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陶瓷成型技術發展
發布時間:2020-06-03????來源:明睿陶瓷???作者:管理員
   摘 要:陶瓷材料以其優異的耐高溫﹑高強度﹑耐磨損﹑耐腐蝕等性能被廣泛應用在各個領域中。本文介紹了幾種主要的陶瓷成形加工技術的特點和進展。    

        1、引 言

        當前,隨著陶瓷新材料應用領域的不斷拓展,對陶瓷材料性能的要求愈來愈苛刻。成形工藝是陶瓷材料制備過程的重要環節之一,在很大程度上影響著材料的微觀組織結構,決定了產品的性能、應用和價格。傳統的成形方法如注漿、可塑和干壓成形技術及已成熟并獲得應用的擠出成形、等靜壓成形、流延成形等技術在陶瓷材料的規模生產中發揮了重要的作用。但上述方法已不能滿足高精度、復雜形狀和多層復相陶瓷材料的制造要求,極大地限制和阻礙了高技術陶瓷材料的應用和發展。

        現代科學技術的發展為陶瓷材料成形技術的進步帶來了新的活力,尤其是材料化學、計算機技術的發展和應用,三大材料的互相滲透、交融,促進了高技術陶瓷制備技術的發展。陶瓷成形技術在傳統方法的基礎上不斷改進創新,離心沉積成形、電泳沉積成形、離心注漿成形、注射成形和膠態成形等新成形技術不斷涌現。了解這些成形技術的基本原理、研究現狀和特點,并在其基礎上加強應用研究,對于進一步研究探索新的成形工藝和方法,不斷適應和滿足高致密度、形狀復雜、尺寸精準和具有復合功能的陶瓷材料成形的需求有著重要作用。
        2 離心沉積成形

        離心沉積成形是一種制備板狀、層狀納米多層復合材料的方法,其原理是不同的漿料依次在離心力的作用下一層層地均勻沉積成一個整體;也可利用顆粒大小或質量的不同沉積出各層不同性質的材料。

           采用離心沉積成形層狀材料具有以下特點:

        (1) 通過沉積不同的材料,可以改善材料的韌性;

        (2) 沉積各層可以是電、磁、光性質的結合,具有多功能性;

        (3) 可以制成各向異性的新型材料。

        3 電泳沉積成形

        電泳沉積成形是利用直流電場促使帶電顆粒發生遷移,進而沉積到極性相反的電極上而成形。沉積過程中在電泳遷移的作用下顆粒間的距離縮短,Vander Waals吸引力起主要作用,漿料的穩定分散性開始失去,粉體顆粒逐漸沉積到電極上。電泳沉積成形分為顆粒電泳遷移和顆粒在電極上放電沉積兩個相繼的過程,為了使顆粒能單獨沉淀到電極上而不受其他帶電顆粒的影響,需要陶瓷漿料具有很好的分散性。   

        電泳沉積成形具有以下特點:操作簡單、靈活及可靠性高,因而適用于多層陶瓷電容器、傳感器、梯度功能陶瓷的成形方法,但對過程參數的變化影響比較敏感。    

        4 離心注漿成形

        離心注漿成形是在傳統注漿成形基礎上發展而來的。它通過調節pH值等工藝參數,使粉體在液體中均勻分散,在高速旋轉的離心力的作用下沉積成形。離心注漿成形將濕法化學粉末制備與無應力致密化技術相結合,一方面可以防止粉體的團聚及其他缺陷;另一方面可以借助粉體的粒徑的不同和轉速不同達到分別沉積的目的,可用于多層和梯度復合功能材料的制備。

        離心注漿成形具有以下特點:對制備的懸浮體的固相量沒有嚴格要求,幾乎無須粘結劑,減少了脫脂工藝造成的不良影響;成本較低,便于控制,特別適合大型規則幾何旋轉體的凈尺寸成形。但當制備均一材料時,配料粒徑相差過大,顆粒的離心加速度不同,容易導致坯體的成分不均和分層;需要離心成形設備。  

        5 注射成形

        陶瓷的熱塑性注射成形技術是從塑料成形技術發展而來的,是將陶瓷粉料與熱塑性樹脂、石蠟、增塑劑、溶劑等加熱混勻后(或擠出切片造粒后)進入注射成形機中經加熱熔融后獲得塑性,在一定的壓力下從噴嘴高速噴注入金屬模腔內,在極短時間內冷卻固化而得以成形。

        注射成形技術特點:可以成形形狀復雜的部件,且易于自動化和大規模生產,并且具有高的尺寸精度和均勻的顯微結構。但是注射成形有機載體含量較高,在燒結之前必須進行素坯的脫脂,大型坯件常會導致有機物的富集和顆粒的重排,使坯體均勻性變差,易于開裂,所以這是目前采用注射成形工藝時亟待解決的問題。   

        6 膠態成形

        凝膠注模成形是上世紀90年代由美國橡樹嶺國家重點實驗室研發的一種成形新技術。它將傳統注漿工藝和聚合物化學有機結合,由高分子網絡產生聚合作用,使陶瓷顆粒聚集在一起而形成陶瓷坯體。在懸浮介質中加入乙烯基有機單體,利用催化劑和引發劑的作用,陶瓷漿料澆注后有機單體發生原位聚合反應,聚合凝固成陶瓷坯體。凝膠注模成形是一種實用性很強的技術,顯著優點在于成形后的坯體均勻性好,成形坯體具有較高的強度,可直接進行機加工,以獲得合適的尺寸;而且燒成后收縮小,適合精準尺寸的成形。陶瓷膠態注射成形解決了兩個重要的關鍵技術:陶瓷濃懸浮體的快速原位固化和注射過程的可控性。通過深入研究發現,壓力可以快速誘導陶瓷濃懸浮體的原位固化,從而發明了壓力誘導陶瓷成形技術。

        膠態注射成形技術特點:可以獲得高密度、高均勻性和高強度的陶瓷胚體,這種成形技術可以消除陶瓷粉體顆粒的團聚體,減少燒結過程中復雜形狀部件的變形、開裂,從而減少最終部件的機加工量,獲得高可靠性的陶瓷材料與部件。該工藝對成形體沒有尺寸和厚度的限制,避免了傳統陶瓷注射成形使用大量有機物所導致的排膠困難,實現了膠態成形的注射過程。適合于規模化生產,是高技術陶瓷產業化的核心技術。

        7 結 語

        目前,陶瓷成形新技術不斷涌現,但還存在著某些不足。在采用新型成形工藝時,應考慮到材料的分散性、漿料配比對工藝的影響,材料的功能性以及材料的納米化對工藝過程的作用,以充分發揮新型成形工藝的優勢,生產出高性能的陶瓷產品。
        
 
 

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