2016功能陶瓷生产工艺资料.pptx

第三章第三章 功能陶瓷的生产工艺功能陶瓷的生产工艺 3.1 常用原料常用原料 化工原料大多为化工原料大多为金属和非金属氧化物金属和非金属氧化物、碳酸盐碳酸盐等，是功能陶瓷生产中最常用的等，是功能陶瓷生产中最常用的原料，其纯度和物理特性可控制。原料，其纯度和物理特性可控制。1 二氧化钛二氧化钛 应用：应用：在功能陶瓷的工业生产中，是在功能陶瓷的工业生产中，是陶瓷电陶瓷电容器、容器、PTC热敏电阻器和压电陶瓷元器件热敏电阻器和压电陶瓷元器件等等的重要原料。的重要原料。基本性质：基本性质：TiO2，二氧化钛有三种晶型：，二氧化钛有三种晶型：金红金红石石、板钛矿板钛矿和和锐钛矿锐钛矿，金红石是金红石是TiO2稳定型的稳定型的结构结构。金红石型二氧化钛的熔点为。金红石型二氧化钛的熔点为1850，大，大量使用于陶瓷、颜料和涂料工业。量使用于陶瓷、颜料和涂料工业。金红石型的金红石型的TiO2其电性能最好其电性能最好：介电常数大，：介电常数大，介质损耗小。介质损耗小。金红石晶体结构 金红石晶体结构Ti-O八面体的排列 介电常数，随晶体的方向不同而不同介电常数，随晶体的方向不同而不同 四方晶系四方晶系 简单四方点阵简单四方点阵a ao o=0.459nm=0.459nm，c co o=0.296nm=0.296nm 二氧化钛具有二氧化钛具有半导体半导体的性能，它的的性能，它的电电导率随温度的上升而迅速增加导率随温度的上升而迅速增加，而且，而且对对缺氧缺氧也非常敏感。也非常敏感。为提高它的抗还原能力，加入约为提高它的抗还原能力，加入约0.2%的的MgCO3，成为抗还原性较好的，成为抗还原性较好的“电容器专用电容器专用二氧化钛二氧化钛”2 工业氧化铝工业氧化铝 应用：应用：氧化铝是刚玉氧化铝是刚玉-莫来石瓷、氧莫来石瓷、氧化铝瓷等高铝瓷中主晶相。高频绝缘化铝瓷等高铝瓷中主晶相。高频绝缘零件瓷、电阻基体和电感基体瓷、电零件瓷、电阻基体和电感基体瓷、电真空瓷、大规模真空瓷、大规模集成电路集成电路的基板等的的基板等的重要原料。重要原料。基本性质：基本性质：Al2O3，白色无定形粉末，俗称矾土，白色无定形粉末，俗称矾土，密度密度3.9-4.0g/cm3，熔点，熔点2050，常见有常见有、三种晶体结构，工业氧化铝晶型为三种晶体结构，工业氧化铝晶型为 -Al2O3，是低温稳定型。当加热到，是低温稳定型。当加热到1050时，时，-Al2O3开始转变为开始转变为 -Al2O3，并有，并有14.3%的的体积收缩体积收缩 由于由于转变过程中伴随着较大的体积收缩转变过程中伴随着较大的体积收缩，因此，工业生产氧化铝陶瓷时，因此，工业生产氧化铝陶瓷时，所使用的氧化所使用的氧化铝原料必须在配料前进行煅烧，将铝原料必须在配料前进行煅烧，将 -Al2O3转转变为变为 -Al2O3以保证产品的质量。以保证产品的质量。-Al2O3-Al2O3（刚玉）型结构（刚玉）型结构（刚玉）型结构（刚玉）型结构三方晶系三方晶系三方晶系三方晶系 =55=55=55=55 17171717 O O2-2-六方紧密堆积排列六方紧密堆积排列（ABABABAB二层重二层重复型）复型）AlAl3+3+填充于填充于2/32/3八面体空八面体空隙隙3 氧化锆氧化锆 应用：应用：ZrO2 作为一种高温固体电解质，作为一种高温固体电解质，可用来做氧敏感传感器和高温发热元件可用来做氧敏感传感器和高温发热元件等，也是生产压电、铁电陶瓷的主要成等，也是生产压电、铁电陶瓷的主要成分。分。基本性质：基本性质：白色或略带黄色、灰色的粉末或白色或略带黄色、灰色的粉末或粒状，熔点是粒状，熔点是2715莫氏硬度为莫氏硬度为7，因它的，因它的化学惰性大，是最耐高温的氧化物之一，是化学惰性大，是最耐高温的氧化物之一，是一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属一种耐高温、耐磨损、耐腐蚀的无机非金属材料。材料。镁稳定氧化锆镁稳定氧化锆 晶型：晶型：三种晶型：三种晶型：ZrO2在在1900以上为三以上为三方晶系，在方晶系，在1000-1900之间属四方晶系，之间属四方晶系，低于低于1000为单斜晶系为单斜晶系 a 由由四方晶系转变为单斜晶系时伴有约四方晶系转变为单斜晶系时伴有约10%的体积膨胀的体积膨胀，可能会引起开裂，这是，可能会引起开裂，这是应注意的问题。应注意的问题。