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第六章 粉体成型工艺
无机非金属材料生产工艺总体上讲能够分为三个阶段：即制粉、成型和焙烧。只是依据材料品种不一样能够有不一样排列次序。陶瓷和耐火材料生产工艺通常为：制粉®成型®烧成。陶瓷成型在工艺上含有特殊关键地位。因陶瓷坯体是一个粉末集合体，它只有在烧成以后才能得到所期望性能。为了得到所期望结构和性能，一个理想粉末原料和均匀混合是前提条件。能够说，粉末制备己对最终产品起作用，只有理想粉体和正确成型才能确保产品质量。粉体成型是经过外力，把粉末或其聚集体制作成含有一定尺寸、形状和强度坯体或制品。通常又和最好均匀化，致密化等联络在一起。粉体成型方法众多，产品形状、尺寸和用途和技术经济指标决定了成型方法选择。耐火粉料借助于外力和模型，成为含有一定尺寸、形状和强度坯体或制品过程叫成型。压制和成型是耐火材料生产工艺过程中关键步骤。耐火材料成型方法很多，包含特殊耐火材料在内有数十种之多。按坯体含水量多少，成型方法可分为以下三种：
半干法—坯料水份5%左右；
可塑法—坯料水份15%左右；
注浆法—坯料水份40%左右。
对于通常耐火制品，大多采取半干法成型。至于采取什么成型方法，关键取决于坯料性质、制品形状、尺寸和工艺要求。可塑法有时用来制造大异形制品；注浆法关键用来生产中空薄壁高级耐火制品及特种耐火制品，如氧化物，熔融莫来石、石英陶瓷制品、含锆莫来石制品、纯镁质制品等。除上述方法外，还有振动成型，500℃~1500℃热压成型，等静压成型等等。
第一节 压制成型
压制成型是陶瓷中关键成型方法之一，是通常耐火制品最关键成型方法。这时，压力连续地或数次地经过压头传输到在模型中粉末体上。在高压下粉末体致密化而形成含有一定形状、尺寸和强度坯体。而在等静压成型中，液体压力经过柔性模传输到粉体上。等静压成型只是一个特殊压制成型。压制成型中，经过泥料(粉末团聚体)内摩擦，和模壁摩擦及质点和桥接弹性变形，塑性变形，和颗粒再破碎等等消耗能量(功)。成型坯体致密度和消耗能量关键受泥料性质和机械压力—时间过程影响。
压制成型通常可分为干法、半干法和湿法压制。现在尚无统一分类标准。在粉体(团聚体)方法技术中通常采取下列标准：
1、干法压制：泥料含0~5%水(包含润滑界质和其它液态加入物)；
2、半干法压制：泥料含水5~8%；
3、湿法压制：泥料含水8~18%。
在英、美标准解释中，则只将压制区分为干法和湿法压制两类。也有些人认为，对于不一样性质泥料，划分干法和湿法压制含水量应是不一样。视泥料种类不一样，对应于某一压力，能达成坯体最大致密化所对应水份含量是不一样。
另外，压制成型中还包含加热压制，即粉体在加热下压制。通常分为：热压制，即焦油，沥青，石腊或合成结合剂，包含硅酸盐熔体相在加热，粘度降低下压制而达成愈加好致密化；高温压制，即对SiC，Si3N4等特种材料，难以烧结，经过高温和压力同时作用在粉体上，增加固体烧结反应，而达成更致密化或含有更合理显微结构。捣打成型和压力振动成型也属于压制成型。
在耐火材料制品大多数采取干法或半干法压制成型，这是由干法或半干法压制特点决定。(1)干法或半干法压制模具成本高，只有大量生产同一品种时才是经济；(2)干法或半干法压制最适宜于成型几何尺寸不太大，长宽尺寸相差也不太大，形状不太复杂制品。形状太复杂使模具结构复杂，成本高；尺寸大时要求高压压机。受压方向尺寸大会引发坯体密度相差太大。(3)为了达成最好压制性能对泥料颗粒组成和颗粒形状有一定要求。(4)因为坯体含水量少，干燥工艺能够简化或去掉，干燥废品少，工艺简单。(5)坯体致密度大，强度大，烧成收缩(或膨胀)通常较小，易于控制成品尺寸。
一、压制粉料工艺性质
压制过程中，松散泥料在压力作用下发生颗粒重新排布，弹性形变和破碎，排出空气，颗粒结合成含有一定形状和尺寸坯体。泥料是固体粉料，水和空气三相系统。粉料是固体颗粒集合体，属于粗分散物系。压制粉料工艺性质关键是：
1 、粒度和粒度分布及颗粒形状
从生产实践中可知，很细或很粗粉料，在一定压力下被挤压成型能力较差 。另外，细粉加压成型时，分布在颗粒间大量空气会沿着和加压方向垂直平面逸出，产生层裂。
粉料颗粒形状关键是由物料性质和破碎设备相关，通常片状颗粒对压制成型不利，有棱角等尺寸颗粒较为理想。
含有不一样粒度粉料成型后密度和强度均高，这可由下述粉料堆积性质来说明。
2 、粉料堆积特征
因为粉料形状不规则，表面粗糙使堆积起来粉体颗粒间存在着大量空隙。粉料颗粒堆积密度和堆积形式和粒度分布相关。显然，堆积密度越大，则在坯体密实过程中，需要填充空隙或需要排出空气就越少，故在其它条件相同情况下，可望取得质量更高坯体。所以，只有符合紧密堆积颗粒组成，才有得到致密坯体可能。
生产实际中，粗颗粒和细粉混合后，其填充容积图6-1所表示，单一粗颗粒充填容积为C，单一细粉填充容积为F，固体部分真体积为DE，假如只是粗颗粒和细颗粒堆积体容积置换，则混合体总容积沿CRF改变。因为实际上存在细颗粒充填粗颗粒间隙，所以实际容积沿CAF曲线改变。

