陶瓷材料常用成型方法

2023/01/04 分類:數據圖表 462 0

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陶瓷材料常用成型方法
大類	小類	成型方法	成型原理	概念	優點	缺點	主要適用范圍
干法成型	干壓成型	干壓成型	粉粒在模具內受壓靠近并借內摩擦力牢固地結合。	干壓成型就是在陶瓷粉料中加入一定量的有機添加劑（粘結劑、潤滑劑、可塑劑、消泡劑、減水劑等），將經過造粒、流動性好、顆粒級配合適的粉料裝入金屬模腔內，通過壓頭施加壓力，壓頭在模腔內位移，傳遞壓力，使模腔內粉體顆粒重排變形而被壓實，形成具有一定強度和形狀的陶瓷素坯。	工藝簡單，操作方便，周期短，效率高，便于實行自動化生產。坯體密度大，尺寸精確，收縮小，機械強度高。	在成型過程中，常會因為徑向、軸向的壓力分布不均而引起坯體的分層、開裂、密度不均等現象。對大型坯體生產有困難，模具磨損大、加工復雜、成本高。	特別適宜于各種截面厚度較小的陶瓷制品制備，如陶瓷密封環、閥門用陶瓷閥芯、陶瓷襯板、陶瓷內襯等。
	等靜壓成型	冷等靜壓成型	使用橡膠套膜具，通過油泵施加各向同等的壓力。	是利用流體（水或油）作為傳遞介質來獲得均勻靜壓力施加到材料上，利用液體介質的不可壓縮性來均勻傳遞壓力性，從各個方向進行加壓，獲得制品的成型方法。冷等靜壓工藝可以對陶瓷或金屬粉末施加更高的壓力，在室溫或稍高的溫度(<93℃)下可達100-600MPa。對于金屬，冷等靜壓技術可以實現約100%的理論密度，而更難壓縮的陶瓷粉末可以達到約95%的理論密度。濕袋式等靜壓技術是將造粒陶瓷粉或預先成型的坯體放入可變形的橡膠包套內，然后通過液體施加各向均勻的壓力，當壓制過程結束，再將裝有坯體的橡膠包套從容器內取出，這是一種間斷式成型方法。干袋式等靜壓是將陶瓷粉末批量地填入柔性預成型模具內，然后施以等靜壓，由于模具被固定在設備上，當壓制完成后，成型制品被頂出，干袋式等靜壓成型周期短，模具使用壽命長，特別便于進行大規模連續化工業生產。使用的模具材料有聚氨酯合成橡膠或硅橡膠。	能壓制具有凹形、空心、細長件以及其他復雜形狀的零件；摩擦損耗小，成型壓力低；壓力從各個方面傳遞，壓坯密度分布均勻、壓坯強度高，模具制作方便，壽命長，成本較低。提高制品的固結程度，增加產品的機械性能，生產環節數據相對集中，能更安全地控制生產。	壓坯尺寸和形狀不易精確控制，生產率較低，且投資大，操作較復雜，成型在高壓下操作，容器及其它高壓部件需要特別防護。	大型薄壁、高精度、高性能的氧化鋁陶瓷天線罩及大型壁厚、形狀復雜、帶傘棱的97%氧化鋁陶瓷高頻端子絕緣瓷套；95%氧化鋁陶瓷真空開關滅弧室“管殼”系列產品、氧化鋁和氧化鋯陶瓷柱塞，以及石油鉆探用大尺寸氧化鋯陶瓷缸套；高壓鈉燈用透明氧化鋁陶瓷管、氧化鋁火花塞普遍使用干袋式等靜壓技術。
	等靜壓成型	熱等靜壓成型	向制品施加各向同等的壓力，同時施以高溫，制品得以燒結和致密化。	是在指在高溫高壓下對工件進行等壓成型燒結的等靜壓法。熱等靜壓工藝是通過惰性氣體(如氬氣或氮氣)向加工部件的外表面施加高壓(50-200MPa)和高溫(400-2000℃)，升高的溫度和壓力使材料通過塑性流動和擴散消除了表面下的空隙。起源于20世紀50年代，由美國Battelle研究所開發。熱等靜壓設備主要由高壓容器、加熱爐、壓縮機、真空泵、冷卻系統和計算機控制系統組成，其中，高壓容器為整個設備的關鍵裝置。熱等靜壓可以直接粉末成型，粉末裝入包套中（類似模具作用），包套可以采用金屬或陶瓷制作（低碳鋼、Ni、Mo、玻璃等），然后使用氮氣、氬氣作加壓介質，使粉末直接加熱加壓燒結成型的粉末冶金工藝；或者將成型后的鑄件；包括鋁合金；鈦合金；高溫合金等縮松縮孔的鑄件進行熱致密化處理，通過熱等靜壓處理后，鑄件可以達到100%致密化，提高鑄件的整體力學性能。	增加制品密度，改善制品機械性能，提高生產效率，降低了廢品率和損耗。性能波動減少，使用壽命更長(依靠合金系統，零件疲勞壽命增加近10倍)，能在不同材料之間形成冶金結合(擴散結合)。	設備較昂貴。	熱等靜壓技術是一種致密化鑄造的生產過程，從金屬粉末的固結(如金屬注射成型、工具鋼、高速鋼)，到陶瓷的壓實環節，再到增材制造(3D打印技術)等更多的應用領域，都可以見到熱等靜壓技術的身影。典型的合金包括Ti-6Al-4V、TiAl、鋁、不銹鋼、鎳超級合金、貴金屬(如金、鉑)，以及重金屬和耐火材料(如鉬、鎢)。