b二氧化锆对还原气氛很敏感，在温度二氧化锆对还原气氛很敏感，在温度高于高于500时，被还原为低价氧化物，因此时，被还原为低价氧化物，因此含含ZrO2的陶瓷应在氧化气氛下烧成的陶瓷应在氧化气氛下烧成。4 氧化锌氧化锌 应用：应用：ZnO具有具有半导体特性半导体特性，故是半，故是半导体陶瓷的主要成分。氧化锌还是压电导体陶瓷的主要成分。氧化锌还是压电陶瓷和压敏陶瓷的主要原料。陶瓷和压敏陶瓷的主要原料。基本性质：基本性质：白色非结晶状粉末，熔点是白色非结晶状粉末，熔点是1975，常用作矿化剂，降低一些陶瓷的，常用作矿化剂，降低一些陶瓷的烧结温度，形成细晶结构，改善陶瓷材料的烧结温度，形成细晶结构，改善陶瓷材料的性能。性能。O2-离子按六方紧密离子按六方紧密堆积排列，堆积排列，Zn2+离离子充填于二分之一子充填于二分之一的四面体空隙中的四面体空隙中 ZnO具有具有半导体特半导体特性性，由于锌和氧原，由于锌和氧原子在尺寸上相差较子在尺寸上相差较大，而具有较大的大，而具有较大的空间。空间。纤锌矿晶体结构纤锌矿晶体结构5 铅丹铅丹Pb3O4 应用：应用：是功能陶瓷生产中常用的原料是功能陶瓷生产中常用的原料之一，比如用于制备之一，比如用于制备锆酸铅、钛酸铅铁锆酸铅、钛酸铅铁电压电陶瓷电压电陶瓷等。等。基本性质：基本性质：基本性质：基本性质：为红色粉末，又称红丹，加热为红色粉末，又称红丹，加热为红色粉末，又称红丹，加热为红色粉末，又称红丹，加热（550-590550-590）分解成氧化铅，新分解的氧化铅）分解成氧化铅，新分解的氧化铅）分解成氧化铅，新分解的氧化铅）分解成氧化铅，新分解的氧化铅熔点为熔点为熔点为熔点为880880，有较大活性，能在较低温度下与，有较大活性，能在较低温度下与，有较大活性，能在较低温度下与，有较大活性，能在较低温度下与其它物质发生反应，有利于瓷料的合成。其它物质发生反应，有利于瓷料的合成。其它物质发生反应，有利于瓷料的合成。其它物质发生反应，有利于瓷料的合成。注意：注意：氧化铅氧化铅Pb3O4在超过在超过1050时时有明显的挥发，烧成过程中应注意控制有明显的挥发，烧成过程中应注意控制氧化铅的挥发量，如在配料时适当增加氧化铅的挥发量，如在配料时适当增加氧化铅的加入量和进行密封烧结等，氧氧化铅的加入量和进行密封烧结等，氧化铅蒸汽有毒，工业生产时应注意必要化铅蒸汽有毒，工业生产时应注意必要的防护。的防护。6 二氧化锡二氧化锡 应用：应用：电介质陶瓷和半导体陶瓷的主要原电介质陶瓷和半导体陶瓷的主要原料之一料之一。基本性质：基本性质：SnO2为白色的细分散粉末，不为白色的细分散粉末，不溶于水和硫酸。熔点溶于水和硫酸。熔点 1630 相对密度相对密度 6.95 7 稀有和稀土金属氧化物稀有和稀土金属氧化物 应用：应用：功能陶瓷生产中常用的稀有和稀功能陶瓷生产中常用的稀有和稀土金属氧化物有土金属氧化物有Nb2O5、La2O3、CeO2、Y2O3等，在功能陶瓷中这些氧化物通等，在功能陶瓷中这些氧化物通常作为少量的常作为少量的改性加入物改性加入物。8 碱土金属碳酸盐碱土金属碳酸盐碳酸钡：碳酸钡：碳酸钡是碳酸钡是铁电陶瓷和钡长石陶瓷铁电陶瓷和钡长石陶瓷的重要原的重要原料，也用作助溶剂和压碱剂改善陶瓷的介料，也用作助溶剂和压碱剂改善陶瓷的介电性能。电性能。常温时属常温时属 斜方晶系，斜方晶系，811-982转变为转变为 六方晶系；六方晶系；982以上为属以上为属四方晶系。在四方晶系。在1450碳酸钡剧烈分解为碳酸钡剧烈分解为BaO和和CO2 8 碱土金属碳酸盐碱土金属碳酸盐碳酸锶碳酸锶：碳酸锶是合成碳酸锶是合成SrTiO3的主要原料，也用作的主要原料，也用作助熔剂，以降低某些陶瓷的烧成温度。还助熔剂，以降低某些陶瓷的烧成温度。还用于彩电阴极射线管、电磁铁、锶铁氧体。用于彩电阴极射线管、电磁铁、锶铁氧体。有有两种变体两种变体：常温为：常温为 ，属斜方晶系，属斜方晶系，900-950转变为转变为，属六方晶系。在，属六方晶系。在1100分分解为解为SrO和和CO2，约为，约为1250 分解结束分解结束 8 碱土金属碳酸盐碱土金属碳酸盐碳酸钙碳酸钙 ：碳酸碳酸钙钙是合成是合成CaTiO3的主要原料，在的主要原料，在860970时分解成时分解成CaO与与C02，是一，是一种高温助熔剂。种高温助熔剂。3.2 配料计算配料计算 功能陶瓷研究和生产中配料计算，功能陶瓷研究和生产中配料计算，一种是已知一种是已知预合成的化合物化学计算式计算原料配比预合成的化合物化学计算式计算原料配比，另，另一种是从瓷料预期的化学组成计算原料配比。