陶瓷工艺原理之课件四_陶瓷坯体的成形及干燥_34页.docx

陶瓷工艺原理之课件四
第四章 陶瓷坯体的成形及干燥
目的要求：
    陶瓷的成型技术对于制品的性能具有重要影响。成型方法的选择，应当根据制品的性能要求、形状、尺寸、产量和经济效益等综合确定。本章主要介绍了常用成型方法的原理、特点、影响因素及注意事项。
课时：10学时
授课内容：
    一、概述
    （一）成型方法分类
    （二）成型方法的选择
    二、注浆成型
    三、干压成型
    （一）干法压制的基本原理
    （二）压制过程坯体的变化
    （三）加压制度对坯体质量的影响
    （四）影响层裂的因素及防止方法
    四、可塑成型
    （一）可塑成型分类
    （二）造粒成型
    （三）流延成型
    （四）轧膜成型
    （五）注射成型
    五、其他成型方法
    （一）纸带成型
    （二）滚压成型
    （三）印刷成型
    （四）喷涂成型
    （五）爆炸成型
    六、坯体的干燥
    （一）干燥过程
    （二）干燥制度
授课重点和难点：
    本章重点是陶瓷的成型方法，主要是注浆成型，干压成型和可塑成型。难点是根据产品选择合适的成型方法。
教学方法：
    用多媒体以讲授为主，并对学生在自学中遇到的问题进行解答。
讲授重点内容提要：
    一、概述
    陶瓷的成型技术对于制品的性能具有重要影响。新型陶瓷成型方法的选择，应当根据制品的性能要求、形状、尺寸、产量和经济效益等综合确定。
    （一）成型方法分类         

    （二）成型方法的选择
    以图纸或样品为依据，确定工艺路线，选择合适的成型方法。选择成型方法时，要从下列几方面来考虑：
    （1）产品的形状、大小、厚薄等。一般形状复杂、大件、薄壁产品，可采用注浆成型法。而具有简单回转体形状的器皿则可采用旋压或滚压成型法；
    （2）坯料的工艺性能。可塑性较好的坯料适用于可塑成型法，可塑性较差的坯料可适用于注浆或干压成型法；
    （3）产品的产量和质量要求。产量大的产品额可采用可塑成型法，产量小的产品可采用注浆成型法。有的产品外商指定要求用手工成型法，则只好采用手工可塑做坯成型。例如蛋壳瓷只有采用手工做坯利坯成型法；
    （4）成型设备要简单，劳动强度要小，劳动条件要好；
    （5）技术指标要高，经济效益要好
    总之，在选择成型方法时，希望在保证产品产量、质量的前提下，选用设备最简单，生产周期最短，成本最低的方法。
    二、注浆成型
    注浆成型工艺简单，适于生产一些形状复杂且不规则、外观尺寸要求不严格、壁薄及大型厚胎的制品。
    (一) 注浆成型的特点及影响因素
    注浆成型所用的料浆必须具备如下性能：
    （1）料浆的流动性好；
    （2）料浆的稳定性要好（即不易沉淀和分层）；
    （3）料浆的触变性要小；
    （4）料浆的含水量尽可能少，渗透性要好；
    （5）料浆的脱膜性要好；
    （6）料浆中应尽可能不含气泡。
    1、影响泥浆流动性的因素
    在实际生产中，注浆成型的泥浆应具有一定的流动性和稳定性才能满足成形的要求。
    （1）固相的含量、颗粒大小和形状的影响。
    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。此外，由于水有偶极性和胶体粒子带有电荷，每个颗粒周围都形成水化膜，固相颗粒所呈现的体积比真实体积大得多，因而阻碍泥浆的流动。
    泥浆流动时，固相颗粒既有平移又有旋转运动。当颗粒形状不同时，对流动所产生的阻力必然不同。对于体积相同的固相颗粒来说，等轴颗粒产生的阻力最小；颗粒形状不规则，流动阻力大，浆料流动性差。
    （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。
    提高泥浆温度除增大流动性外，还可加速泥浆脱水，增加坯体强度。所以生产中有采用热膜热浆进行浇注的方法。若泥浆温度为35～40℃、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。
    （3）粘土及泥浆处理方法的影响
    生产实践发现，粘土原料经过干燥后配成的泥浆其流动性有所改变。如图4.1所示，粘土干燥温度升高时，一定量泥浆流出时间缩短，即其流动性增加。在某一温度下干燥粘土时，泥浆流动性可达最大值。而进一步升高干燥温度，泥浆的流动性却又降低。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。

