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陶瓷成型技术发展
发布时间:2020-06-03    来源:明睿陶瓷   作者:管理员
   摘 要:陶瓷材料以其优异的耐高温﹑高强度﹑耐磨损﹑耐腐蚀等性能被广泛应用在各个领域中。本文介绍了几种主要的陶瓷成形加工技术的特点和进展。    

        1、引 言

        当前,随着陶瓷新材料应用领域的不断拓展,对陶瓷材料性能的要求愈来愈苛刻。成形工艺是陶瓷材料制备过程的重要环节之一,在很大程度上影响着材料的微观组织结构,决定了产品的性能、应用和价格。传统的成形方法如注浆、可塑和干压成形技术及已成熟并获得应用的挤出成形、等静压成形、流延成形等技术在陶瓷材料的规模生产中发挥了重要的作用。但上述方法已不能满足高精度、复杂形状和多层复相陶瓷材料的制造要求,极大地限制和阻碍了高技术陶瓷材料的应用和发展。

        现代科学技术的发展为陶瓷材料成形技术的进步带来了新的活力,尤其是材料化学、计算机技术的发展和应用,三大材料的互相渗透、交融,促进了高技术陶瓷制备技术的发展。陶瓷成形技术在传统方法的基础上不断改进创新,离心沉积成形、电泳沉积成形、离心注浆成形、注射成形和胶态成形等新成形技术不断涌现。了解这些成形技术的基本原理、研究现状和特点,并在其基础上加强应用研究,对于进一步研究探索新的成形工艺和方法,不断适应和满足高致密度、形状复杂、尺寸精准和具有复合功能的陶瓷材料成形的需求有着重要作用。
        2 离心沉积成形

        离心沉积成形是一种制备板状、层状纳米多层复合材料的方法,其原理是不同的浆料依次在离心力的作用下一层层地均匀沉积成一个整体;也可利用颗粒大小或质量的不同沉积出各层不同性质的材料。

           采用离心沉积成形层状材料具有以下特点:

        (1) 通过沉积不同的材料,可以改善材料的韧性;

        (2) 沉积各层可以是电、磁、光性质的结合,具有多功能性;

        (3) 可以制成各向异性的新型材料。

        3 电泳沉积成形

        电泳沉积成形是利用直流电场促使带电颗粒发生迁移,进而沉积到极性相反的电极上而成形。沉积过程中在电泳迁移的作用下颗粒间的距离缩短,Vander Waals吸引力起主要作用,浆料的稳定分散性开始失去,粉体颗粒逐渐沉积到电极上。电泳沉积成形分为颗粒电泳迁移和颗粒在电极上放电沉积两个相继的过程,为了使颗粒能单独沉淀到电极上而不受其他带电颗粒的影响,需要陶瓷浆料具有很好的分散性。   

        电泳沉积成形具有以下特点:操作简单、灵活及可靠性高,因而适用于多层陶瓷电容器、传感器、梯度功能陶瓷的成形方法,但对过程参数的变化影响比较敏感。    

        4 离心注浆成形

        离心注浆成形是在传统注浆成形基础上发展而来的。它通过调节pH值等工艺参数,使粉体在液体中均匀分散,在高速旋转的离心力的作用下沉积成形。离心注浆成形将湿法化学粉末制备与无应力致密化技术相结合,一方面可以防止粉体的团聚及其他缺陷;另一方面可以借助粉体的粒径的不同和转速不同达到分别沉积的目的,可用于多层和梯度复合功能材料的制备。

        离心注浆成形具有以下特点:对制备的悬浮体的固相量没有严格要求,几乎无须粘结剂,减少了脱脂工艺造成的不良影响;成本较低,便于控制,特别适合大型规则几何旋转体的净尺寸成形。但当制备均一材料时,配料粒径相差过大,颗粒的离心加速度不同,容易导致坯体的成分不均和分层;需要离心成形设备。  

        5 注射成形

        陶瓷的热塑性注射成形技术是从塑料成形技术发展而来的,是将陶瓷粉料与热塑性树脂、石蜡、增塑剂、溶剂等加热混匀后(或挤出切片造粒后)进入注射成形机中经加热熔融后获得塑性,在一定的压力下从喷嘴高速喷注入金属模腔内,在极短时间内冷却固化而得以成形。

        注射成形技术特点:可以成形形状复杂的部件,且易于自动化和大规模生产,并且具有高的尺寸精度和均匀的显微结构。但是注射成形有机载体含量较高,在烧结之前必须进行素坯的脱脂,大型坯件常会导致有机物的富集和颗粒的重排,使坯体均匀性变差,易于开裂,所以这是目前采用注射成形工艺时亟待解决的问题。   

        6 胶态成形

        凝胶注模成形是上世纪90年代由美国橡树岭国家重点实验室研发的一种成形新技术。它将传统注浆工艺和聚合物化学有机结合,由高分子网络产生聚合作用,使陶瓷颗粒聚集在一起而形成陶瓷坯体。在悬浮介质中加入乙烯基有机单体,利用催化剂和引发剂的作用,陶瓷浆料浇注后有机单体发生原位聚合反应,聚合凝固成陶瓷坯体。凝胶注模成形是一种实用性很强的技术,显著优点在于成形后的坯体均匀性好,成形坯体具有较高的强度,可直接进行机加工,以获得合适的尺寸;而且烧成后收缩小,适合精准尺寸的成形。陶瓷胶态注射成形解决了两个重要的关键技术:陶瓷浓悬浮体的快速原位固化和注射过程的可控性。通过深入研究发现,压力可以快速诱导陶瓷浓悬浮体的原位固化,从而发明了压力诱导陶瓷成形技术。

        胶态注射成形技术特点:可以获得高密度、高均匀性和高强度的陶瓷胚体,这种成形技术可以消除陶瓷粉体颗粒的团聚体,减少烧结过程中复杂形状部件的变形、开裂,从而减少最终部件的机加工量,获得高可靠性的陶瓷材料与部件。该工艺对成形体没有尺寸和厚度的限制,避免了传统陶瓷注射成形使用大量有机物所导致的排胶困难,实现了胶态成形的注射过程。适合于规模化生产,是高技术陶瓷产业化的核心技术。

        7 结 语

        目前,陶瓷成形新技术不断涌现,但还存在着某些不足。在采用新型成形工艺时,应考虑到材料的分散性、浆料配比对工艺的影响,材料的功能性以及材料的纳米化对工艺过程的作用,以充分发挥新型成形工艺的优势,生产出高性能的陶瓷产品。
        
 
 

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