一种是从瓷料预期的化学组成计算原料配比。主要分为以下几步：主要分为以下几步：1 首先根据预合成的化合物化学计算式找出首先根据预合成的化合物化学计算式找出各原料的摩尔比各原料的摩尔比2 然后根据相应原料的分子量计算然后根据相应原料的分子量计算各原料的各原料的质量质量 3 按按原料纯度进行修正原料纯度进行修正，实际，实际i原料的纯度原料的纯度为为Pi。修正之后各原料的实际用量应该为第。修正之后各原料的实际用量应该为第二步的计算值除以相应原料的纯度二步的计算值除以相应原料的纯度 4 计算原料的计算原料的质量百分比质量百分比 例例1 以铌镁酸铅为主晶相的低温烧结独石电以铌镁酸铅为主晶相的低温烧结独石电容器配料的配方计算，已知其化学计算式为，容器配料的配方计算，已知其化学计算式为，此外镁含量要过量此外镁含量要过量20%，各原料不需分别，各原料不需分别预合成烧块，所用原料的纯度为，铅丹含预合成烧块，所用原料的纯度为，铅丹含Pb3O498%；MgCO3，98%；三氧化二铋；三氧化二铋含含Bi2O398%，五氧化二铌含，五氧化二铌含Nb2O5，99.5%，试计算配制，试计算配制500g料时所需称量各料时所需称量各种原料的量。种原料的量。A 计算各原料的摩尔比计算各原料的摩尔比原料名称Pb3O4MgCO3Nb2O5TiO2Bi2O3比例（mol）(1+0.14)1/31/32/3 1/20.140.04B 计算各原料的质量原料名称Pb3O4MgCO3Nb2O5TiO2Bi2O3相对分子质量685.684.32265.879.90466.0质量/g260.52828.1188.611.18618.64C 按原料纯度进行修正按原料纯度进行修正 将各原料将各原料的质量除以该原料的纯度的质量除以该原料的纯度 原料名称Pb3O4MgCO3Nb2O5TiO2Bi2O3计算纯度后的质量265.8428.6889.0511.4119.02原料的纯度铅丹含原料的纯度铅丹含Pb3O498%；MgCO3，98%；三氧化二铋含；三氧化二铋含Bi2O398%，五氧化，五氧化二铌含二铌含Nb2O5，99.5%D 计算质量百分比计算质量百分比 原料名称Pb3O4MgCO3Nb2O5TiO2Bi2O3百分比%63.338.221.222.724.53总量总量 =265.84+28.68+28.6820%+89.05+11.41+19.02=419.74 gE 计算配料为计算配料为500g时各原料所需时各原料所需的质量的质量 Pb3O4=50063.33%=316.65g MgCO3=5008.2%=41gNb2O5=50021.22%=106.10g TiO2=5002.72%=13.6g Bi2O3=5004.53%=22.65g 铌镁酸铅（铌镁酸铅（PCM）三元系压电陶瓷配料的配方）三元系压电陶瓷配料的配方计算，已知其化学计算式为，计算，已知其化学计算式为，其中铅含量要过量其中铅含量要过量10%，各原料不需分别预合成烧，各原料不需分别预合成烧块，所用原料的纯度为，铅丹块，所用原料的纯度为，铅丹98.5%；MgCO3，97%；五氧化二铌；五氧化二铌99%，二氧化钛，二氧化钛98%；二氧化；二氧化锆锆97.5%。试计算配制。试计算配制1000g料时所需称量各原料料时所需称量各原料的量。的量。3.3 备料工艺备料工艺 备备料料主主要要是是指指将将原原料料经经称称量量、混混磨磨、干干燥燥、加加胶胶黏黏剂剂造造粒粒等等工工序序制成符合成型工艺要求的粉料。制成符合成型工艺要求的粉料。3.3.1 原料的粉碎、水洗、酸洗、原料的粉碎、水洗、酸洗、磁选磁选（一）粉碎（一）粉碎 颗粒细度对工艺过程和最终产品的性能都起着决定性颗粒细度对工艺过程和最终产品的性能都起着决定性的作用的作用（二）（二）水洗水洗 酸洗酸洗 磁选磁选 水洗的目的是除去原料中的可溶性杂质（如水洗的目的是除去原料中的可溶性杂质（如Na2O，K2O）和酸根（如）和酸根（如SO4）,酸洗（用大量的盐酸，加热煮沸，酸洗（用大量的盐酸，加热煮沸，然后经多次水洗）和磁选的作用都是为了除去原料中的铁然后经多次水洗）和磁选的作用都是为了除去原料中的铁或铁的化合物。或铁的化合物。3.3.2 原料的预烧原料的预烧 原料中的原料中的多晶转变多晶转变将导致体积变化将导致体积变化(晶晶型转变时伴有体积效应型转变时伴有体积效应)，对烧成有不利，对烧成有不利的影响。的影响。