                        图4.1 粘土干燥温度与泥浆粘度的关系
    将泥浆陈腐一定时间对稳定注浆性能、提高流动性和增加坯体强度都有利。因为含有电解质的泥浆中，吸附离子的交换量随着时间的延长而增加，陈腐过程除促进交换反应继续进行外，还可以让有机物分解，排出起泡，从而改善泥浆性能。对泥浆进行真空处理，也可得到同样的效果。
    （4）泥浆的pH值的影响
    一些瘠性泥浆由于不含粘土，而且采用的原料比重较大，容易聚沉下降，因而控制这类泥浆的稳定性和流动性更显得重要。提高瘠性泥浆流动性的方法通常有两种：控制泥浆的pH值；加入有机胶体或表面活性物质作稀释剂。
    瘠性泥浆中的原料多为两性物质。这类物质在酸性和碱性介质中都能胶溶，但离解的过程不同，形成的胶团构造也不同。泥浆的pH值改变时，会改变胶粒表面作用力和影响z电位，因而使泥浆在一定范围内粘度显著下降。
    2、注浆过程的物理化学变化
    采用石膏模注浆成型时，即发生物理脱水过程，也出现化学凝聚过程，而前者是主要的，后者只占次要地位。
    （1）注浆时的物理脱水过程
    泥浆注入模型后，在毛细管的作用下，泥浆中的水分沿着毛细管排出。可以认为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。当模型内表面形成一层坯体后，水分要继续排出必先通过坯体的毛细孔，然后再达到模型的毛细孔中。这时注浆过程的阻力来自石膏模和坯体两方面。注浆开始时，模型的阻力起主要作用。随着吸浆过程的不断进行，坯体厚度继续增加，坯体所产生的阻力越显得重要，最后起主导作用。
    坯体所产生阻力的大小决定于泥浆本身的性质和坯体的结构。含塑性原料多的泥浆脱水的阻力大，形成的坯体密度大阻力也大。石膏模产生的阻力取决于毛细管的大小和分布。这又和制造模型时水与熟石膏粉的比例有关。
    （2）注浆时的化学凝聚过程
    泥浆与石膏模接触时，在其接触表面上溶有一定数量的CaSO4(25℃时100g水中CaSO4的溶解度是0.208g)。它和泥浆中的Na-粘土及水玻璃发生离子交换反应：    
Na-粘土＋CaSO4＋Na2SiO3→Ca-粘土＋CaSiO3↓+Na2SO4                  （4-1）
    这一反应使得靠近石膏模表面的一层Na-粘土变成Ca-粘土，泥浆由悬浮状态转为聚沉。石膏起着絮凝剂的作用，促进泥浆絮凝硬化，缩短成坯时间。通过上述反应生成溶解度很小的CaSiO3，促使反应不断向右进行；生成的Na2SO4是水溶性的，被吸进模型的毛细管中。当烘干模型时，Na2SO4以白色丛毛状结晶的形态析出。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。
    3、增大吸浆速度的方法
     (1) 减少模型的阻力
    模型的阻力主要通过改变模型制造工艺来加以控制，为了减少模型的阻力一般可增加水与熟石膏的比值，适当延长石膏浆的搅拌时间，真空处理石膏浆等。
    (2) 减少坯料的阻力
    坯料的阻力取决于其结构，而后者又由泥浆的组成、浓度、添加剂的种类等因素所决定。
    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。因此，在不影响泥浆工艺性质和产品质量的前提下，适当减少塑性原料，增多瘠性原料对加速吸浆过程是有好处的。
    从吸浆速度的公式来看，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。特别是大件产品的泥浆颗粒应增粗。
    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。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。但由于泥浆浓度增加必然使得其粘度加大，从而影响其流动性，这就要求选用高效能的稀释剂。
    (3) 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。生产中采用提高压力差的方法在下节注浆方法中介绍。
    （二）陶瓷坯体的注浆成型
    注浆成型法有空心注浆和实心注浆两种。为了提高注浆速度和坯体的质量，又出现了压力注浆、离心注浆和真空脱气注浆等方法。
    1、基本注浆方法
    （1）空心注浆(单面注浆)
    （2）实心注浆(双面注浆)
    2、注浆用石膏模的主要缺陷
    （1）开裂
    由于石膏模过分干燥或太湿，模型各部分干湿程度不同，浆料中原料颗粒过粗，电解质含量少，浆料陈放时间不够，坯体在模内存放时间过长等原因引起。也可能因干燥过快，坯体放得不平等原因而造成开裂。
    （2）气孔与针眼
    产生的原因有模型过干、过热或过旧；浆料存放过久；浇注时加浆过急；浆料比重大，粘性强；模型内浮灰未去掉；模型设计不妥，妨碍气泡排出等。
    （3）变形
    模型太湿、脱膜过早、浆料水分太多、原料颗粒过细等都可能引起变形。
    （4）塌落
    原因是浆中原料过细、水分多、温度高、电解质多，模型过湿、新模型表面的油膜未去掉。
    （5）粘膜
    产生的原因是模型过湿、过冷、过旧、浆料水分过多等。
    三、干压成型
    （一）干法压制的基本原理
    1、粉料的基本性质
    (1) 粒度和粒度的分布                                  
    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。实际上并非所有的粉料颗粒都是球状。非球形颗粒的大小可以用等效半径来表示。也就是把不规则的颗粒换算成为和它同体积的球体，以相当的球体半径作为其粒度的量度。例如棒状粒子长度为a，宽度为b，高度为c。则其体积为V=a×b×c。若与它相同的球体半径为r ，则

