)固相颗粒的粒度及粒度分布 一定浓度的泥浆中固相颗粒越细，颗粒间的平均距离越小，吸引力增大，位移时所需克服的阻力增大，流动性减小。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理(3)电解质的加入 在泥浆中加入一定数量和一定种类的电介质，可以使泥浆在含水量最少的情况下，具有良好的流动性。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理(4)陈腐 新鲜调制的泥浆及解凝
19、程度不够的泥浆，流变性能是不稳定的，经过陈腐（可长达几周的时间）后，可以稳定下来。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理(5)有机物质 腐植质是一系列酸性的高分子聚合物，其官能团主要是羧基、酚式羟基及少量烯醇式羟基。它们可以影响粘土颗粒的絮凝，进而影响其流动性。主要是降低泥浆的粘度，增加其流动性。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理(6)可溶性盐类 包括碱金属、碱土金属的氯化物、硫酸盐，它们能使泥浆的粘度提高。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.2.2 影响泥浆浇注性能的因素1.流动性 2.吸浆速
20、度3.脱模性 4.挺实能力 5.加工性(1)固相的含量、颗粒大小和形状的影响(2)泥浆温度的影响(3)水化膜厚度的影响(4)泥浆的pH值的影响(5)电解质的作用2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理1.流动性 影响泥浆流动性的因素：(1)固相的含量、颗粒大小和形状的影响泥浆流动时的阻力来自三个方面：a.水分子本身的相互吸引力；b.固相颗粒与水分子之间的吸引力；c.固相颗粒相对移动时的碰撞阻力。若用经验公式表示可写为：o(1c)1cn2cm式中 泥浆粘度；o 液体介质粘度；c 泥浆中固相浓度；n、m、k1、k2常数。（对高岭土泥浆来说，n1，m3，k10.08，k27.5）2023-5-1国家
21、精品课程陶瓷工艺原理l固相颗粒越细，流动性减小 l等轴颗粒产生的阻力最小。反映颗粒形状与悬浮液粘度关系的经验公式：o(1KV)式中 悬浮液粘度；o 液体介质粘度；V 悬浮液中固相体积百分数；K 形状系数。颗粒形状球形椭圆形层片状长/厚=12.5棒状2063形状系数K2.54.853802023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理(2)泥浆温度的影响 将泥浆加热时，分散介质（水）的粘度下降，泥浆粘度也因而降低。企业的试验结果泥浆温度 11.517.027384255流动性 秒151140102796656 此外，提高泥浆温度还可加速泥浆脱水，增加坯体强度。所以生产中有采用热浆进行浇注的方法。若泥浆温
22、度为3540、模型温度为35左右，则吸浆时间可缩短一半，脱膜时间也相应缩短。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理(3)水化膜厚度的影响粘土原料经过干燥后配成的泥浆其流动性有所改变。粘土干燥温度与泥浆流动性的关系 这和粘土干燥脱水后，表面吸附离子的吸附性质发生变化（这种现象称为固着现象）有关。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理 在同一含水量条件下，胶团中结合水减少,导致自由水增多，因而颗粒易于位移，泥浆流动性增大。但若干燥温度超过一定数值后，粘土颗粒表面结构受热破坏，吸附的离子和粘土颗粒结合变松，再水化时粘土对水的耦合力较强，能形成较厚的水化膜，使结合水量增加，而自由水量相对减少，因而
23、泥浆的流动性又变差。吸附离子与粘土颗粒的固着状态 2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理（4）泥浆的pH值的影响 控制料浆的pH值促使瘠性料浆形成胶团。料浆的pH值改变时，会改变胶粒表面作用力和影响电位，最终使其胶溶或絮凝。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理（5）电解质的作用加入电解质是改善泥浆流动性的一个主要方法。电解质起稀释、凝聚作用的原因：改变泥浆中胶团的双电层厚度和电位。工业生产中常用的电解质为Na2CO3及Na2SiO3两种，一般用量为0.30.5%左右，含粘土多的泥浆要求电解质多些。不用不用NaOH作为稀释剂作为稀释剂，因它与粘土吸附的Ca2+交换后生成的Ca(OH)2溶解
24、度大而仍旧产生Ca2+，因此泥浆仍发生凝聚现象而达不到稀释的目的。而CaCO3及CaSiO3为难溶解的沉淀，从而使Ca2+的含量降低。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2.吸浆速度(1)吸浆速度的定量描述阿德柯克推导出吸浆速度的定量公式：lspNdtdl12式中 l 坯体厚度；t 吸浆时间；s 坯体中固体颗粒的比表面积；p 泥浆与模型间的压力差；水的粘度；N 常数，与坯体疏松程度及泥浆浓度有关；2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理将上式移项积分得：KspNtl222 K值称为吸浆速度常数，为描述在一定条件下吸浆快慢的常数，除依赖于泥浆和石膏模的性质外，还和注浆时的温度有关。也就是说，
25、在其他条件固定不变情况下，坯体厚度的平方l2与吸浆时间成正比。若以l2t作图则得到一条直线。直线的斜率即为吸浆速度常数K。K值越高则吸浆速度越大。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理(2)影响吸浆速度的因素泥浆的性质 主要是指吸附泥浆的组成因素：颗粒粒度越细，填充率越高，则吸浆速度越低。泥浆的温度 泥浆的温度升高，其粘度就会降低，从而使吸浆速度升高。泥浆的浓度压力增高，水分通过模型毛细管的速率增大，吸浆速度增加。模型的制造工艺。控制模型的吸水能力。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理(3)增大吸浆速度的方法 减少模型的阻力 一般可增加水与熟石膏的
26、比值，适当延长石膏浆的搅拌时间，真空处理石膏浆等。减少坯料的阻力 泥浆中塑性原料含量多则吸浆速度小，瘠性原料多的泥浆则吸浆速度大；泥浆颗粒愈细，其比表面愈大，越易形成致密的坯体，疏水性差，吸浆速度因而降低；泥浆中加入稀释剂可以改善其流动性，但由于促使坯体致密化，则减慢吸浆速度。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理 提高吸浆过程的推动力 从吸浆速度方程式可知，泥浆与模型之间的压力差是吸浆过程的推动力。在一般的注浆方法中，压力差来源于毛细管力。若采用外力以提高压力差，必然有效的推动吸浆过程加速进行。泥浆中若加入少量絮凝剂，形成的坯体结构疏松，可加快吸浆过程。实践证明，加入少量Ca2、Mg2的硫