图6-1两种粒度混合物填充容积 图6-2理想紧密填充

实际生产中往往采取粗颗粒，中颗粒和细粉三种颗粒粉料。这时理想堆积应该是：粗颗粒组成框架，中颗粒填充于粗颗粒组成空隙中，细粉再填充于中颗粒和粗颗粒组成空隙中，图6-2所表示。即使理想堆积是难以实现，但三组分粉料较为理想堆积己为试验和生产所证实，图6-3和6-4所表示。通常堆积密度最大粒度组成为：粗颗粒55~65%；中颗粒10~30%；细粉15~30%。必需强调一点是，粗，中，细颗粒尺寸相差越大越好，通常相差4~5倍以上方能有显著效果。在耐火材料制品生产中，以在可能条件下增加临界颗粒尺寸来增加颗粒尺寸级差。
粉料按最紧密堆积理论进行堆积，在工艺上关键是用来满足气孔率，热震稳定性透气性要求，但实际应用中，除考虑最紧密堆积原理外，还须依据原料性质，颗粒形状，制品成型压力，烧成条件和使用要求全方面考虑。依据耐火制品性质要求，粒度组成能够进行合适调整。比如为使制品烧后气孔率低，强度高，在粒度配合中能够合适增加细粉量以提升烧结强度。图6-5示出制品性质和颗粒组成关系，从中能够看出颗粒调整关键性。

图6-3三种粒度混合物填充容积 图6-4物料堆积气孔率
粒径：粗4.4毫米 中0.07毫米 细0.009毫米 虚线—计算结果；实线—试验结果

图6-5耐火材料制品和颗粒组成关系
(a) —气孔率；(b)—常温耐压强度；(c)—烧成收缩
(d)—透气性；(e)—抗热震性
成型压力对颗粒组成影响，通常是在高压下适于粗颗粒多细粉少配合料。图6-6是取不连续颗粒时在低压，高压下，将粗颗粒，细粉填充容积各以A1，A2及B1，B2表示，低压或高压下最紧密填充足别为m1，m2(粗颗粒和细粉粒径比假定是无限大)。
3 、粉末拱桥效应(或称桥接)
粉料自由堆积孔隙率往往要比理论计算值大得多。这是因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙，结果颗粒相互交错咬合，形成拱桥形空间，增大气孔率。这种现象称为拱桥效应，图6-7所表示。当粉料颗粒B落在A上，粉料B自重为G，则在接角处产生反作用其协力为P，大小和G相等，但方向相反，若颗粒间附着力较小，，则P不足以维持B重量G，便不会形成拱桥，颗粒B落入空隙中。所以粗大而光滑颗粒堆积在一起时，孔隙率不会很大。细颗粒重量小，比表面大，颗粒间附着力大，轻易形成拱桥，如气流粉碎Al2O3粉料，颗粒多为不规则棱角形，自由堆积时孔隙比球磨后Al2O3颗粒要大些。