    即该颗粒等效半径为：

    粒度分布指各种大小颗粒所占的百分比。
    （2）粉料的堆积性质
    由于粉料的形状不规则，表面粗糙，使堆积起来的粉料颗粒间存在大量孔隙。粉料颗粒的堆积密度和堆积形式有关。如以等径球状粉料为例，排列方式和孔隙的关系列于表4.1中。
    若采用不同大小的球体堆积，则可能小球填塞在等径球体的孔隙中。因此采用一定粒度分布的粉料可以减少其孔隙率，提高自由堆积的密度。例如，只有一种粒度的粉料堆积时的孔隙率为40%，若用两种粒度(平均粒径比为10：1)配合则其堆积密度增大。单一颗粒(即纯粗颗粒或细颗粒)的总体积约为1.4，即孔隙率约为40%。若将粗细颗粒混合，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%。若采用三级颗粒配合则可得到更大的堆积密度。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%。
表4.1 等径球体堆积形式及孔隙率

注：计算立方堆积的孔隙率；立方体的边长为两个球半径直和即2d。所以立方体的体积为：V立=(2d)3=8d3。立方体中含有八个球，每个球的体积为：d3。故立方体中球的总体积为：V球＝8× d3相对密度=0.5236 ；孔隙率=1—相对密度=0.4764＝47.64％
    (3) 粉料的拱桥效应(或称桥接)
    粉料自由堆积的孔隙率往往比理论计算值大的多。这因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙，结果颗粒互相交错咬合，形成拱桥形空间，增大孔隙率。这种现象称为拱桥效应(见图4.2)。

                        图4.2  粉料堆积的拱桥效应
    2、粉料的流动性
    粉料虽然由固体颗粒所组成，但由于其分散度较高，具有一定的流动性。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)α保持不变。当粉料堆的斜度超过其固有的α角时，粉料向四周流泻，直到倾斜角降至α角为止。因此可用α角反映粉料的流动性。一般粉料的自然安息角α约为20°～40°。如粉料呈球形，表面光滑，易于向四周流动，α角值就小。
    （二）压制过程坯体的变化
    1、密度的变化
    压制成型过程中，随着压力增加，松散的粉料迅速形成坯体。坯体的相对密度有规律地发生变化。若以成型压力为横坐标，以坯体的相对密度为纵坐标作图可定性地得到图4.3所示的关系曲线。加压的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，后期几乎无变化；第三阶段中压力超过某一数值(极限变形压力)后，坯体的密度又随压力增高而加大。塑性材料的粉料压制时，第二阶段不明显，第一、三阶段直接衔接。只有脆性粉料第二阶段才明显表现出来。