有的原料有的原料多晶转变多晶转变将导致性能变化。将导致性能变化。有的原料具有特殊的有的原料具有特殊的矿物结构矿物结构，会给生产，会给生产工艺带来困难工艺带来困难 原料预烧的效果主要有以下几方面：原料预烧的效果主要有以下几方面：1)使颗粒致密化，减少瓷料制品最终烧结时的收使颗粒致密化，减少瓷料制品最终烧结时的收缩率；缩率；2)改变原料的物理状态，如颗粒的形状和矿改变原料的物理状态，如颗粒的形状和矿物组成，促进晶型转化，获得具有优良电性能物组成，促进晶型转化，获得具有优良电性能的晶型，改变矿物结构，改善工艺性能提高和的晶型，改变矿物结构，改善工艺性能提高和保证功能陶瓷产品的性能、质量和一致性；保证功能陶瓷产品的性能、质量和一致性；3)提纯，如氧化铝加硼酸预烧后可以去掉碱，提纯，如氧化铝加硼酸预烧后可以去掉碱，氧化锆预烧可以去掉氯根（氧化锆预烧可以去掉氯根（Cl-）。）。3.3.3 原料的合成和粉体制备方法原料的合成和粉体制备方法 化工原料多是单成分的化合物，但在许多生产化工原料多是单成分的化合物，但在许多生产中需要多成分的原料，如中需要多成分的原料，如BaTiO3、CaTiO3、CaSnO3、PbTiO3、CaZrO3等等.目前，我国生目前，我国生产这些中间原料的工厂较少，需要工厂自己合成，产这些中间原料的工厂较少，需要工厂自己合成，然后再配料，合成过程大多是固相反应，合成材然后再配料，合成过程大多是固相反应，合成材料通常经过料通常经过800-1300的高温下进行，的高温下进行，反应后反应后合成的材料称为烧块、熔块或团块合成的材料称为烧块、熔块或团块。3.3.4 配料配料原料经预处理后，按配方称量，进行配料。配原料经预处理后，按配方称量，进行配料。配料时需注意配比组成稍有偏离，对组织结构和介料时需注意配比组成稍有偏离，对组织结构和介电性能有重要影响。对于钛酸钡陶瓷，如果电性能有重要影响。对于钛酸钡陶瓷，如果BaO过量，存在过量，存在2BaOTiO2相，会抑制相，会抑制BaTiO3生长，有利于获得细晶结构，而若是生长，有利于获得细晶结构，而若是TiO2过量过量7时的时的轧膜成型轧膜成型。n2 聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯（(C4H6O2)n）n聚聚醋醋酸酸乙乙烯烯酯酯为为无无色色透透明明珠珠状状体体或或粘粘稠稠体体，溶溶于于低低分分子子量量的的酮酮、醇醇、酯酯、苯苯、甲甲苯苯，不不溶溶预预水水和和甘甘油油。聚聚合合度度在在400-600，适适用用于于CaO,MgO，Al2O3，ZnO，PbO，硼硼酸酸盐盐，高高岭岭土土，滑滑石石粉粉，CaCO3，BaCO3。用用于于pH8轧膜成型轧膜成型。n2 羧甲基纤维素（羧甲基纤维素（CMC）n羧甲基纤维素一般用它的纳盐，白色粉末，易羧甲基纤维素一般用它的纳盐，白色粉末，易溶于水；溶于水；烧后仍有钠的灰分。烧后仍有钠的灰分。n常用的塑化剂还有石蜡，糊精，桐油等常用的塑化剂还有石蜡，糊精，桐油等 n增塑剂增塑剂是指对水有良好的亲和力并能溶于水的是指对水有良好的亲和力并能溶于水的化合物，插入高分子间，增大其距离，降低粘化合物，插入高分子间，增大其距离，降低粘度，度，如甘油如甘油。n 溶剂溶剂是指能溶解上面两种化合物，如水，无水是指能溶解上面两种化合物，如水，无水酒精（乙醇），丙酮，苯等。酒精（乙醇），丙酮，苯等。n羧甲基纤维素和羧甲基纤维素和PVA相比，尽管相比，尽管CMC的的价格低廉，但粘性不如价格低廉，但粘性不如PVA，故轧膜等，故轧膜等成型要求较高时，仍用成型要求较高时，仍用PVA，且，且PVA也也较较CMC挥发更为均匀些，可减少瓷体开挥发更为均匀些，可减少瓷体开裂。裂。（二）（二）塑化剂对性能的影响塑化剂对性能的影响n有机塑化剂能烧掉，但释放的有机塑化剂能烧掉，但释放的CO又还原作用，又还原作用，并留下灰分和气孔。并留下灰分和气孔。n1 粘结剂的还原作用粘结剂的还原作用n有机粘结剂在有机粘结剂在400前都烧掉，挥发量最多是前都烧掉，挥发量最多是300。所以。所以烧成时升温不能过快，以免挥发烧成时升温不能过快，以免挥发过快产生裂纹；并注意保持氧化气氛过快产生裂纹；并注意保持氧化气氛。n如是在近于密闭状态下烧成，粘结剂燃烧产生如是在近于密闭状态下烧成，粘结剂燃烧产生的的CO会使制品受到还原影响，特别是易还原会使制品受到还原影响，特别是易还原的的TiO2和和BaTiO3 n2 粘结剂对机械强度的影响粘结剂对机械强度的影响n不不同同温温度度阶阶段段，其其影影响响有有所所不不同同，400前前，粘粘结结剂剂没没挥挥发发完完，粘粘结结剂剂多多的的强强度度高高；400后，粘结剂挥发完，粘结剂少的强度高。