無機(jī)非工學(xué) 第三章成 型

1、第三節(jié)第三節(jié) 成成 型型 成型的任務(wù)是坯料加工成為有一定形狀和尺寸的半成品。成型的任務(wù)是坯料加工成為有一定形狀和尺寸的半成品。 一、可塑成型：一、可塑成型： （一）（一） 可塑成型的工藝原理：可塑成型的工藝原理： 1. 可塑泥團(tuán)的流變性特征：可塑泥團(tuán)的流變性特征： 2. 泥料的成型能力與屈服值泥料的成型能力與屈服值y y和變形量和變形量的關(guān)系：的關(guān)系： 3. 影響坯料可塑性的因素：影響坯料可塑性的因素： A. 粘土礦物結(jié)構(gòu)的影響：粘土礦物結(jié)構(gòu)的影響： 高嶺土層間為氫鍵（高嶺土層間為氫鍵（O2-OH-）作用力，膨潤土層）作用力，膨潤土層 間為范氏（間為范氏（ O2- O2-）作用力，鍵力弱，吸附

2、力強(qiáng)，）作用力，鍵力弱，吸附力強(qiáng)， 水分子易進(jìn)入晶層間，形成水膜，產(chǎn)生大的毛細(xì)管水分子易進(jìn)入晶層間，形成水膜，產(chǎn)生大的毛細(xì)管 力，可塑性強(qiáng)。力，可塑性強(qiáng)。 B. 吸附陽離子的影響：吸附陽離子的影響： a. 陽離子的電荷愈大，價(jià)數(shù)愈高，與帶負(fù)電荷的膠粒陽離子的電荷愈大，價(jià)數(shù)愈高，與帶負(fù)電荷的膠粒 吸引力愈大，大部分進(jìn)入膠團(tuán)的吸附層中，整個(gè)膠吸引力愈大，大部分進(jìn)入膠團(tuán)的吸附層中，整個(gè)膠 粒凈電荷低，因而使斥力減小，引力增大，可塑性粒凈電荷低，因而使斥力減小，引力增大，可塑性 增大。增大。 b. 同價(jià)陽離子，半徑愈小，水化能力愈大，水化后半同價(jià)陽離子，半徑愈小，水化能力愈大，水化后半 徑愈大，與帶負(fù)

3、電的膠粒的吸引力減弱，進(jìn)入吸附徑愈大，與帶負(fù)電的膠粒的吸引力減弱，進(jìn)入吸附 層少，膠粒的凈電荷高，引力小而斥力大，可塑性層少，膠粒的凈電荷高，引力小而斥力大，可塑性 差。差。 c. 細(xì)粒原料比表面大，促使原料的陽離子交換能力增細(xì)粒原料比表面大，促使原料的陽離子交換能力增 強(qiáng)，使粒子表面帶有水膜，同時(shí)帶有電荷，不致聚強(qiáng)，使粒子表面帶有水膜，同時(shí)帶有電荷，不致聚 集，可塑性提高。集，可塑性提高。 H-粘土粘土Al3+ Ba2+ Ca2+ Mg2+ NH4+ K+ Na+ C. 固體顆粒大小、形狀的影響：固體顆粒大小、形狀的影響： a. 顆粒愈粗，呈現(xiàn)最大塑性時(shí)所需的水份愈少，最大可塑性也愈顆粒愈粗

4、，呈現(xiàn)最大塑性時(shí)所需的水份愈少，最大可塑性也愈 低；顆粒愈細(xì)，比表面愈大，每個(gè)顆粒表面形成水膜所需的水低；顆粒愈細(xì)，比表面愈大，每個(gè)顆粒表面形成水膜所需的水 份也愈多，形成的毛細(xì)管半徑愈小，產(chǎn)生的毛細(xì)管力愈大，可份也愈多，形成的毛細(xì)管半徑愈小，產(chǎn)生的毛細(xì)管力愈大，可 塑性愈高。塑性愈高。 b. 板狀、短柱狀的比表面比球體和立方體顆粒的比表面大得多，板狀、短柱狀的比表面比球體和立方體顆粒的比表面大得多， 它們形成面與面的接觸，形成的毛細(xì)管半徑小，毛細(xì)管力就大，它們形成面與面的接觸，形成的毛細(xì)管半徑小，毛細(xì)管力就大， 而且它們對(duì)稱性低，移動(dòng)阻力大，可塑性大。而且它們對(duì)稱性低，移動(dòng)阻力大，可塑性大。