图6-6成型压力造成颗粒 图6-7粉体堆积拱桥效应
组成改变

4 、粉料流动性
粉料含有一定流动性，以粉料本身休止角来表示其特征。实际粉料流动性和其颗粒分布，颗粒形状、大小、表面状态等原因相关。在成型中，粉料流动性决定着它在模型中填充速度和填充程度，流动性差粉料难以短时间内填满模具，影响压机产量和坯体质量，所以往往向粉料中加入润滑剂以提升其流动性。
5、粉料本身物理化学性能
干法(半干法)压制中要求粉料含有足够结合性。所以 粉料中应含有结合成份，也能够用添加含有结合能力无机或有机结合剂来完成。粉料表面活性、团聚性能等在超细粉料中也对成型有重大影响。
以上只是简明叙述了压制粉料关键工艺性质及其对压制影响。实际上影响坯体压制性能原因更为广泛，如坯料水份含量及其均匀性；少许表面活性物质；脊性料塑化剂、润滑剂；尤其是混练工艺；团聚结构；再粉碎程度等等也有很大影响。总而言之，只有坯料质量良好，才能确保压制生产效率高和坯体质量良好。
二、压制过程
1、 压制机理
压制过程中，松散物料没有足够水份，必需施以较大压力，借助于压力作用，坯料颗粒重新排布，发生塑性形变和脆性形变，空气排出，体积缩小，坯料颗粒紧密结合成含有一定尺寸，形状和强度坯体。
当固体颗粒被加入到模中，并施加压力时，因为下列机理会引发体积缩小而致密化，图6-8所表示。

图6-8 压制机理

(1)在低压时，颗粒发生重新排列而填充气孔产生紧密堆积。在此阶段能量关键消耗在克服颗粒间摩擦力和颗粒和模具间摩擦力，在细粉末情况下，此阶段中内聚结构可能被破坏。
(2)在较高压力下，引发颗粒破碎，并经过碎粒填充而致密，此阶段起决定作用是压制粉料颗粒性质。
(3)在高压下，经过塑性形变填充空间，这时颗粒间点接触变成面接触，这种情况在金属粉末压制时及在湿法压制时是经典，在脆性陶瓷材料干压时，只有在尤其高压力下可能出现，或在高温压制时也会出现。高粘度塑化剂也起这种作用。
2 、压制过程中坯体改变
压制过程中，伴随压力增加，松散粉料快速形成坯体。坯体相对密度规律地发生改变。图6-9所表示。加压第一阶段坯体密度急剧增加；第二阶段中压力继续增加时，坯体密度增加缓慢，后期几乎无改变；第三阶段中压力超出某一数值(极限变形应力)后坯体密度又随压力增加而加大。塑性材料粉料压制时，第二阶段不显著，第一，第三阶段衔接。只有脆性材料第二阶段才显著表现出来。
压制过程坯体密度改变能够定量加以讨论(图6-10)。若粉料在模型中单方面受到均匀压力P，则在不一样时间下孔隙率改变为：
时间 t=0 t=某值 t=t极(极限值)
高度 h0 h h极
孔隙率 v0 v v极
(v-v极)表示在受压时间t内坯体孔隙率和极限孔隙率(即理论上能达成孔隙率)之差，也就是可能被压缩率。

图6-9坯体密度和压力关系 图6-10 压制过程中坯体孔隙率改变

在dt时间内，孔隙率差值改变为d(v-v极)。孔隙率改变速率为：。它正比于可能被压缩孔隙率(v-v极)，后者愈大，愈易压紧，孔隙率改变速率也越大；另外，这一改变速率和压力P 成正比，和粉料内摩擦(粘度)h成反比，所以：
µ
改写成等式为： =
式中k—和模型形状，粉料性质相关百分比系数。
等号右边“－”号表示孔隙率降低。
将上列方程移项：
进行不定积分得：
利用边界条件确定积分常数C。当t=0时，v=v0
所以 C=
代回原式： （v－v极）=
从上式可作以下讨论：
(1)粉料装模时自由堆积孔隙率v0越小，则坯体成型后孔隙率v也越小，所以，应控制粉料粒度和级配，或采取振动加料降低v0，从而可得到较致密坯体。
(2)增加压力P可使坯体孔隙率v减小，而且它们呈指数关系。实际生产中受到设备结构限制，和坯体质量要求P值不能过大。
(3)延长加压时间，也能够降低坯体气孔率，但会降低生产率。
(4)降低颗粒间内摩擦力h也可使坯体气孔率降低。实际上，粉料经过造粒(可经过喷雾干燥)得到球形粒，加入成型润滑剂或采取一面加压一面升温(热压)等方法均可达成这种效果。
(5)坯体形状，尺寸及粉料性质对坯体密度关系反应在数值影响上。压制过程中，粉料和模壁产生摩擦作用，造成压力损失。坏体高度H和直径D比(H/D)愈大，压力损失也愈大，坯体密度愈加不均匀。模具不够光滑，材料硬度不够全部会增加压力损失。模具结构不合理(出现锐角，尺寸急剧改变)一些部位粉末不易填满，会降低坯体密度和密度分布不均匀。
另一个确定压力和气孔率关系方法认为，使坯体取得一定密度压力，由下列三部分组成：(1)克服粉料颗粒间内摩擦力压力P1；(2)克服粉料颗粒和模具间外摩擦力P2；(3)因为粉料水份、颗粒组成及其在模内填充不均匀性，使压力分布在某此部分展现着不均匀性，为了克服这种压力分布不均匀性，所需要过剩压力P3。所以，总压力应为：
P总=P1+P2+P3
P1、P2和P3间百分比关系，取决于一系列原因，其中关键是粉料分散度，颗粒组成，粉料水份，坯体尺寸形状等等。用计算方法求出P1、P2和P3值是较困难，通常见试验方法，近似地确定压制所需总压力P总。
坯体气孔率是衡量坯体质量标准，采取机械压制，在坯体不产生弹性变形压力范围(10~200MPa)，坯体气孔率和压制压力间关系，可用以下关系式表示：
e=a-blgP
式中 e¾真气孔率，%；
a、b¾常数；
P¾压制压力，Mpa。
在上式中，a和b之间，存在着一定关系，不一样物料压制时数据列于表6-1和图6-11。