后，粘结剂挥发完，粘结剂少的强度高。n 3 粘结剂对绝缘强度的影响粘结剂对绝缘强度的影响n粘结剂越多，烧成后瓷体气孔越多，故击穿电粘结剂越多，烧成后瓷体气孔越多，故击穿电压越低。压越低。3.3.7 造粒造粒原料细原料细有利于固相反应和烧结有利于固相反应和烧结，但对干压成，但对干压成型，细粉的型，细粉的流动性不好流动性不好，不能均匀地充满模子，不能均匀地充满模子，容易出现空洞，边角不致密，层裂等问题。容易出现空洞，边角不致密，层裂等问题。将细粉料混合粘结剂，做成流动性较好的粗粒将细粉料混合粘结剂，做成流动性较好的粗粒子（子（20-80目），形成体积密度大的小球，则目），形成体积密度大的小球，则既既可以改善流动性可以改善流动性而而又不影响粉料的烧结性能又不影响粉料的烧结性能，同同时还能增加颗粒间的结合力时还能增加颗粒间的结合力，提高坯体的机械强提高坯体的机械强度。度。这种将已经磨得很细的粉料，经过干燥，加这种将已经磨得很细的粉料，经过干燥，加粘结剂，做成流动性较好的较粗颗粒的工艺即是粘结剂，做成流动性较好的较粗颗粒的工艺即是造粒。造粒。n造粒工艺按操作方式可分为以下三类造粒工艺按操作方式可分为以下三类：n1 手工造粒法：粉料中加入适量的塑手工造粒法：粉料中加入适量的塑化剂化剂(4%6%的浓度为的浓度为5%的聚乙的聚乙烯醇溶液烯醇溶液)混合均匀后过筛，依靠塑混合均匀后过筛，依靠塑化剂的黏聚作用，可获得粒度约化剂的黏聚作用，可获得粒度约20目的粗团粒。目的粗团粒。n优点：操作简单。优点：操作简单。n缺点：若搅拌塑化剂不均匀，易使缺点：若搅拌塑化剂不均匀，易使胚体分层和密度不一致胚体分层和密度不一致的粗粒子。的粗粒子。n2、加压造粒法：将粉料加入塑化剂，预、加压造粒法：将粉料加入塑化剂，预先搅拌混合均匀过先搅拌混合均匀过20目筛，然后用液压目筛，然后用液压 机将其压成圆饼，再将其破碎过筛机将其压成圆饼，再将其破碎过筛(20目目)后即成团粒。后即成团粒。n优点：团粒的体积密优点：团粒的体积密 度大，制品的机械度大，制品的机械强度高。强度高。n缺点：效率低，技术操作要求严格缺点：效率低，技术操作要求严格n3、喷雾干燥造粒法：将混合有适量塑化、喷雾干燥造粒法：将混合有适量塑化剂的粉料预先做成浆料，再用喷雾器喷剂的粉料预先做成浆料，再用喷雾器喷 入造粒塔进行雾化和干燥，干燥好的粒入造粒塔进行雾化和干燥，干燥好的粒子即为流动性较好的球状团粒。造粒的子即为流动性较好的球状团粒。造粒的好坏与料浆黏度、喷雾方法有关。现代好坏与料浆黏度、喷雾方法有关。现代最佳选择最佳选择干压成型干压成型所用粘合剂所用粘合剂种类种类配方或用量配方或用量特特 点点石蜡石蜡712%，常用量，常用量8%室温时在压力下能流动室温时在压力下能流动不易于从坯体中排除不易于从坯体中排除酚醛漆（高频清漆）酚醛漆（高频清漆）815%工艺简单、坯体强度高工艺简单、坯体强度高价格贵价格贵聚聚乙乙烯烯醇醇（PVA）水水溶液溶液35%工艺简单，气孔率低工艺简单，气孔率低机械强度稍差机械强度稍差水水、油油酸酸、煤煤油油粘粘合合剂剂粉粉料料100kg、煤煤油油1000ml、油酸、油酸1500ml、水、水7kg工艺简单、气孔率低工艺简单、气孔率低生坯强度较低生坯强度较低亚硫酸纸浆废液亚硫酸纸浆废液水水90%、亚亚硫硫酸酸纸纸浆浆废废液液10%。加入量为。加入量为810%价廉易得、工艺简单价廉易得、工艺简单坯体强度低坯体强度低苯胶苯胶甲甲苯苯（二二甲甲苯苯）70%，苯苯乙乙烯烯30%。加入量为。加入量为816%工艺简单，生坯有一定强度工艺简单，生坯有一定强度价格贵且有毒价格贵且有毒3.3.8 悬浮悬浮 通常是通过通常是通过加入电解质加入电解质来调节泥浆的流动性。来调节泥浆的流动性。(一一)电解质的作用及用量电解质的作用及用量 1 电解质加进之前电解质加进之前 如果粘土粒子是带负电的，这时粒子主要吸附如果粘土粒子是带负电的，这时粒子主要吸附的对象是水溶液中的氢离子，由于氢离子水化程度的对象是水溶液中的氢离子，由于氢离子水化程度小，进入吸附层中的数量较多小，进入吸附层中的数量较多(小部分留在扩散层小部分留在扩散层内内)，同时也中和了粒子所带的大部分电荷。这样，同时也中和了粒子所带的大部分电荷。