图4.3   坯体密度与压力的关系

     对于压制成型，坯体的成型密度主要有以下影响因素
    (1) 粉料装模时的自由堆积的孔隙率越小，则坯体成型后的孔隙率也越小。因此，应控制粉料的粒度和级配，或采用振动装料时减少起始孔隙率，从而可以得到较致密的坯体。
    (2) 增加压力可使坯体孔隙率减少，而且它们呈指数关系。实际生产中受到设备结构的限制，以及坯体质量的要求压力值不能过大。
    (3) 延长加压时间，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。实际上，粉粒经过造粒(或通过喷雾干燥)得到球形颗粒、加入成型润滑剂或采取一面加压一面升温(热压)等方法均可达到这种效果。
    (5) 坯体形状、尺寸及粉料性质对坯体密度的关系反应在数值影响上。压制过程中，粉料与模壁产生摩擦作用，导致压力损失。坯体的高度H与直径D比(H/D)愈大，压力损失也愈大，坯体密度更加不均匀。模具不够光滑、材料硬度不够都会增加压力损失。模具结构不合理(出现锐角、尺寸急剧变化)，某些部位粉末不易填满，会降低坯体密度和密度分布不均匀。
    2、强度的变化
    坯体强度随成型压力的变化大致分为三个阶段，第一阶段压力较低，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。第二阶段是成型压力增加，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。压力继续增大至第三阶段，坯体密度和孔隙变化不明显，强度变化也较平坦。
    3、坯体中压力的分布
    压制成型遇到的一个问题是坯体中压力分布不均匀，即不同的部位受到的压力不等，因而导致坯体各部分的密度出现差别。这种现象产生的原因是颗粒移动的重新排列时，颗粒之间产生内摩擦力；颗粒与模壁之间产生外摩擦力。这两种摩擦力妨碍着压力的传递。坯体中离开加压面的距离愈大，则受到的压力愈小。摩擦力对坯体中压力及密度分布的影响随长径比（H/D）而变化。H/D比值愈大，则不均匀分布现象愈严重。因此高而细的产品不适于采用压制法成型。由于坯体各部位密度不同，烧成时收缩也就不同，容易引起产品变形和开裂。施加压力的中心线应与坯体和模型的中心对正。如果产生错位，会引起压力分布更不均匀。
    （三）加压制度对坯体质量的影响
    1、成型压力的影响
    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。
    2、加压方式的影响
    单面加压时，坯体中压力分布是不均匀的（图4.4a）。不但有低压区，还有死角。为了使坯体的致密度完全一致，宜采用双面加压。双面同时加压时，可消失底部的低压区和死角，但坯体中部的密度较低(图4.4b)。若两面先后加压，两次加压之间有间歇，利于空气排出，使整个坯体压力与密度都较均匀(图4.4c)。如果在粉料四周都施加压力(也就是等静压成型)，则坯体密度最均匀(图4.4d)。

图4.4  加压方式和压力分布关系图
(横条线为等密度线)
a－单面加压；b－双面同时加压；c－双面先后加压；d－四面加压
    3、加压速度的影响
    开始加压时，压力应小些，以利于空气排出，然后短时间内释放此压力，使受压气体逸出。初压时坯体疏松，空气易排出，可以稍快加压。当用高压使颗粒紧密靠拢后，必须缓慢加压，以免残余空气无法排出，在释放压力后，空气膨胀，回弹产生层裂。当坯体较厚，H/D比值较大时，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。为了提高压力的均匀性，通常采用多次加压。
    4、添加剂的选用
    在压制成型的粉末中，往往加入一定种类和数量的添加物，促使成型过程顺利进行，提高坯料的密度和强度，减少密度分布不均的现象。添加物有三个主要作用：
    （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。
    5、弹性后效
    坯体被压制时，施加于坯体上的外力被方向相反、大小相等的内部弹性力所均衡。内部弹性力不仅产生施加于施加方向，而且向它所有方向发展（如侧向力）并为模壁所均衡。当外力取消时，内部弹性力被释放出来，使坯体力图在所有方向膨胀。外力取消后，由于压制过程中产生的弹性力而引起坯体膨胀的作用称为弹性后效。弹性后效在压制过程中往往是造成废品的直接原因。
    （四）影响层裂的因素及防止方法
    1、气体的影响。
    2、坯体水分的影响。
    3、加压次数对层裂的影响。
    4、压制时间及压力的影响。
    四、可塑成型
    （一）可塑成型分类
    常用的可塑成型方法主要是挤压成型、热压铸成型、胶态成型等。
    1、挤压成型
    挤压成型时应该注意以下工艺问题：
    （1）挤制的压力：挤制的压力过小时，要求泥料水分较多才能顺利挤出；若压力过大则摩擦阻力大，加重设备负荷；
    （2）挤出速率：当挤制压力固定后，挤出速率主要决定于主轴转数和加料快慢。出料太快时，由于弹性后效，坯体容易变形；
    （3）挤出管子时，管壁厚度必须能承受本身的重力作用和适应工艺要求；管壁薄则其机械强度低(尤其是径向的强度低)，容易变成椭圆形；
    （4）挤压成型的缺陷：气孔、弯曲变形、管壁厚度不一致、表面不光滑等。
    2、热压铸成型工艺
    压铸法是在压力作用下，把熔化的含蜡浆料(简称蜡浆)注满金属模中，等到坯体冷却凝固后，再行脱模。这种方法所成型的产品尺寸较准确、光洁度较高、结构紧密、现已广泛用于制造形状复杂，尺寸和质量要求高的工业陶瓷产品，如电子工业用的装置瓷件、电容器陶瓷、氧化物陶瓷产品、金属陶瓷，磁性瓷(即铁氧体)及化工陶瓷部件等。热压铸法的工艺流程如图4.5所示：