图6-11多种耐火材料气孔率和压力对数值关系
1—铬质；2—尖晶石质；3—粒度为0~2毫米镁质；4—粒度为0~2毫米镁质；
5—橄榄石质；6—蛇纹石质；7—锆质；8—硅质；9—含20%结合粘土粘土质

多种硬度物料坯料及砖坯性质 表6-1

坯料序号
物
料
名
称
莫氏硬度
3～5毫米颗粒气孔率，%
真气孔率，%
干坯气孔率，%
相对致
密度
压缩坯料常数
干料
湿料
P=200ε1
P2=200ε2
a
b
a/b
1
滑石
～1
-
75.4
80.2
29.4
10.2
65.3
122.4
40.3
3.04
2
粘土
1～2
-
70.0
72.0
32.0
18.8
41.2
95.5
27.6
3.46
3
菱镁石
4.5
<1.5
52.4
75.8
33.2
25.2
24.0
71.9
16.8
4.20
4
电熔方镁石
5.5
<1.0
53.4
71.0
33.6
27.9
17.0
61.1
11.95
5.1
5
石英岩
7
<1.5
52.9
64.6
37.0
30.0
18.9
70.8
14.7
4.81
6
刚玉
9
<1.0
54.4
72.9
50.8
43.4
14.5
81.2
15.75
5.53
注：1.全部坯 料颗粒组成为：0.2～0.88毫米60%，0.88～0.060毫米40%，水份4.0%；
2.试样为圆柱体，直径38毫米高为50毫米试验室小压机上压制。
研究结果可得到以下结论：
(1)常数a及b取决于自然堆积粉料气孔率信放料硬度，气孔率增高，则a,b亦增高；
(2)物料硬度增高，则坯体气孔率及a/b比值也随之高；
(3) 物料相对致密度和a/b比值间为反比关系(图6-12)，所以a/b比值可用来表示粉料趋于致密化能力。

图4-12 相对致密度和a/b值关系
从上述讨论可见，a，b取决于粉料性质、颗粒形状、颗粒组成、水份及 被压制物料物理性质，尤其是它们硬度。
为了在给定压力下制得气孔率最低坯体，可借助于试验，找出a/b比值最低粉料组成及其加工方法，来达成预期目标。
若要找出每种具体条件下压制关系式中常数，则能够在两种不一样压力(最好其比值为1/5)下，对坯料进行压制，从试验确定出压力及真气孔率数值，解联立方程，即可求出常数a及b数值 。
以上压制过程定量分析全部是以液压机压制试验为基础提出。当粉料受到冲击压力时，如用摩擦压力机压制时， 情况有所不一样，生产经验表明，冲击更有利于粉体致密化，为使坯体达成一样致密程度所需静压力约为冲击压力1.5~2倍，即一台3000吨液机和一台1500~吨摩擦压力机压制效果相同。
3、压制时压力分布
因为压制时压力用于克服颗粒之间内摩擦力，颗粒和模壁之间外摩擦力和被压坯体料变形，所以和压头直接接触位置物料，受到最大压力，达成最大致密化，伴随离开压头距离增加，压力降低，近似关系可用下式表示：

式中，Pn¾距受压面 处压强；
P¾受压表面压强；
L¾距受压面距离；
R¾坯体截面水力半径；
k¾系数，
k值和压制模壁和坯料之间摩擦系数及坯料颗粒之间摩擦系数相关，为：

式中， f’—坯体和模壁外摩擦系数；
f—坯料自然休止角。
因为坯料气孔率取决于压强数值，所以沿坯体高度方向，压强落差就决定了坯体均匀程度。坯体均匀程度可用Pn及P比值来估量。

当b=1时，坯体可取得最大均匀性，这在实际操作过程中是不可能达成。实际坯体中这种距受压面近地方密度大，伴随距离为断增大现象，习上称为“层密度”。图6-13示出不一样高度和直径比(L/D)圆柱体中实际压力分布。伴随L/D增大，下部压强急剧下降。在压强和圆柱体接触处，形成高压力中心，这是高摩擦力所引发。