这样，粒子之间的排斥力就减少，容易凝聚，因而泥浆粘粒子之间的排斥力就减少，容易凝聚，因而泥浆粘度很大，流动性很差。度很大，流动性很差。n2 加进电解质以后加进电解质以后n生产上常用的电解质有生产上常用的电解质有纯碱纯碱(Na2CO3)，水玻水玻璃璃(Na2SiO3)等无机化合物。由于等无机化合物。由于Na+离子水离子水化程度很大，也就是水化膜很厚，使它的体积化程度很大，也就是水化膜很厚，使它的体积超过超过H+离子很多。吸附层和扩散层里的离子很多。吸附层和扩散层里的H+被被Na+置换出来。由于水化了的置换出来。由于水化了的Na+离子的体积离子的体积比比H+离子大得多，吸附层内容纳的离子大得多，吸附层内容纳的Na+离子离子数就比数就比H+离子少，所以它只能抵消一小部分离子少，所以它只能抵消一小部分粒子表面上的负电荷，粒子之间的排斥力增加，粒子表面上的负电荷，粒子之间的排斥力增加，因而泥浆的粘度就小，流动性就好。因而泥浆的粘度就小，流动性就好。n3 电解质的选择电解质的选择n标准是根据在标准是根据在水中离解后阳离子水化程水中离解后阳离子水化程度的大小来决定度的大小来决定的：我们总是选水化程的：我们总是选水化程度大的那种阳离子来做电解质。根据试度大的那种阳离子来做电解质。根据试验，验，一价阳离子的水化程度最大，二价一价阳离子的水化程度最大，二价的次之，三价的最差的次之，三价的最差。n4 电解质的用量电解质的用量n 电解质的用量，对不同的粘土和不同的电解电解质的用量，对不同的粘土和不同的电解质来说，情况是不一样的，但有一个共同的趋质来说，情况是不一样的，但有一个共同的趋势，就是电解质用量都有一个最大的限度，超势，就是电解质用量都有一个最大的限度，超过这个限度，泥浆的流动性反而不好了。过这个限度，泥浆的流动性反而不好了。n 因为当流动性达到一个最大的限度以后，因为当流动性达到一个最大的限度以后，再往泥浆中加入电解质时，再往泥浆中加入电解质时，Na+离子浓度变大，离子浓度变大，它就要更多地挤进吸附层中去，粒子之间的排它就要更多地挤进吸附层中去，粒子之间的排斥力就减少，因而泥浆的流动性就开始变坏。斥力就减少，因而泥浆的流动性就开始变坏。3.4 成型工艺成型工艺 成型成型是将是将制备好的坯料制备好的坯料，用各种不，用各种不同的方法制成具有一定同的方法制成具有一定形状形状和和尺寸尺寸以及一定以及一定密度密度和和强度强度的的坯体（生的的坯体（生坯）的过程。坯）的过程。一一 坯体成型前的准备坯体成型前的准备 首首先先是是利利用用物物理理、化化学学（煅煅烧烧、预预合合成成）等等方方法法对对粉粉料料进进行行处处理理获获得得所所需需要要规规格的格的粉体粉体；然然后后按按照照瓷瓷料料的的成成分分，将将各各种种原原料料进进行行称称量量配配料料，配配料料后后根根据据不不同同的的成成形形方方法法，混合制备成混合制备成满足成型工艺要求满足成型工艺要求的的坯料坯料。二二 陶瓷成型方法陶瓷成型方法 （1）干压成型（干压成型（Dry pressing）（2）等静压成型等静压成型(Isostatic Pressing)（3）注浆成型（注浆成型（Slip casting）（4）热压铸成型（热压铸成型（Hot pressing casting）（5）流延法成型（流延法成型（Tape casting/Doctor blade）（6）挤压成型（挤压成型（Extrusion molding）（7）轧膜成型（轧膜成型（Roll compacting）（8）凝胶铸模成型（凝胶铸模成型（Gel casting）造粒造粒（0.1mm）（一）（一）压制成型压制成型1 1定定义义：压压制制成成型型是是将将含含有有一一定定水水分分（或或其其它它粘粘结结剂剂）的的粒粒状状陶陶瓷瓷粉粉料料，装装入入模模具具内内直直接在接在压力的作用下压力的作用下而成而成形形的方法。的方法。施压设备：机械压机、油压机或水压机等施压设备：机械压机、油压机或水压机等 粉料含水量粉料含水量8%15时为时为半干压成型半干压成型；粉料含水量为粉料含水量为48时为时为干压成型干压成型；特殊的压制工艺（如等静压法），特殊的压制工艺（如等静压法），坯料水分可在坯料水分可在3以下以下。2.2.压制方法压制方法 压压制制方方法法主主要要有有干干压压成成型型、等等静静压压成型成型和和热压烧结成型热压烧结成型等。等。