图4.5 陶瓷热蜡铸工艺流程图

    3、热压铸成型的特点
    热压铸成型适用于以矿物原料、氧化物、氮化物等为原料的新型陶瓷的成型，尤其对外形复杂、精密度高的中小型制品更为适宜。其成型设备不复杂，模具磨损小，操作方便，生产效率高。
    热压铸成型的缺点是，工序较繁，耗能大，工期长，对于壁薄，大而长的制品不宜采用。
    （二）造粒成型
    工业生产上的粒化过程，从广义上讲，泛指将粉体（或浆液）加工成形状和尺寸都比较均匀整的球块的机械过程。颗粒大小根据用途而不同，一般限制在50mm以下，最小约0.3mm。粉体粒化的意义在于：能保持混合物的均匀度在存储、输送与包装时不发生变化；有利于改善物理化学反应的过程（包括固-气、固-液、固-固的相互反应）；可以提高物料流动性，便于输送与贮存；大大减少粉尘飞扬；扩大微粉状原料的适用范围；便于计量以及满足商业上要求等。
    在水泥立窑烧成中，物料首先要成球，这主要是为了增加物料间接触的紧密度，以利反应地进行，球状的料块在立窑中煅烧，便于通风，燃烧完全，能达到反应所需的高温。陶瓷压制成形时为了提高粉料的体积密度、增加物料的流动性等，常将泥浆喷雾干燥造粒。
在各个制造部门采用各种造粒方法，并且随着加工对象不同而异。造粒方法按照原料分类，也可以按照造粒形式进行分类，如表4.2。

表4.2 造粒方法及分类
造粒类型
原料状态
造粒机理
粒子形状
主要适用领域
备注
熔融成行
熔融液
冷却、结晶、
削除
板状、
花料状
无机、有机药品、合成树脂
包含回转筒、蒸馏法
回转筒型
粉末、液体
毛细管吸附力、化学反应
球状
医药、食品、肥料、无机、有机化学药品、陶瓷
转动型
回转盘型
粉末、液体
毛细管吸附力、化学反应
球状
医药、食品、肥料、无机、有机化学药品
粒状大的结晶
析晶型
溶液
结晶化、冷却
各种形状
无机、有机化学药品、食品

喷雾干燥型
溶液、泥浆
表面张力、
干燥、结晶化
球状
洗剂、肥料、食品、颜料、燃料、陶瓷

喷雾冷水型
熔融液
表面张力、
干燥、结晶化
球状
金属、无机药品、合成树脂

喷雾空冷型
熔融液
表面张力、
干燥、结晶化
球状
金属、无机、有机药品
使用沸点高的冷却体
液相反应型
反应液
搅拌、乳化、
悬浊反应
球状
无机药品、合成树脂
硅胶微粒聚合
烧结炉型
粉末
加热熔融、
化学反应
球状、块状
陶瓷、肥料、矿石、无机药品
有时不发生化学反应
挤压成型
溶解液糊剂
冷却、干燥、
剪切
圆柱状、
角状
合成树脂、医药、金属

板上滴下型
熔融液
表面张力、冷却、结晶、削除
半球状
无机、有机药品、金属

铸造型
熔融液
冷却、结晶、
离型
各种形状
合成树脂、金属、药品
制品形状过大就不能造粒
压片型
粉末
压力、脱型
各种形状
食品、医药、
有机、无机药品
压缩成型
机械型
板棒
机械应力、脱型
各种形状
金属、合成树脂、食品
冲孔、切削、研磨
乳化型