27、酸盐或氯化物都可增大吸浆速度。在保证泥浆具有一定流动性的前提下，减少泥浆中的水分，增加其比重，可提高吸浆速度。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理3.脱模性 脱模性：指坯体离模的难易程度，可用离模系数（G）表示。G为吸浆完毕至离模时坯体中固体粒子所占体积百分比的变化，或者说这两种情况下坯体水分的变化。G要求适当：G过小，水分变化不大，坯体柔软疏松，在后续工序中易变形开裂。G过大，坯体致密，水分小而强度大，但在模型内收缩大，易开裂。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.挺实能力 指脱模时坯体有足够的硬度或湿强度、不致变形的能力。注浆坯体脱模后断面上水分分布是不均匀分布的，离模型表面越近
28、，水分越低，坯体强度越高。脱模后水分含量随时间的延长而趋于均匀。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理5.加工性 指注浆成型的生坯能承受钻孔、切割等加工工序的能力。坯体的加工性与坯料组成、电解质等因素有关系。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.2.3 注浆过程的物理化学变化 1.注浆时的物理脱水过程毛细管力是泥浆脱水过程的推动力。这种推动力取决于毛细管的半径和水的表面张力。毛细管愈细，水的表面张力愈大，则脱水的动力就愈大。当水:石膏78:100时，总阻力最小而相应的吸浆速度最大。脱水阻力模型阻力：取决于毛细管的大小和分布；坯体阻力：决定于泥浆本身的性质和坯体的结构。2023-5-
29、1国家精品课程陶瓷工艺原理2.注浆时的化学凝聚过程 CaSO4和泥浆中的Na-粘土及水玻璃发生离子交换反应：Na-粘土CaSO4Na2SiO3Ca-粘土CaSiO3+Na2SO4石膏起着絮凝剂的作用，促进泥浆絮凝硬化，缩短成坯时间。由于CaSO4的溶解与反应，模型的毛细管增大，表面出现麻点，机械强度下降。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.3 基本注浆成型方法 1.空心注浆法（单面注浆）drain casting 2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2.实心注浆 (双面注浆)solid casting 2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理 在注浆过程中人为地施加外力，加速注
30、浆过程的进行，使吸浆速度和坯体强度得到明显改善的方法。1.真空注浆 (vacuum casting)真空脱气压力注浆示意图 1-搅拌池2-泥浆泵3-容器4-空气压缩机5-缓冲容器6-真空泵7-注浆台2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理 使模型在旋转情况下进浆，料浆在离心力的作用下紧靠模壁形成致密的坯体。气泡较轻，易集中在中间最后破裂排出，故可提高吸浆速度与制品质量。要求：泥浆中的颗粒分布范围窄，否则大颗粒集中在靠近模型的坯体表面，而小颗粒集中在坯体内面，造成坯体组织不均匀，收缩不一致。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理3.压力注浆 (pressure casting)通过提高泥浆压力
31、来增大注浆过程推动力，加速水分的扩散，不仅可缩短注浆时间，还可减少坯体的干燥收缩和脱模后坯体的水分。注浆压力越高，成型速度越大，生坯强度越高。但是受模型强度的限制。模型的材料：石膏模型、多孔树脂模型、无机填料模型。根据压力的大小可将压力注浆分为：微压注浆：压力 2 MPa 高强度树脂模型2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理微压注浆成型原理图 微压注浆成型工艺过程：（1）注浆；（2）吸浆；（3）空浆；（4）一次巩固（微压巩固）；（5）开模、二次巩固、脱坯。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理高压注浆成型原理图 2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原
32、理4.热浆注浆 在模型两端设置电极，料浆注满后，马上接交流电，利用料浆中少量电解质的导电性加热，升温至50左右，可加快吸浆速度。当泥浆温度为1555，粘度会降低5060，坯体成型速度提高3242。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理5.电泳成型 根据料浆中粘土粒子（带有负电荷）在电流作用下能向阳极移动，把坯料带往阳极而沉积在金属模的表面而成型的。模型用铝、镍、镀钴的铁等。影响因素：主要为电压、电流、成型时间、泥浆浓度及电解质含量等。圆筒形电泳成型机1-多余的再循环稀浆排除口；2-电泳形成的沉积层；3-中心电极（阴极）；4-供泥浆的管子；5-锌阳极；6-双层陶瓷坯体带；7-运输带2023-5
33、-1国家精品课程陶瓷工艺原理 热压铸成型 (Hot Pressing)1.定义：将含有石蜡的浆料在一定的温度和压力下注入金属模 中，待坯体冷却凝固后再进行脱模的成型方法。主要工序：制备腊浆、坯体浇注成型、排腊（1）腊浆由粉料、塑化剂、表面活性剂组成。（2）混料方式 a.将石蜡加热熔化，粉料倒入，边加热边搅拌。b.粉料加热后倒入石蜡熔液，边加边搅拌。(3)设备：快速和腊机、慢速和腊机 然后将料浆倒入容器中，凝固后制成腊板，备用。(4)料浆的性能指标 稳定性、可铸性、收缩率2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2.热压铸成型工艺 主要工艺参数：(1)腊浆温度。6075，温度升高，则腊浆的粘度下降
34、，坯体致密，但冷却收缩相应大。温度过低，则易出现欠注、皱纹等缺陷。(2)钢模温度。决定坯体冷却凝固的速度。一般为2030。(3)成型压力。与浆桶深度、料浆性能有关。压力升高，坯体的致密度增加，坯体的收缩程度下降。一般可以采用0.30.5 MPa。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理3.排蜡 这是热压法成型所特有的工序。此法含蜡量在13甚至更多，高温下，石蜡软化会引起坯体变形，所以通常在低于坯体烧结温度下排蜡，然后再烧结。排蜡时，把坯体埋在吸附剂中，石蜡在60以上开始熔融，120以上蒸发。吸附剂包围着坯体，不致变形，同时吸附液体石蜡，然后再蒸发。排蜡的加热制度一般要根据瓷粉的性质，产品形状、
35、大小及窑炉结构来确定。也可将低温度阶段升温速率减慢，不必单独排蜡直接烧成产品。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.4.6 流延法成型 (tape casting)1.是超薄型瓷片的成型方法，可成型厚度 0.05 mm的薄膜。浆料由粉料（一般 3 m）、塑化剂和溶剂组成。2.将浆料充分混合，搅拌除泡，真空脱气，过滤，最后利用流延机进行成型。影响因素：（1）塑化剂用量和浓度（2）排出气泡（3）干燥条件2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理多层共挤流延膜挤出设备2023-5-1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
36、.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。2023-5-1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 w22023-5-1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2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.5.1.2 影响泥团可塑性的因素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；
37、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2023-5-1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。2023-5-1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
38、换的能力和交换阳离子的大小与电荷。2023-5-1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。2023-5-1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2023-5-1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 2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理3.颗粒取向与产品性能的关系 2023-5-1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
39、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。2023-5-1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
40、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)2023-5-1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，需要提高模型强度：采用多孔性树脂模、多孔金属模。2023-5-1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
41、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2023-5-1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。2023-5-1
42、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。2023-5-1国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
43、，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。2023-5-1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2023-5-1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
44、小颗粒所占的百分比。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.1.2 粉料的堆积特性2023-5-1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%。2023-5-1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 2023-5-1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
45、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 2023-5-1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)。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。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.2.2 压制成型的模具
46、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。2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理材料成型液压机2023-5-1国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）
47、后，坯体的密度又随压力增高而加大。2023-5-1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。2023-5-1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
48、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。2023-5-1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2023-5-1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）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）2023-5-1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.
49、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 2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理4.6.4.2 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2023-5-1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、
50、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2023-5-1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。4.6.4.4 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。2023-5-1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 2023-5-1国家精品课程陶瓷工艺原理