（1 1）干压成型干压成型（Dry pressing）将团粒松散装入将团粒松散装入模具模具内，在压机柱塞施内，在压机柱塞施加的外压力作用下，形成较致密的具有一定加的外压力作用下，形成较致密的具有一定形状、尺寸的压坯，然后卸模脱出坯体。形状、尺寸的压坯，然后卸模脱出坯体。适适用于厚度不大的用于厚度不大的圆片、圆环圆片、圆环等等 钢模钢模a)单向加压单向加压 b)双向加压图双向加压图干压成形的密度梯度干压成形的密度梯度a、坯料坯料含水量含水量在在4%-8%左右，左右，干压成型注意要素：干压成型注意要素：b、加压方式、加压方式 双向加压双向加压坯坯体密度不均体密度不均匀性要比匀性要比单单向加压向加压小得小得多，但双向多，但双向加压的模具加压的模具比较复杂。比较复杂。H/D越大，密度越不均匀，越大，密度越不均匀，高而高而细的产品细的产品不适于采用压制法成型不适于采用压制法成型 坯体各部位密度不坯体各部位密度不同，烧成时收缩也同，烧成时收缩也就不同，容易引起就不同，容易引起产品变形和开裂产品变形和开裂 d、加压速度、加压速度(压模下落速度压模下落速度)：宜宜缓慢些缓慢些，且有保压时间且有保压时间。加压速度过快。加压速度过快会导致坯体分层、坯体内夹杂气泡、表面致密会导致坯体分层、坯体内夹杂气泡、表面致密而中间松散等缺陷。而中间松散等缺陷。当坯体较厚，当坯体较厚，H/D比值较比值较大时，或者粉料颗粒较细、流动性较低，则宜大时，或者粉料颗粒较细、流动性较低，则宜减慢加压速度、延长持压时间。减慢加压速度、延长持压时间。为了提高压力为了提高压力的均匀性，通常采用多次加压。的均匀性，通常采用多次加压。c、成型压力：、成型压力：其其大大小小直直接接影影响响瓷瓷件件的的密密度度和和收收缩缩率率。一一般般成成型型压压力力大大，烧烧结结后后产产品品收收缩缩小小、密密度度高高。但但压压力力超超过过一一定定值值时时，瓷瓷件件密密度度提提高高很很少少。而而且且当当压压力力过过大大时时，坯坯件件还还易易出出现现裂裂纹纹、分分层层和和脱脱模模困困难等现象难等现象。干压成型（模压成型）特点：干压成型（模压成型）特点：n优点：优点：操作简便，生产效率高操作简便，生产效率高，制品烧成收缩，制品烧成收缩率小，不易变形，率小，不易变形，易于自动化易于自动化，是生产厚度不是生产厚度不大、几何形状简单片状产品的常用的方法之一大、几何形状简单片状产品的常用的方法之一。n缺点：缺点：粉料容易团聚粉料容易团聚，坯体厚度大时内部密度坯体厚度大时内部密度不均匀不均匀，制品形状可控精度差制品形状可控精度差，对模具质量要对模具质量要求高求高、复杂形状的部件模具设计较困难复杂形状的部件模具设计较困难，有些，有些成型坯件会有成型坯件会有明显的各向异性明显的各向异性等。等。借借助助于于高高压压泵泵把把液液体体或或气气体体介介质质压压入入耐耐高高压压的的钢钢体体密密闭闭容容器器内内，高高压压流流体体介介质质的的等等静静压压力力直直接接作作用用于于弹弹性性的的软软模模内内的的陶陶瓷瓷粒粒状状粉粉料料上上，使使其其各各方方向向同同时时受受到到液液体体或或气气体体介介质质传传递递的的均均衡衡压压力力而而获获得得密密度度分分布布均均匀匀以以及及强强度度较较高高的的压压坯。坯。主主要要特特点点是是模模具具具具有有弹弹性性，运运用用液液体体或或气气体体介介质质均均匀匀可可以以向向各各方方向向均均匀匀的的传传递递压压力力的的特特点对其施压。点对其施压。坯料水分坯料水分 1%3%（2）等静压成型等静压成型(Isostatic Pressing)等静压成型等静压成型设备和材料设备和材料n设设备备的的主主要要部部件件：高高压压容容器器和和高高压压泵泵。辅辅助助设设备备：高高压压管管道道、高高压压阀阀门门、高高压压表表及及弹性模具等。弹性模具等。n对模具材料的要求对模具材料的要求：能均匀伸长、展开，：能均匀伸长、展开，不易断裂也不能太硬，能耐液体介质作用。不易断裂也不能太硬，能耐液体介质作用。常用的材料：常用的材料：橡胶橡胶、乳胶乳胶和和塑料塑料等。橡胶、等。橡胶、乳胶受高压后易变形、成本高；塑料易制乳胶受高压后易变形、成本高；塑料易制作，受压后变形不大、成本也较低。作，受压后变形不大、成本也较低。根根据据使使用用模模具具不不同同，分分为为湿湿式式等等静压成静压成形形和和干式等静压成干式等静压成形形两种两种等静压成型等静压成型分类分类q湿袋式等静压（湿袋式等静压（Wet-bag isostatic pressing）：模具和流体介质直接接触模具和流体介质直接接触，将粉料装入橡胶等可，将粉料装入橡胶等可变形的容器中，密封后放入变形的容器中，密封后放入高压缸内，通过液体高压缸内，通过液体传递使坯体受压成型传递使坯体受压成型。