表面张力、相分离硬化作用，
界面反应
球状
医药、化妆品、液晶
微胶束
    （三）流延成型
    流延成型又称为带式浇注法、刮刀法，是一种目前比较成熟的能够获得高质量、超薄型瓷片的成型方法，已广泛应用于独石电容器、多层布线瓷、厚膜和薄膜电路基片、氧化锌低压压敏电阻及铁氧体磁记忆片等新型陶瓷的生产。
    1、工艺流程

                             图4.6流延成型的工艺流程
    2、流延成型浆料的制备
    流延成型用浆料的制备方法是，先将通过细磨、煅烧的熟瓷粉加入溶剂，必要时添加抗聚凝剂、除泡剂、烧结促进剂等进行湿式混磨；再加入粘结剂、增塑剂、润滑剂等进行混磨以形成稳定的、流动性良好的浆料。
    3、流延工艺成型方法
    流延成型时，料浆从料斗下部流至向前移动着的薄膜载体（如醋酸纤维素、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等薄膜）之上，坯片的厚度由刮刀控制。坯膜连同载体进入巡回热风烘干室，烘干温度必须在浆料溶剂的沸点之下，否则会使膜坯出现气泡，或由于湿度梯度太大而产生裂纹。从烘干室出来的膜坯中还保留一定的溶剂，连同载体一起卷轴待用，并在储存过程中使膜坯中的溶剂分布均匀，消除湿度梯度。最后用流延的薄坯片按所需形状进行切割、冲片或打孔。
    在实际生产中，刮刀口间隙的大小是最关键和最易调整的。在自动化水平比较高的流延机上，在离刮刀口不远的坯膜上方，装有透射式X射线测厚仪，可连续对坯膜厚度进行检测，并将所测厚度漂离信息，馈送到刮刀高度调节螺旋测微系数，这可制得厚度仅为10μm、误差不超过1μm的高质量坯膜。
    4、流延成型的特点
    流延成型设备不太复杂，且工艺稳定，可连续操作，生产效率高，自动化水平高，坯膜性能均匀一致且易于控制。但流延成型的坯料因溶剂和粘结剂等含量高，因此坯体密度小，烧成收缩率有时高达20～21%。
    流延成型法主要用以制取超薄型陶瓷独石电容器、氧化铝陶瓷基片等新型陶瓷制品。为电子元件的微型化，超大规模集成电路的应用，提供了广阔的前景。
    （四）轧膜成型
    轧膜成型是将准备好的陶瓷粉料，拌以一定量的有机粘结剂（如聚乙烯醇等）和溶剂，通过粗轧和精轧成膜片后再进行冲片成型。
    1、工艺流程
    轧膜成型工艺流程如图4.7所示。
    其中，粗轧是将粉料、粘结剂和溶剂等成分置于两辊轴之间充分混合混练均匀，伴随着吹风，使溶剂逐渐挥发，形成一层厚膜。精轧是逐步调近轧辊间距，多次折叠，90º转向反复轧练，已达到良好的均匀度、致密度、光洁度和厚度。轧好的坯片，在一定湿度的环境中储存，防止干燥脆化，最后在冲片机上冲压成型。

图4.7 轧膜成型的工艺流程
    2、轧膜成型用塑化剂
    轧膜成型用塑化剂由粘结剂、增塑剂和溶剂所组成。
    3、轧膜成型的特点
    轧膜成型具有工艺简单、生产效率高、膜片厚度均匀、生产设备简单、粉尘污染小、能成型厚度很薄的膜片等优点。但用该法成型的产品干燥收缩和烧成收缩较干压制品的大。
    该法适于生产批量较大的1mm下的薄片状产品，在新型陶瓷生产中应用较为普遍。
    （五）注射成型
    注射成型是将瓷粉和有机粘结剂混合后，经注射成型机，在130～300 ºC温度下将瓷料注射到金属模腔内。待冷却后，粘结剂固化，便可取出毛坯而成型。
    1、工艺流程
    注射成型的工艺流程图如图4.8所示。