5、 D. 分散介質(zhì)的影響：分散介質(zhì)的影響： 表面張力大的介質(zhì)增大坯料的塑性。高粘度的液體介質(zhì)（表面張力大的介質(zhì)增大坯料的塑性。高粘度的液體介質(zhì)（CMC、 PVA、桐油），粘附在坯體顆粒表面，形成粘性薄膜，相互間、桐油），粘附在坯體顆粒表面，形成粘性薄膜，相互間 的作用力增大，再加上高分子的長鏈狀，阻礙坯料顆粒相互移的作用力增大，再加上高分子的長鏈狀，阻礙坯料顆粒相互移 動(dòng)，可塑性提高。動(dòng)，可塑性提高。 4. 塑化劑：塑化劑： A. 無機(jī)塑化劑：無機(jī)塑化劑： 粘土類礦物：可塑粘土、膨潤土。粘土類礦物：可塑粘土、膨潤土。 B. 有機(jī)塑化劑：有機(jī)塑化劑： a. 聚乙烯醇聚乙烯醇PVA： 聚乙烯醇常溫不

6、溶于水。當(dāng)瓷料中含有聚乙烯醇常溫不溶于水。當(dāng)瓷料中含有CaO、BaO、 ZnO、MgO、B2O3等時(shí)，忌用等時(shí)，忌用PVA，它們會(huì)生成，它們會(huì)生成 不溶于水的脆性化合物或像橡膠一樣的有彈性的絡(luò)不溶于水的脆性化合物或像橡膠一樣的有彈性的絡(luò) 合物，影響成型。合物，影響成型。pH7 b. 聚醋酸乙烯酯：聚醋酸乙烯酯：pH7 c. 羧甲基纖維素羧甲基纖維素CMC d. 石蠟：熱壓鑄用石蠟：熱壓鑄用 C. 粘合劑的揮發(fā)速率：粘合劑的揮發(fā)速率： （二）可塑成型的方法：（二）可塑成型的方法： 1. 擠壓成型：擠壓成型：可塑料團(tuán)被擠壓機(jī)的螺旋或活塞擠壓向前，可塑料團(tuán)被擠壓機(jī)的螺旋或活塞擠壓向前， 經(jīng)過機(jī)嘴出來

7、達(dá)到要求的形狀。經(jīng)過機(jī)嘴出來達(dá)到要求的形狀。 2. 車坯成型：車坯成型： 外形復(fù)雜的圓柱形，精度要求較高的產(chǎn)品，用車床加工。外形復(fù)雜的圓柱形，精度要求較高的產(chǎn)品，用車床加工。 3. 旋坯成型：旋坯成型： 利用樣板刀和石膏模進(jìn)行成型的一種方法。利用樣板刀和石膏模進(jìn)行成型的一種方法。 4. 滾壓成型：滾壓成型： 利用滾壓頭和石膏模分別繞自己的軸線以一定的利用滾壓頭和石膏模分別繞自己的軸線以一定的 速度同方向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行滾和壓而成型。速度同方向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行滾和壓而成型。 冷滾壓，熱滾壓（冷滾壓，熱滾壓（120130）。）。 5. 濕壓成型：濕壓成型： 水份為水份為20左右的可塑泥料放在模型內(nèi)，用金左右的可塑

8、泥料放在模型內(nèi)，用金 屬模頭加壓成型。屬模頭加壓成型。 6. 軋膜成型：軋膜成型： 二、注漿成型：二、注漿成型： 將備好的坯料泥漿注入多孔性模型內(nèi)，由于多孔性模型的將備好的坯料泥漿注入多孔性模型內(nèi)，由于多孔性模型的 吸水性，泥漿在貼近模壁的一層被模子吸水而形成一均勻的泥吸水性，泥漿在貼近模壁的一層被模子吸水而形成一均勻的泥 層，這泥層隨時(shí)間的延長而逐漸加厚。層，這泥層隨時(shí)間的延長而逐漸加厚。 （一）注漿成型的工藝原理：（一）注漿成型的工藝原理： 1. 影響泥漿流動(dòng)性的因素：影響泥漿流動(dòng)性的因素： 泥漿流動(dòng)時(shí)的阻力：泥漿流動(dòng)時(shí)的阻力： 水分子本身的相互吸引力；水分子本身的相互吸引力； 固相顆粒與

9、水分子之間的吸引力；固相顆粒與水分子之間的吸引力； 固相顆粒相對(duì)移動(dòng)時(shí)的碰撞阻力固相顆粒相對(duì)移動(dòng)時(shí)的碰撞阻力 A. 固相的含量、顆粒大小和形狀的影響：固相的含量、顆粒大小和形狀的影響： a. 固相含量：固相含量： 固相含量少，則泥漿粘度由液體粘度決定。固相含固相含量少，則泥漿粘度由液體粘度決定。固相含 量多，則泥漿粘度由固相顆粒移動(dòng)時(shí)的碰撞阻力決量多，則泥漿粘度由固相顆粒移動(dòng)時(shí)的碰撞阻力決 定，固相顆粒增多必然會(huì)降低泥漿的流動(dòng)性。定，固相顆粒增多必然會(huì)降低泥漿的流動(dòng)性。 b. 顆粒大?。侯w粒大小： 一定濃度的泥漿中，固相顆粒越細(xì)，顆粒間的平均一定濃度的泥漿中，固相顆粒越細(xì)，顆粒間的平均 距離越

