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陶瓷粉末成型技术工艺和控制
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大家总是期望陶瓷制品，尤其是特种陶瓷是均质，能满足良好机、电、热、化学或某种特殊性能要求，并能实现生产自动化、质量可控、性能一致性好规模化生产。为此，首先要实现陶瓷坯体在粉末成型过程中是均质或靠近均质。采取干粉压制、等静压成型是近世纪才发展起来新型粉末成型工艺。为了最大程度实现陶瓷坯体均质化，不仅需要有优异粉末成型设备，而且还有陶瓷粉体制备质量，即每个单一粉末颗粒是均质，而且是可控。
1.实现坯体均质化路径
不管是干粉压制或等静压成型，因为粉末颗粒之间、粉体和模具壁之间，全部存在内外摩擦而造成坯体密度分布不均匀，尤其是干粉压制在压制方向上，压力随高度改变而呈指数衰减，形成一个密度梯度，确实极难达成坯体密度上下一致。其次，粉体本身颗粒为满足压制成型所需粉末成型特征，需要添加一定量添加剂，它们在每个单一颗粒中是否均匀，也是影响坯体均质关键原因。
1.1压制方法
影响压坯密度原因很复杂，除粉体本身特征外，关键有坯体形状和大小、压制件侧正面积比、压制压力、模具粗糙度、润滑条件和压制方法和粉末在模具中运动摩擦系数等全部起关键作用。实践证实等静压成型优于干粉压制，湿等静压优于干袋式等静压。现在国际流行全自动干粉压机结构上采取强制双向拉下压制曲柄连杆机构，图1给出经典压制过程中上下模头和凹模运动轨迹，当上模头和凹模同时向下时实现反压，能最大程度地使坯体各部密度均匀。

图1经典压制过程中上下模头和凹模运动轨迹
很多制品并非简单等厚坯件，厚薄不一致，甚至有多个台阶，图2给出异形制品成型时模具各部件在压机中运动轨迹。达成各部位厚度不一样按成型要求密度分层加料，以求成型后坯体各部位基础一致。相关压制成型技术，应视工件形状选择加料方法、上下模头压制次数、压制线位置和是否采取保护脱模，即使是1mm厚制品，也应采取双面压制，也存在压制线位置，即上下压力调整，且有利于烧成时坯体平整。相关陶瓷压片机设备使用可参阅相关设备说明书。
1.2粉体制备
不管干粉压制或等静压成型均要求粉料呈颗粒状，有很好流动性；颗粒有一定强度，以免在运输和加料过程中破碎；有一定颗粒级配，加料时实现紧密堆积；含有一定粘结特征和润滑特征，颗粒之间不应相互粘结等造粒特征。
为了达成上述特征要求，不管采取哪种造粒方法，往陶瓷原料中添加多种辅助材料是肯定，这些材料既不能影响坯料组分，又要求它们能均匀分布在每一个粉末颗粒中，从微观上讲是均质。辅助材料通常有以下多个：