图4.8 注射成型的工艺流程
    注射成型在成型方式上与热蜡铸成型相似，是复杂形状陶瓷制品的重要成型方式。
   2、注射成型瓷料用粘结剂
    为改善注射成型瓷料的流动性能，在泥料制备时必须加入各种适宜的粘结剂。
   3、注射成型的特点
    注射成型法可以成型形状复杂的制品，包括壁薄0.6㎜、带侧面型芯孔的复杂零件。毛坯尺寸和烧结后实际尺寸的精确度，尺寸公差在1%以内，而干压成型为±1～2%，注浆成型法±5%。注射成型工艺的周期为10～90s，工艺简单，成本低，压坯密度均匀，适于复杂零件的自动化大批量生产。但是它脱脂时间长（约72～96h），金属模具费用昂贵，设计较困难。
    注射成型法已用于制造陶瓷汽轮机部件（动叶片、静叶片、燃烧器等）、汽车零件、柴油机零件。本法除用于氧化铝、碳化硅等陶瓷材料的成型外，还用于粉末冶金零件的制造。
    五、其他成型方法
    （一）纸带成型
    它与流延成型法有些类似，以一卷具有韧性的、低灰份的纸（如电容纸）带作为载体。让这种纸带以一定的速度通过泥浆槽，粘附上合适厚度的浆料。通过烘干区并形成一层薄瓷坯，卷轴待用。在烧结过程中，这层低灰份衬纸几乎被彻底燃尽而不留痕迹。如泥浆中采用热塑性高分子物质作为粘结剂，则在加热软化的情况下，可将坯带加压定型。
    （二）滚压成型
    它与轧膜成型有些相似，是以热塑性有机高分子物质作为粘合载体，将载体与陶瓷粉料放在一起，加入封闭式混练器进行混练，练好后再进入热轧辊箱，轧制成一定厚度引出，用冷空气进行冷却，然后卷轴待用。如欲制作其它定型坯带，则对从轧辊箱出来的坯片，可趁热进行压花。
    此法与前述纸带成型法均可用以制作垂直多孔筒状热交换器，两者各有优点。用滚压法所制的坯体孔型较好，空气易于流通，但工艺较难控制。
    （三）印刷成型
    将超细粉料、粘合剂、润滑剂、溶剂等充分混合，调制成流动性很好的稀浆料，然后采用丝网漏印法，即可印出一层极薄的坯料。具体操作是用一张含灰份甚少的有机薄膜或电容器纸作为衬纸，先在电极所在的位置上，用丝网漏印法印上一层金属浆料，干燥后，再在该有介质的部位漏印陶瓷浆料。继续干燥后可再印一次瓷浆，重复若干次，直至达到所需厚度为止。然后再漏印金属电极，依次循环交替，直至多层独石电容印制完毕为止，待干透后再剪切、焙烧。
    每印刷一次瓷浆，约可得6μm厚的坯层，通常必须重复印2～3次，方能达到必要的厚度和良好均匀度。此法工艺简单、产量大，可制大容量电容器，很有发展前途。
    （四）喷涂成型
    此法所用的浆料与流延法、印刷法相似，但必须调得更稀一些，以便利用压缩空气通过喷嘴，能使之形成雾粒，此法主要用以制造独石电容器，喷涂时以事先刻制好的掩膜，挡住不应喷涂的部分，到一定程度可让其干燥，干后再作第二次、第三次喷涂，到达预定厚度时，再更换掩膜，喷上所需的另一浆料。按这种金属浆料和陶瓷浆料，反复更换掩膜，交替喷上，以获得独石电容器的结构。如浆料太稠，则不易喷出，也难以均匀；如果太稀，则必须多次薄喷，以免流滴。为使浆料能够快速干燥，溶剂多不用水，而用酒精、乙醚一类易挥发的有机溶剂，这样价格较高，且工作环境条件也随之劣化。虽然喷涂法也可采用自动、流水作业，但大量尘雾散播空间，极难回收，因此此法目前还看不出有多大优点。
    （五）爆炸成型
    50年代初， 爆炸成型最初用于TiC、TaC和Ni粉叶片的成型。炸药爆炸后，在几微秒内产生的冲击压力可达1×106MPa。巨大的压力，以极快的速度作用在粉末体上，使压坯获得接近理论密度和很高的强度。爆炸成型法可以成型形状复杂的制品，制品的轮廓清晰，尺寸公差稳定，成本较低。目前，爆炸成型法已应用于铁氧体、金属陶瓷等的生产。
六、坯体的干燥
    坯体干燥的目的在于提高其机械强度，有利于装窑操作并保证烧成初期能够顺利进行。
    （一）干燥过程
    干燥过程可分为三个阶段：