图6-13坯体压力分布
(a)短模，L/D=0.45；(b)高模，L/D=1.75
三、加压制度对坯体质量影响
1、 加压方法影响
单面加压时，坯体中压力分布是不均匀。不仅有低压区，还有死角。为了使坯体密度均匀一致，宜采取双面加压。双面加压时，可消除底部低压区和死角，但坯体中部密度较低(图6-14-b)若两面前后加压，二次加压之间有间歇，利于空气排出，使整个坯体压力和密度全部较均匀(图6-14-c)。假如粉料四面全部施加压力(也就是等静压成型)，则坯体密度愈加均匀(图6-14-d)。
2、加压速度和保压时间影响
实践表明，加压速度和保压时间，对坯体性能有很大影响，即和压力传输和气体排出有很大关系。假如加压过快，保压时间过短，气体不易排出。一样当压力末传输到应有深度时，外力就己卸掉，显然难以达成较为理想坯体质量。当然，假如加压速度过慢，保压时间过长，使生产效率降低，也是没有必需，所以，应依据坯体大小、厚薄和形状来调整加压速度和保压时间。通常对于大型，高度大，形状较为复杂产品，开始加压宜慢，中间可快，后期宜慢，并有一定保压时间。这么有利于气体排除和压力传输，假如压力足够大时，保压时间能够短些。不然，加压速度不妥，排不出气体，会出现鼓泡，夹层和裂纹等。对于小型坯体，这方面要求不严格，加压速度能够合适加紧，方便提升生产效率。