                          图2 异形制品成型时候含有部件在机中运动轨迹
(1)聚乙烯醇：不要认为喷雾造粒就一定能得到均质粉体，粘结剂选择和搭配是关键。我们期望粘结剂能均匀分给每个粒子，在颗粒内形成微观结构是均质化实际上，假如仅往坯料中加入单一聚乙烯醇作为结合剂，造粒后颗粒表面坚硬，有凹坑，在压制过程中往往存在大量颗粒间隙，坯体难以密实，这种粉末从颗粒上讲就是非均质。
(2)水溶性聚合物：陶瓷用粘结剂通常采取水溶性聚合物，经验证实往高聚合度粘结剂材料中添加少许低分子粘结剂混合使用，有利于改善粉料颗粒形状和松装密度。实践证实聚乙烯醇是特征最好粘合剂，但并不能取得最理想颗粒形状和松装密度，添加少许水溶性低聚合物，如淀粉类及其衍生物，有很好效果。
(3)水溶性有机物质：在粘合剂中添加少许水溶性有机物质，如天然树脂、微晶石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸及其盐类，能够促进粘合剂在颗粒中均化，使制备粉体均匀，同时能提升粉料流动性，压制时有一定润滑特征。
(4)表面活性剂、分散剂、pH调整剂：依据陶瓷原材料不一样，氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等颗粒极性不一样特点，除述添加剂外，还应添加一定量表面活性剂、分散剂、pH调整剂。
陶瓷辅助添加剂，不管足水溶性聚合物、还是水溶性有机物，种类繁多，不一样陶瓷原材料和配方在满足技术特征前提下，选择经济适用原料。
水溶性聚合物有淀粉类(淀粉、糊精、糖浆及其衍生物)，糖类(羧甲基淀粉钠CMS、羧乙基淀粉、淀粉磷酸钠等)，树胶类(阿拉伯树胶、印度树胶等)，可溶性蛋白质(酪蛋白、酪蛋白酸钠等)，纤维素衍生物类(甲基纤维素MC、羧甲基纤维素CMC等)，水溶性合成聚合物类(聚乙烯醇PVA、聚乙烯甲脂PVM和聚丙烯酰胺、异丁烯马来酸酐共聚物等)：其中淀粉类和纤维素衍生物很好，聚乙烯醇和异丁烯马来酸酐共聚物最好。
水溶性有机物有天然树脂、松香乳化剂、动植物油脂、液态烃、微晶石蜡、聚乙烯蜡、乳化蜡和脂肪酸类硬脂酸、硬脂酸乳化液及其盐类化合物和衍生物等。其中蜡类和脂肪酸类较为理想，最好是蜡和脂肪酸以乳化液状态使用，以控制颗粒微晶结构。
1.3喷雾造粒工艺
喷雾造粒工艺条件直接影响粉体质量，所以预防出现以下问题：
· ①颗粒破碎；
· ②颗粒相互粘结；
· ③热风温度过高，颗粒中心形成空洞。
期望能制备成实球状或准球状颗粒。
2.工艺控制技术
任何一个陶瓷材料特征和技术水平，不仅表现在样品测试数据上，而目一反应在规模化生产产品一致性水平上。
陶瓷制品精度一样是不能用检验剔选方法来组织生产，而应是经过质量管理，控制其分散性或用数理统计方法来控制质量。首先必需确保进厂原材料经过验收，选择满足产品要求优异粉末成型设备，这些全部是无可置疑。更关键是粉体制备要有可控制性，建立合理工艺控制方法是十分必需。
(1)控制浆料固体含量、泥浆细度和辅助添加剂加入程序和数量，是确保喷雾干燥操作稳定先决条件。
(2)干燥后粉料，应测定其松堆密度、压实密度、流动时间、颗粒级配、水份含量和烧成收缩和体积密度等工艺参数，并控制在一定范围里，才能确保成型坯件一致性，这些全部是粉体工艺特征指标，全部应给予控制。
(3)每种陶瓷粉料成型时所要求含水量，全部有本身规律，如氧化铝陶瓷喷雾造粒含水量控制在0.3%~0.5%较为适宜。但喷雾干燥控制微量水分是困难，许可经过加湿机定量加入一定水分来调整粉料含水量。
(4)任何一个造粒方法均是动态过程，要确保所生产粉料达成很好一致性是困难、不现实。通常来讲，能够将一段时间(如一个工作班)生产粉料作为一个批次，进行均化(混合)处理，并再陈腐23天，让其水分充足均衡，就能够确保产品质量相对稳定。
(5)建立一个批量概念，实施从泥浆到造粒后粉料全过程工艺控制，就一定能制造出高质量陶瓷制品。
3.讨论

(1)特瓷企业，除功效陶瓷和生产批量较大企业外，大多数企业没有形成规模化生产。大量特陶制品一张图样就是一个品种，包含到国民经济各行各业，有些品种虽有较大量，但仍不足以建立专业生产厂。不能不管大厂小厂，均从粉料制备做起：不少企业生产规模小，实施生产全过程控制是无法做到，甚至连原材料进厂全部无法控制，但这恰恰是陶瓷生产关键所在，它肯定造成产品质量不稳定，更谈不上和国际接轨，进入国际市场。假如大多数小型企业把精力放在制品成型和烧结过程中提升过程质量，粉料由专业企业供给，粉料质量由专业企业确保，必将有利于提升产品质量，有利于产品出口。现在氧化铝陶瓷粉料中75~99瓷料喷雾造粒料已经有多家企业供给，期望这一范围能深入扩大：做到同一瓷种即使有不一样性能要求，粉体制造企业也应能满足，这才能做到真正专业化生产。对于大量特种陶瓷制品来说，它们对技术要求是有共性，通常不存在配方保密，也不会阻碍专业化分工：只有实施了真正专业分工协作，才能把产品质量搞上去，而且有利企业经济效益提升。
(2)目前电真空用氧化铝陶瓷管壳，已从热压铸工艺向等静压工艺过渡，这是可喜，但均采取湿式等静压，虽能确保质量，但难于自动化，工效低，手工繁重，不利于规模化生产。从坯体结构讲，实现单头半自动于袋式等静压是完全有可能做到。实现加料、压制过程自动化、手工脱模，并在等静压机旁设置一台磨削机仿形磨削成型。生产效率必将大幅提升。当然干式等静压压力远低于湿式等静压。但不会对瓷套性能产生影响。
(3)特种陶瓷生产在中国已具相当规模，所以陶瓷辅助添加剂用量已十分可观，现在没有一个陶瓷专业辅料供给商。其实中国分散剂、水溶性粘合剂、水溶性有机物、表面活性剂等辅料专业生产企业也不少，但分布在化工行业，她们对陶瓷专用添加剂少有开发，若能有一个陶瓷辅料专业供给商，类似像德国司马企业(ZSCHIMMER & SCHWARZ GmbH & CO那样化学企业，陶瓷企业就不需要进行每个品种全过程生产，而把化工企业对应产品转化成陶瓷专用产品，甚至有些品种只要进行分装，说明在陶瓷中用途即可，这么将大大提升特陶企业生产效率，发明更高经济效益。