    第一阶段是干燥过程中最主要的阶段，此阶段排出大量水分，在整个阶段中，排出速度始终是恒定的，故称等速干燥阶段。在此阶段中，水分的蒸发仅发生在坯体表面上，干燥速度等于自由水面的蒸发速度，故凡足以影响表面蒸发速度的因素都可以影响干燥速度。因此，在等速干燥阶段中，干燥速度与坯体的厚度（或粒度）及最初含水量无关。而与干燥介质（空气）的温度、湿度及运动速度有关。
    第二阶段是降速干燥阶段，随着干燥时间的延长，或坯体含水量的减少，坯体表面的有效蒸发面积逐渐减少，干燥速度逐渐降低。此时，水分从表面蒸发的速度超过自坯体内部向表面扩散的速度，因此干燥速度受空气的温度、湿度及运动速度的影响较小。水分向表面扩散速度取决于含水量、坯体内部结构（毛细管状况）、水的粘度和物料性质等。通常非塑性和弱塑性料水分的内扩散作用较强。粗颗粒比细颗粒的强，水的温度越高，扩散也越容易。
    第三阶段干燥速度逐渐接近零，最终坯体水分不再减少。当空气中干球温度小于100℃时，此时保留在坯体中的水分称为平衡水分。这部分水分被固体颗粒牢固地吸附着。平衡水分的多少，取决于物料性质、颗粒大小和干燥介质的温度与相对湿度。
     （二）干燥制度
    干燥制度是砖坯进行干燥时的条件总和。它包括干燥时间、进入和排出干燥剂的温度和相对湿度、砖坯干燥前的水分和干燥终了后的残余水分等。
    干燥时间是关系到正确选择干燥设备，保证正常生产和经济性的一个重要问题。要定量地解决这个问题是很复杂的，一般根据实际数据来确定。
    1、影响干燥时间的因素
    （1）物料的性质和结构。如对粘土砖来说干燥时间与配料中结合粘土的性质和加入量以及熟料的颗粒组成有关。配料中结合粘土的可塑性越强，加入量越多，颗粒组成越细时，干燥越困难；
    （2）砖坯的形状和大小。砖坯的单位质量越大，形状越复杂，干燥越要缓慢进行；
    （3）坯体最初含水量和干燥后残余水分；
    （4）干燥介质的温度、湿度和流速；
    （5）干燥介质在干燥器中的温度降，温度降越小，则干燥的平均温度越高，干燥过程进行得越均匀，与此相应，干燥时间也将缩短，但干燥介质出干燥器的温度越高，干燥过程的热量消耗也越大；
    （6）干燥器的构造良好，密封情况和操作情况也对干燥时间有很大影响。
    调节干燥过程的方法，是改变干燥剂的温度、湿度、流速和干燥时间。这些参数互相间的关系也很复杂，所以，对于各种不同制品的干燥是通过实验来确定的。
    2、砖坯干燥残余水分根据下列因素确定
    （1）砖坯的机械强度应能满足运输装窑的要求；
    （2）为满足烧成初期能快速升温的要求；
    （3）为制品的大小和厚度所决定，通常形状复杂的大型和异型制品的残余水分应低些；
    （4）不同类型烧成窑有不同的要求。
    上述因素中以第二项具有特殊作用。
本节小结：注浆成型、可塑成型、干压成型、坯体的干燥

思考题：
1、试分析浇注成型过程中影响泥浆流动性和稳定性因素有哪些？
2、简述半干压制成型过程中坯体易于出现层裂的原因。
3、简述滚压成型工艺对滚压头和泥料有哪些要求？常见废品产生的原因有哪些？
4、试分析等静压成型工艺的优缺点。
5、试分析坯体干燥缺陷的常见原因及避免产生废品的措施。
参 考 文 献
1. 李家驹.日用陶瓷工艺学,武汉,武汉工业大学出版社,1992.07,第一版,65-169.
2. 钦征骑,钱杏南,贺盘发. 新型陶瓷材料手册,南京,江苏科学技术出版社,1996.10, 第一版,82-88.
3. 林宗寿,李凝芳,赵修建等.无机非金属材料工学,武汉,武汉工业大学出版社,1999.07,第一版,15-131.
4. 王维邦.耐火材料工艺学,北京,冶金工业出版社,1994.05,第二版,37-73.
5. 曹茂盛,蒋成禹,田永军等. 材料合成与制备方法,哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,2001.08,第一版,216-236.