10、小，吸引力增大，位移時(shí)所需克服的阻力增距離越小，吸引力增大，位移時(shí)所需克服的阻力增 大，流動(dòng)性減?。涣硪环矫?，顆粒周圍形成水化膜，大，流動(dòng)性減小；另一方面，顆粒周圍形成水化膜， 固相顆粒所呈現(xiàn)的體積比真實(shí)體積大得多，也阻礙固相顆粒所呈現(xiàn)的體積比真實(shí)體積大得多，也阻礙 泥漿流動(dòng)。泥漿流動(dòng)。 c. 顆粒形狀：顆粒形狀： 泥漿流動(dòng)時(shí)，固相顆粒既有平移又有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)泥漿流動(dòng)時(shí)，固相顆粒既有平移又有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì) 體積相同的固相顆粒，等軸顆粒產(chǎn)生的阻力最小。體積相同的固相顆粒，等軸顆粒產(chǎn)生的阻力最小。 =o(1+KV) V：懸浮液中固相體積百分?jǐn)?shù)；懸浮液中固相體積百分?jǐn)?shù)； K：形狀系數(shù)形狀系數(shù) 顆粒越不

11、規(guī)則，形狀系數(shù)越大，則越會(huì)提高懸浮液的阻力，降低顆粒越不規(guī)則，形狀系數(shù)越大，則越會(huì)提高懸浮液的阻力，降低 流動(dòng)性。流動(dòng)性。 顆粒形狀顆粒形狀 球球 形形 橢圓形橢圓形 層片狀層片狀 棒棒 狀狀 (長軸長軸/短軸短軸4） （長（長/厚厚12.5） 2063 形狀系數(shù)形狀系數(shù)K 2.5 4.8 53 80 B. 泥漿溫度的影響：泥漿溫度的影響： 提高泥漿溫度，泥漿粘度降低，流動(dòng)性增大，可提高泥漿溫度，泥漿粘度降低，流動(dòng)性增大，可 加速吸漿和泥漿脫水，縮短脫模時(shí)間，增加坯體的強(qiáng)加速吸漿和泥漿脫水，縮短脫模時(shí)間，增加坯體的強(qiáng) 度。度。 泥漿溫度（泥漿溫度（） 11.5 17.0 27 38 42 55

12、 流動(dòng)性（秒）流動(dòng)性（秒） 151 140 102 79 66 56 C. 粘土及泥漿處理方法的影響：粘土及泥漿處理方法的影響： n 2. 稀釋劑：稀釋劑： 粘土顆?？値в须姾?，一般為負(fù)電荷，加入電介粘土顆?？値в须姾?，一般為負(fù)電荷，加入電介 質(zhì)把系統(tǒng)變成堿性的，可防止顆粒表面因帶不同電荷質(zhì)把系統(tǒng)變成堿性的，可防止顆粒表面因帶不同電荷 而相互吸引導(dǎo)致聚沉，使顆粒都帶負(fù)電荷或中和正電而相互吸引導(dǎo)致聚沉，使顆粒都帶負(fù)電荷或中和正電 荷，使斥力增加，荷，使斥力增加，電位增加，促使泥漿稀釋。電位增加，促使泥漿稀釋。 A. 稀釋劑的條件：稀釋劑的條件： a. 具有水化能力大的一價(jià)陽離子具有水化能力大的一

13、價(jià)陽離子Na+； b. 能直接離解或水解而提供足夠的能直接離解或水解而提供足夠的OH-，使分散系統(tǒng)，使分散系統(tǒng) 呈堿性；呈堿性； c. 它的陰離子能與粘土中的有害離子形成難溶的鹽類它的陰離子能與粘土中的有害離子形成難溶的鹽類 或穩(wěn)定的絡(luò)合物?；蚍€(wěn)定的絡(luò)合物。 B. 稀釋劑的種類：稀釋劑的種類： a. 無機(jī)電介質(zhì)：無機(jī)電介質(zhì)： 水玻璃、碳酸鈉、磷酸鈉、六偏磷酸鈉水玻璃、碳酸鈉、磷酸鈉、六偏磷酸鈉 電介質(zhì)用量為干粘土重量的電介質(zhì)用量為干粘土重量的0.30.5 b. 有機(jī)酸鹽類：有機(jī)酸鹽類： 腐植酸鈉、單寧酸鈉、檸檬酸鈉、松香皂腐植酸鈉、單寧酸鈉、檸檬酸鈉、松香皂 c. 聚合電介質(zhì)：聚合電介質(zhì)： 聚