	熱壓成型	熱壓成型	加熱并同時加壓的條件下成型并燒結成制品	是指在加熱并同時加壓的條件下，使泥料成型并燒結成制品的方法。熱壓工藝是把泥料的成型和燒成結合為一個過程，這種方法在冶金工業中用于粉末冶金已有較長的歷史，在特殊耐火材料生產中已逐步推廣應用.熱壓設備采用液壓機和石墨模型。石墨模型可經受高溫并在高溫下承受較高的壓力。模具的加熱可用感應線圈或電阻加熱，一般使用高頻感應熱壓電爐。泥料裝入模具內進行熱壓，溫度可達1850℃或更高一些，壓力范圍為20~50MPa。	可獲得致密度很高的特殊制品，其密度值幾乎可達理論值。在高溫下加壓有助于坯體泥料顆粒之間的接觸與擴散，從而降低燒結溫度，縮短燒結時間	效率較低。	——
濕法成型	漿料成型(膠態澆注成型)	注漿成型	多孔模具吸取介質	是將具有較高固相含量和良好流動性的料漿注入多孔模具（通常用石膏模具），因為模具多孔性所具有的的毛細管吸力，模具內壁從漿料中吸取水分從而沿模壁形成固化的坯體，待坯體形成一定的強度即可脫模。	工藝成本低，過程簡單，易于操作和控制。可成型薄壁、復雜形狀部件。是一種非常簡便且靈活性很強的成型技術	成型形狀粗糙，注漿時間較長，坯體密度、強度也不高，均勻性差。	衛浴陶瓷等。
		注射成型	有機物凝固脫脂	是將聚合物注射成型方法與陶瓷制備工藝相結合而發展起來的一種制備陶瓷零部件的新工藝。	效率高，坯體質量好，原材料利用率高,可快速自動地進行批量生產；可制備體積小、形狀復雜、尺寸精度高的異形件；生坯密度均勻，燒結產品性能優越；生產成本低。	脫脂時間長	尺寸精度高、形狀復雜的陶瓷制品的大批量生產。氧化鋯陶瓷插芯等。
		熱壓鑄成型	石蠟凝固脫蠟	是利用石蠟受熱熔化和遇冷凝固的特點，將無可塑性的瘠性陶瓷粉料與熱石蠟液均勻混合形成可流動的漿料，在一定壓力下注入金屬模具中成型，冷卻待蠟漿凝固后脫模取出成型好的坯體。坯體經適當修整，埋入吸附劑中加熱進行脫蠟處理，最后經燒結成最終制品。	成型復雜部件，效率高	坯體性能差	應用于各種復雜形狀的工程陶瓷零部件。
		凝膠注模成型	有機單體交聯、漿料凝固、脫脂	是美國橡樹嶺國家實驗室的研究者在20世紀90年代初首先發明的一種新的膠態快速成型工藝。這一方法首先是將陶瓷粉料分散于含有有機單體的溶液中，制備成高固相體積分數的懸浮體（＞50%），然后注入一定形狀的模具中，在一定的催化（固化劑、交聯劑）、溫度條件下，有機單體聚合，形成凝膠，從而導致懸浮體原位凝固，最后經過干燥可得較高強度的坯體。	坯體強度高，部件精度高，便于機械加工。	致密化過程中坯體的收縮率比較大，導致坯體彎曲變形，且所使用的有機單體有毒性，反應氣氛不易控制。	——
		直接凝固注模成型	原位減小Zeta電位，漿料凝固	是20世紀90年代瑞士蘇黎世聯邦技術學院Gauckler教授的研究小組將生物酶技術、膠態化學與陶瓷工藝學相結合而發明的一種全新概念的凈尺寸原位陶瓷成型技術。是將膠體化學和陶瓷工藝融為一體的一種新型的陶瓷凈尺寸膠態成型方法，該技術主要是采用采用生物酶催化陶瓷漿料中相應的反應底物，發生化學反應，從而改變漿料PH值或壓縮雙電層，使漿料中固體顆粒間的排斥力消除，產生范德華吸引力，可使澆注到非孔模具內的高固相含量、低黏度的陶瓷漿料產生原位凝固，凝固后的陶瓷濕坯有足夠的強度進行脫模。	不需或只需少量的有機添加劑(小于1wt%)，坯體不需脫脂，坯體密度均勻，相對密度較高，而且可成型大尺寸復雜形狀的陶瓷部件。	坯體強度往往不夠高。	——
		快速凝固成型	流體冰凍、低溫升華排介質	——	部件精度高，坯體質量好，工藝過程可靠	——	——