图1-14 加压方法和压力分布关系图
（横条线为等密度线）
a—单面加压；b—双面同时加压；c—双面前后加压；d—四面加压

3、 水份影响
压制成型时，粉料中水份含量是至关关键。颗粒表面水膜起着润滑和塑化作用，水份含量高时还起着填充气孔作用。对某一压力就对应有一适宜水份含量，使气孔率最低。压力越大，该水份含量就越低。干法压制是在低水份和高压力下压制。在水份偏小时，增加水份含量，则有利于提升坯体密度和均匀性。但粉料中过多水份也是有害，因为在成型时水份会妨碍颗粒靠近，增加弹性变形并会助长裂纹和层裂。这是因为压制成型时 ，部分水膜从颗粒间接触处被挤入气孔中，当卸去外压力后，水又重新进入颗粒之间，将颗粒推开，使成型结束坯体发生膨胀。所以，从坯体致密性和均匀性考虑，在压制成型时，适宜水份量是极其关键。
4 、添加剂作用
在压制成型粉料中， 尤其是全瘠性粉料中，往往加入一定种类和数量添加物，促进成型过程顺利进行，提升坯体密度和强度，降低密度分布不均现象。添加剂有三个关键作用：
(1)降低粉料颗粒间及粉料和模壁之摩擦，这种添加剂又称润滑剂；
(2)增加粉料颗粒之间粘结作用，这类添加剂又称粘合剂；
(3)促进粉料颗粒吸附，湿润或变形，通常采取表面活性物质。
实际上一个添加剂往往起着多个作用，如石蜡既可粘结粉料颗粒，也可降低粉料摩擦力。添加剂和粉料混合后，它吸附颗料表面及模壁上，降低颗粒表面粗糙程度，并能使模具润滑，所以可降低颗粒内，外摩擦，降低成型时压力损失，从而提升坯体高度，强度及分布均匀性。若添加物是表面活性物质，，则它不仅吸附在粉料颗粒表面上，而且会渗透到颗粒微孔和微裂纹中，产生巨大劈裂应力，促进粉料在低压下便可滑动或碎裂 ，使坯体密度和强度得以提升。若加入粘性溶液，将瘠性颗粒粘结在一起，自然可提升坯体强度。
选择压制成型添加剂时，期望在产品烧成过程中尽可能烧掉，最少不会影响产品性能。添加剂和粉料最好不发生反应。添加剂分散性要好，少许使用便能得到良好效果。
总而言之，影响坯体均匀程度原因众多，关键可归纳为以下几点：
(1)坯体均匀程度随粉料内、外摩擦系数降低而增高；
(2)坯体均匀程度随受压面增大和坯体厚度和周围长度降低而提升，双面压制或四面压制能提升坯体均匀性；
(3)向粉料中引入一些润滑剂，粘结剂和表面活性物质，有利于提升坯体密度和均匀性；
(4)在一定范围内，粉料颗粒较粗，水份较大有利于提升坯体密度和均匀性。
四 、干法(半干法)成型坯体缺点
干法(半干法)成型是耐火材料制品最关键成型方法，混合和成型操作不良时，坯体会产生缺点或成为废品，而且有缺点是在干燥或烧成以后才暴露出来。坯体一些缺点是由成型方法或成型机械所造成。
1、弹性后效和层裂
层裂是指在压制坯体内部有层状裂纹缺点。这常常是成型关键缺点，层裂除了受压制成型中不均匀性影响之外，还和众多原因相关。通常将层裂和弹性后效联络起来分析。
坯体被压制时，施加于坯体上外力被方向相反，大小相等内部弹性力所平衡。模具和坯体之间也存在这种力平衡。当外力取消时，坯体内部弹性能 被释放出来，坯体膨胀，粉料坯体释放弹性能特点是，部分弹性能释放(或说是弹性应变)滞后于压力下降过程，即在压力取消以后坯体仍有大滞后膨胀作用。坯体这种滞后膨胀作用称为弹性后效。弹性后效在压制过程中往往是造成废品直接原因。压力取消后，坯体横膨胀被压模侧壁阻止，所以纵向展现较大膨胀，有坯体纵向膨胀达1~2%。因为弹性后效引发坯体不均匀膨胀，和坯体本身性质不均匀性，往往造成坯体产生层裂废品。
压制过程中坯体产生层裂，这是一个很复杂过程，其影响原因较多且复杂，如坯体本身影响(颗粒组成、水份、可塑性等等)，操作条件(如压机结构、加压操作情况等等)。
(1)气相影响 坯体中气体在压制过程中大部分被排出，一部分被压缩，应该强调是，压制时坯料体积降低并不等于排出坯料中空气体积，因为压制时还有颗粒弹性，脆性变形和空气本身压缩。坯料中气体，能够增加物料弹性变形和弹性后效。
假如压制过程中坯料内空气末从模内排出，则被压缩在坯体内空气压力是很大。计算结果表明，这么高压力实际己超出了砖坯断裂强度。所以残留在坯体内空气是造成坯体层裂关键原因，在其它条件相同条件下，坯 体内空气量越多，压制时造成层裂可能性越大，所以，空气若不能从坯体中排出，则不可能得到优质产品。
坯体内气相数量多少，也和很多原因相关，如粉料成份，颗粒组成，混合和压制操作等工艺条件，不过颗粒组成是先决条件，细粉过多配料易于 产生层裂 。
(2)水份影响 在半干压制粉料中水 份太大会引发层裂。因为水份压缩性很小，含有弹性，在高压制压力下，水从颗粒间隙处被挤入气孔内，当压力消除后，它又重新进入颗粒之间，使颗粒分离，引发坯体体积膨胀，产生层裂。总而言之，在水份过大时，水份是引发层裂关键原因，在水份小时，弹性后效是引发层裂关键原因。
(3)加压次数对层裂影响 加荷卸荷次数增多，则残余变形逐步减小，所以在条件相同情况下，间断卸荷比一次压制密度高。
(4)压制时间及压力影响 在条件相同情况下，慢慢地增加压力，即延长加压时间，也能得到类似压缩程度很大结果。粉料在连续负载作用下塑性变形很大。塑性变形绝对值取决于变形速度，在任一级最终荷重下，缓慢加荷比快速加荷使坯体含有更大塑性变形。实践证实，坯体在压力不大但作用时间长情况下加压，比大压力一次加压产生塑性变形大。
(5)其它原因 如粉料颗料间结合性太差，粉料不均匀，粉料中片状结构颗粒太多并形成取向结构，模具太粗糙，摩擦力过大，模子安装不妥等等也是造成层裂原因。
2 、其它缺点
(1)粉料粘模或冲头 这是细粉料干法压制时常有缺点，这常常是细粉团聚较粗颗粒，如>400mm颗粒水份不均引发。开始压制时，水份大团聚体易被压碎粘在壁上，以后压制中细粉深入粘到水份较大己粘结位置。
(2)坯体边角强度较低 这也是常见缺点，尤其是粗颗粒太大，颗粒分布不均匀，粉料结合性太差和砖型复杂。装料为适宜时更为严重。
(3)表面粗糙 这是压制以后，颗粒间结合不好一个表现。常常是粉料不均匀，配比不合适或装料时偏析和粘模引发。有时这种缺点在烧成以后才显著看到，在表面颗粒周围形成微小裂纹。
(4)坯体尺寸不合格
(5)坯体单重不合格
生产中对以上缺点必需进行检验和控制。因为缺点不仅和成型模具和操作过程相关，而且很多和粉料性质紧密相关。所以检验和控制通常把粉料性质，如水份、粒度、堆密度、松散性等和坯体本身检验结合起来。
五、压制成型机械
干法(或半干法)成型是将含有一定水份粉状固体颗粒物料装填在刚性模型内施加压力成型坯体。完成压制成型工艺机械是多种形式压力机。常见成型机械有摩擦压砖机，液压压砖机，杠杆式压砖机，转盘式压砖机等，而使用最广泛是摩擦压砖机。
1 、摩擦压砖机
摩擦压砖机是用摩擦轮经过丝杆带动滑块作上下往复运动压砖机。摩擦压砖机特点是结构简单，造价低，操作轻易，维修方便，成型出坯体质量较高，其缺点是生产能力较低，滑块行程不固定，压力不稳定，而且不安全，对操作工人要求较高。表6-2列出了常见多个摩擦压砖机关键技术性能。
常见摩擦压砖机关键技术性能 表6-2
编 号
公称压力
kN
最大压力
kN
滑块行程
mm
行程次数
次/min
装模高度
mm
工作台尺寸
mm
电机功率
kW
100t
1000