用于小批量生产和科研，能压制形状复杂和用于小批量生产和科研，能压制形状复杂和特大的产品。但成型时间长，效率低。特大的产品。但成型时间长，效率低。q干袋式等静压（干式等静压）干袋式等静压（干式等静压）：模具不与加压模具不与加压液体直接接触，加压橡皮袋封紧在高压容器中，液体直接接触，加压橡皮袋封紧在高压容器中，加料后的弹性模具送入压力室，压力泵将液体加料后的弹性模具送入压力室，压力泵将液体介质注入到高压缸和加压橡皮之间，通过液体介质注入到高压缸和加压橡皮之间，通过液体和加压橡皮将压力传递使坯体受压成型。加压和加压橡皮将压力传递使坯体受压成型。加压成型后退出脱模。成型后退出脱模。用于批量生产几何形状简单的产品，用于批量生产几何形状简单的产品，如管、圆柱等，生产效率高。如管、圆柱等，生产效率高。优点：优点：模具不和加压液体直接接触，模具不和加压液体直接接触，可以减少模具的移动，不要调整容器可以减少模具的移动，不要调整容器中的液面和排除多余的空气，因而能中的液面和排除多余的空气，因而能加速取出压好的坯体，可实现连续等加速取出压好的坯体，可实现连续等静压。静压。缺点：缺点：只是在粉料周围受压，粉体的只是在粉料周围受压，粉体的顶部和底部都无法受到压力。顶部和底部都无法受到压力。这种方这种方法只适用于大量压制同一类型的产品，法只适用于大量压制同一类型的产品，特别是几何形状简单的产品，如管子、特别是几何形状简单的产品，如管子、圆柱圆柱等。等。冷冷等等静静压压成成形形 CIPCIP：在在室室温温下下，采采用用高压液体高压液体传递压力的等静压成传递压力的等静压成形。形。等静压成型等静压成型分类分类 热热等等静静压压成成形形HIPHIP：在在高高温温下下，采采用用惰惰性性气气体体代代替替液液体体作作压压力力传传递递介介质质的的等等静静压压成成形形，高高压压容容器器装装有有加加热热炉炉体体，是是在在冷冷等等静静压压成成形形与与热热压压烧烧结结的的工工艺艺基基础础上上发发展展起起来来的的，又又称称热等静压烧结热等静压烧结。根据成根据成形温度：形温度：将干燥粉将干燥粉料充填入模型料充填入模型内，再从单轴内，再从单轴方向边加压边方向边加压边加热，使成型加热，使成型和烧结同时完和烧结同时完成的一种烧结成的一种烧结方法方法 热压烧结热压烧结热压成形烧结示意图热压成形烧结示意图热压烧结的特点热压烧结的特点：热压烧结由于加热加压同时进行，粉料热压烧结由于加热加压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而动传质过程的进行，因而成型压力仅为冷压的成型压力仅为冷压的1/10；降低烧结温度，缩短烧结时间降低烧结温度，缩短烧结时间，从而，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品。械、电学性能良好的产品。无需添加烧结助剂或成型助剂，可生产无需添加烧结助剂或成型助剂，可生产超高纯度的陶瓷产品超高纯度的陶瓷产品。热压烧结的缺点热压烧结的缺点是过程及设备复杂，生产是过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高。生产效率较低，生产成本高。n1.粉体预处理粉体预处理，对瘠性粉料等静压成型工艺也需要，对瘠性粉料等静压成型工艺也需要对粉体进行预处理，通过造粒工艺提高粉体的流动性，对粉体进行预处理，通过造粒工艺提高粉体的流动性，加入粘结剂和润滑剂减少粉体内摩擦力，提高黏结强度，加入粘结剂和润滑剂减少粉体内摩擦力，提高黏结强度，使之适应成型工艺需要。使之适应成型工艺需要。n2.成型工艺，包括装料、加压、保压、卸压等过程成型工艺，包括装料、加压、保压、卸压等过程。装料应尽量使粉料在模具中装填均匀，避免存在气孔；装料应尽量使粉料在模具中装填均匀，避免存在气孔；加压时应求平稳，加压速度适当；针对不同的粉体和坯加压时应求平稳，加压速度适当；针对不同的粉体和坯体形状，选择合适的加压压力和保压时间；同时选择合体形状，选择合适的加压压力和保压时间；同时选择合适的卸压速度。适的卸压速度。n3.成型模具成型模具，等静压对成型模具有特殊的要求，包，等静压对成型模具有特殊的要求，包括有足够的弹性和保形能力；有较高的抗张抗裂强度和括有足够的弹性和保形能力；有较高的抗张抗裂强度