		流延成型	涂覆、干燥固化	流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶劑、分散劑、粘結劑、增塑劑等成分，得到分散均勻的穩定漿料，在流延機上制得所要求厚度薄膜的一種成型方法。是將具有合適黏度和良好分散性的陶瓷漿料從流延機漿料槽刀口處流至基帶上，通過基帶與刮刀的相對運動使漿料鋪展，在表面張力的作用下形成具有光滑上表面的坯膜，坯膜的厚度主要由刮刀與基帶之間間隙來調控。坯膜隨基帶進入烘干室，溶劑蒸發后有機黏結劑在陶瓷顆粒間形成網絡結構，形成具有一定強度和柔韌性的坯片，干燥的坯片與基帶剝離后卷軸待用。	設備簡單、可連續操作、生產效率高、自動化水平高、工藝穩定、坯體性能均一等。	粘結劑含量高，因而收縮率可達20％～21％。只能成型薄板部件。	應用有獨石電容器瓷片、厚膜和薄膜電路用Al2O3基片、壓電陶瓷膜片、結構陶瓷薄片、電容器、熱敏電阻、鐵氧體和壓電陶瓷坯體，混合集成電路基片等。流延成型可制備出幾個微米至1000μm平整光滑的陶瓷薄片材料，是當今制備單層或多層薄片材料最重要和最有效的工藝。
		膠態振動注模成型	凝結漿料振動注模，靜止凝固	膠態振動注模成型是1993年alifornia大學SantaBarbara分校F.F.Lange教授發明的一種膠態成型技術。將制備好的含有高離子強度的稀懸浮體(20%～30%(vol))通過壓濾或離心獲得高固相含量的坯料，然后在振動作用下進行澆注，實現原位固化。	可實現連續化生產，并可成型復雜形狀的陶瓷部件。	素坯強度較低，脫模時坯體易于開裂和變形。應用范圍小。	——
		電泳沉積成型	粉料電場下沉降	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型。	操作簡單、靈活及可靠性高；可控制坯體顯微結構。	對過程參數的變化影響比較敏感。成型簡單形狀。	適用于多層陶瓷電容器、傳感器、梯度功能陶瓷的成型方法。
		溫度誘導絮凝成型	低溫分散劑失效，漿料凝固	溫度誘導絮凝成型是瑞典L.Bergstrom1994年發明的一種凈尺寸膠態成型方法，DCC及膠態振動注模成型利用的是膠體的靜電穩定特性而這種方法利用了膠體的空間(位阻)穩定特性。	脫模后不合格的坯體可作為原料重復使用，可用于成型幾乎所有陶瓷粉體體系。可成型復雜部件	坯體密度較低。	——
		壓濾成型	施加壓力，多孔模排出液體	——	坯體質量好	只能成型簡單形狀部件	——
	塑性成型(濕壓法)	擠壓成型	擠壓可塑性泥料使其通過孔模	將粉料、粘接劑、潤滑劑等與水均勻混合充分混練，然后利用液壓機推動活塞，將已塑化的坯料從擠壓嘴擠出。由于擠壓嘴的內型逐漸縮小，活塞對泥團產生很大的擠壓力，使坯料致密并成型。是將陶瓷粉與可提供塑性的黏土或有機黏結劑與水一起混合和反復混煉，并通過真空除氣和陳腐等工藝環節使待擠出的坯料獲得良好的塑性和均勻性，然后在擠出螺旋或柱塞的作用下，通過擠壓機嘴處的模具擠出得到所需形狀的產品。	適于制造圓形、橢圓形、多邊形和其他異形斷裂面的管材或棒材。	物料強度低容易變形，并可能產生表面凹坑和起泡、開裂及內部裂紋等缺陷。	目前廣泛應用于制備陶瓷爐管、絕緣子、催化劑載體或支撐體、熱交換器管、汽車尾氣過濾用蜂窩陶瓷載體，陶瓷輥棒等各種陶瓷產品，同時也可用于片狀電容器、磁性材料基板、電子基片的成型。
	塑性成型(濕壓法)	壓延成型	借助于輥筒使物料多次受到擠壓和延展作用	將粉料、添加劑和水均勻混合制成塑性物料，然后將物料經兩個相向轉動軋輥軋制，從而成為板狀素坯的成型方法。軋膜成型所得坯體密度高，適于片狀、板狀物件的成型。	——	——	——
無模成型	增材制造	陶瓷3D打印	計算機建模切片逐層打印	3D打印技術出現在20世紀90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。直接利用計算機CAD設計結果，將復雜的三維立體構件經計算機軟件切片分割處理，形成計算機可執行象素單元文件，然后通過計算機輸出的外部設備，將要成型的陶瓷粉體快速形成實際的像素單元，一個一個單元疊加的結果即可直接成型出所需要的三維立體構件。	高度柔性，技術的高度集成，快速性，自由成型制造等。	設備價格高，軟件開發，材料開發，成型精度和質量等問題。效率較低。	——

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