14、丙烯酸鹽、羧甲基纖維素、木質(zhì)素磺酸鹽、阿拉伯聚丙烯酸鹽、羧甲基纖維素、木質(zhì)素磺酸鹽、阿拉伯 樹膠。它們都是水溶性聚合物。樹膠。它們都是水溶性聚合物。 3. 注漿過程的物理化學(xué)變化：注漿過程的物理化學(xué)變化： 4. 增大吸注速度的方法：增大吸注速度的方法： a. 減少模型阻力：減少模型阻力： 增加熟石膏與水的比值。增加熟石膏與水的比值。 b. 減少坯料阻力：減少坯料阻力： 適當(dāng)減少塑性原料，增多瘠性原料，可加速吸漿。適當(dāng)減少塑性原料，增多瘠性原料，可加速吸漿。 c. 坯料的疏松結(jié)構(gòu)：坯料的疏松結(jié)構(gòu)： 泥漿中加入少量的硫酸鹽或氯化物作為絮凝劑，形成泥漿中加入少量的硫酸鹽或氯化物作為絮凝劑，形成 較疏

15、松的結(jié)構(gòu)，可加快吸漿過程；稀釋劑雖改善了流較疏松的結(jié)構(gòu)，可加快吸漿過程；稀釋劑雖改善了流 動(dòng)性，但促進(jìn)坯體致密化，使吸漿速度減慢。動(dòng)性，但促進(jìn)坯體致密化，使吸漿速度減慢。 d. 提高壓力差提高壓力差 （二）注漿成型的方法：（二）注漿成型的方法： 1. 空心注漿：空心注漿： 2. 實(shí)心注漿：實(shí)心注漿： 3. 壓力注漿：壓力注漿： 4. 真空注漿真空注漿 5. 離心注漿離心注漿 6. 熱壓注成型：熱壓注成型： 在壓力作用下，把熔化的含蠟漿料注滿金屬模在壓力作用下，把熔化的含蠟漿料注滿金屬模 具中，等到坯體冷卻凝固后，再行脫模、排蠟。具中，等到坯體冷卻凝固后，再行脫模、排蠟。 熱壓注用塑化劑為熱塑性

16、材料熱壓注用塑化劑為熱塑性材料石蠟石蠟，熔點(diǎn)，熔點(diǎn) 5560，150揮發(fā)揮發(fā) 三、壓制成型：三、壓制成型： 壓制法是將瓷料放在鋼?；驈椥阅Ｖ?，在壓機(jī)壓制法是將瓷料放在鋼模或彈性模中，在壓機(jī) 上或在高壓液體中壓制成一定形狀的坯體。上或在高壓液體中壓制成一定形狀的坯體。 （一）壓制成型的工藝原理：（一）壓制成型的工藝原理： 1. 粉料的工藝特性：粉料的工藝特性： 粉料顆粒表面粗糙，形狀不規(guī)則，顆?；ハ嘟环哿项w粒表面粗糙，形狀不規(guī)則，顆?；ハ嘟?錯(cuò)咬合，顆粒之間又有很強(qiáng)的附著力，形成拱橋空錯(cuò)咬合，顆粒之間又有很強(qiáng)的附著力，形成拱橋空 間，增大孔隙率。間，增大孔隙率。 AB：粗細(xì)顆粒混合物的粗細(xì)顆?；旌衔锏?真實(shí)體積；真實(shí)體積； CD：粗細(xì)顆?；旌锨暗拇旨?xì)顆?；旌锨暗?外觀體積；外觀體積； COD：粗細(xì)顆粒混合后粗細(xì)顆?；旌虾?外觀體積變化；外觀體積變化； 單一粗或細(xì)顆?？倖我淮只蚣?xì)顆?？?體積約體積約1.4，孔隙率約，孔隙率約40； 粗粗70細(xì)細(xì)30，總體積（，總體積（O）約）約1.25，孔隙率約，孔隙率約 25 粗粗50 中中10 細(xì)細(xì)40 孔隙率孔隙率23 2. 壓制過程密度變化：壓制過程密度變化： (V-V極 極)=(V0-V極極)e-KPt/ 3. 壓制過程強(qiáng)度變化：壓制過程強(qiáng)度變化： 4. 坯體中壓力分布：坯體中壓力分布：