400
16
470
500×550
11
160t
1600
3200
550
15
610
570×800
15
200t

4000
1000
12.5
800
630×1000
22
300t
3000
6000
930
14
780
700×800
22
315t
3150
6300
600
12
780
750×800
22
400t
4000
8000
750
11
920
850×950
37
500t
5000
10000
770
10
950
900×1120
45
630t
6300
12600
750
11
1150
900×1120
55
800t
8000
16000
800
10
1205
950×1250
75
1000t
10000
0
900
9
1260
960×1250
90

2、杠杆压砖机
杠杆压砖机是经过曲轴连杆机构带动冲头上下移动来完成压砖过程。这种压砖机采取容积加料方法，由模具容积控制加料量。加料箱在工作台上作直线往复运动，在加料同时，将顶出于工作台面上坯体推出，然后由取砖装置或用手工拿走。杠杆压砖机关键用于形状比较简单、尺寸较小制品成型。杠杆压砖机优点是生产能力高，操作简单，维护费用低，因冲头行程是固定，故可制得尺寸较为稳定产品。该机缺点是加压制度难以调整，因为加料不准，砖坯单重波动较大。现在对杠杆压砖机进行以下多个方面改善，一是提升压力，以适应尺寸较大制品成型需要；二是采取基础上等压力双面加压，以改善砖坯密度均匀性；三是预防加料偏析多种方法，因为该机是采取机械法加料，轻易造成粉料偏析。
3 、液压压砖机
经过液压缸内液体压力来驱动冲头上下移动压砖机称为液压压砖机。依据所用液体不一样，又可分为水压机和油压机两大类。
液压机特点是成型压力比摩擦压砖机大，加压时静压有利于坯体中气体排出和密度均匀，而且液压机比摩擦压砖机更易于实现自动化。但液压机结构复杂，制造技术要求较高，而且日常维护比较困难。液压压砖机通常见于密度，强度等指标要求较高制品成型 ，如生产高级炉衬砖。
六、压制成型模具
模具是影响压制成型制品质量、产量及成本很关键一环，模具设计好坏将决定成型质量。在实际生产中，即使模具是由产品外形来决定，但常常因为产品外形不合理，决定了模具设计得不合理，致使影响成型质量，所以有时宁可对产品外形作部分修改，使模具设计得合理些。一个合理模具设计，应遵照以下多个标准：要便于粉料充满和移动，脱模要方便，结构简单，设有透气孔，装卸方便，壁厚均匀，材料要节省等。在模具加工中应注意尺寸正确，配合精密，工作面要光滑等要求。
模具所用材料可分为两大类：一类是一般材料，关键包含变质铸铁，A3钢，低碳钢，45号钢；另一类是高性能材料，如多种工具钢，超高碳钢，硬质合金等。现在新模具材料也很多，但没有广泛推广，仅部分厂家使用。常见模具材料概况见表6-3。
模具损坏关键原因之一是磨损。加压时，硬度较大尖角状颗粒因点接触粘着或相互嵌入而引发模板严重磨损，致使模板表面过快出现“凹痕”和“波形槽”， 伴随这些“疲坑”和“波形槽”不停扩大，模板磨损越来越严重。
为了适应模具高效率，高精度加工，延长模具工作寿命等要求，现在模具技术新发展关键在以下多个方面：模具加工机械；模具新材料及热处理新技术开发；CAD/CAM(计算机辅助设计/计算机辅助制造)。

常见模具材料概况 表6-3
项目
变质铸铁
A3¬及低碳钢
45号钢
关键用途
多种模型、大截面模芯
模型、上下垫板、上下盖板、芯棒
模型、芯棒
热处理方法
铸后760~840℃退火
渗碳淬火，C-N或C-N-B共渗
渗碳或直接淬火
硬度要求
HRC45~50
HRC60以上
处理后HRC60以上
磨损方法
颗粒磨损
颗粒、粘着磨损
颗粒磨损
报废形式
磨损超差或出砖困难
磨损超差、崩边
磨损超差或出砖困难
修复方法
机械加工
焊补、退火后加工
退火后加工
一般碳素钢
第二节 等静压成型
等静压成型是一个特殊压制成型方法，它是利用液体介质不可压缩性和均匀传输压力性一个成型方法。即处于高压容器中试样所受到压力如同处于同一深度静水中所受到压力情况，而称之为等静压。等静压成型是近几十年发展起来新成型方法。它从三十年代开始应用于实际生产中，五十年代以后，因为对成型质量要求愈来愈高，也因为高压设备和高压元件技术发展，等静压技术发展很快，在陶瓷、粉末冶金、塑料和其它工业中取得广泛应用。等静压成型可用于压制通常成型法难于成型形状复杂大件及细长形制品，如长水 口，浸入式水口，风口砖，整体塞棒等。
多年来，在通常等静压成型基础上又开发出了热等静压和爆炸等压成型技术。热等静压关键用于超硬材料和难烧结材料，通常是烧结和成型同时完成。另外，热等静压还用于烧结制品再致密化，接合，消除制品内部缺点等。热等静压能够改善制品机械性能，减小性能波动，降低坯体烧结温度，而且轻易控制材料显微结构。
爆炸等静压是将爆炸产生高压冲击波作用于液体介质，同时加压于模体，使混合料在各个方向同时均匀受压。爆炸等静压成型特点是：装置简单，不带隶属高压系统，爆炸产生压力高，成型时间短，成型体密度高，硬度大。
一、等静压成型原理和特点
等静压成型和干法成型相同，也是利用压力将粉料在模型中压制成型。但等静压成型压力不象干法成型那样只局限于一二个受压面，而是在模型各个方向上全部施于均匀压力，很显然，这种成型方法要比干法成型优越，能够消除干压成型中部分极难克服弱点，提升制品成型质量。
利用了液体或气体能均匀地向各个方向传输压力特征，等静压成型就是利用这个特征来实现均匀受压成型。等静压成型过程可叙述以下：将粉料装入一只有弹性模具内，密封，然后将模具连同粉料一起放在含有液体或气体高压容器中去。封闭后，用泵对气体或液体进行加压，经过气体或液体能均匀传输压力特点，弹性模就受到均匀压力并传输给粉料，使粉料被压成为和模型相同压实物，但其尺寸要比模型小部分，受压完成后，慢慢减压，就能够在模具中取出坯体。等静压成型过程图6-15。
从干压成型原理可知，等静压成型和干压成型最关键差异在于：
(1)压力是由各个侧面同时进行，所以粉料颗粒受压运动也不是一个方向，这么有利于把粉料压实到相当密度，同时粉料颗粒直线位移降低了，消耗在粉料颗粒运动时摩擦功对应地降低了，提升了压制效率。
(2)因为粉料内部和外部介质中压强是相等，所以在粉料中可能包含空气无法排出，而被挤压在粉料颗粒之间，这就影响到压力和体积关系，限制了深入增大压力来压实粉料，故在生产中，如要得到密度大坯体，有必需排除装模后粉料中少许空气。
从等静压特点能够看出，其优点表现在：
(1)和施加压强大致相同其它压制成型相比，等静压能够得到较高生坯密度。同时生坯密度在各个方向上全部比较均匀，不会因尺寸大小及形状不一样而有很大改变。反之也说明对于同一坯料，要过到一样生坯密度，等静压方法所需压强要低。
(2) 等静压不会在压制过程中使生坯内部全部产生很大应力。因为等静压压强方向差异不如其它压制成型那样大，同时，粉料颗粒间和颗粒和模型间摩擦作用显著地降低，故等静压成型时，生坯中产生应力现象是极少出现。
(3)采取等静压成型生坯强度较高，同时生坯内部结构也是均匀，不会象挤压成型所造成颗粒有规则排列。
(4) 能够采取较干粉料进行成型，也无须或极少使用粘结剂或润滑剂。这对于降低干燥收缩和烧成收缩是有利。
(5)对制品尺寸和尺寸之间百分比没有很大限制，而且对制品形状限制也较宽。

图6-15 等静压成型过程
1—待成型粉料；2—将弹性软模用粉料装满；3—把模子关上并封严；
4—把模子放到施压容器施压介质中；5—施压；6—减压以后得到毛坯
二、等静压分类和操作过程
等静压成型依据使用模具不一样能够分为二类：一类为湿袋等静压法；另一类为干袋等静压法。
湿袋等静压结构图6-16所表示。它所采取有弹性模子是一只和施压容器无关元件。弹性模具先装满粉料，密封后，放入高压容器中，模具和加压液体直接接触。施压容器中能够同时放入多个模具。其