無機(jī)非金屬材料工學(xué)成型

無機(jī)非金屬材料工學(xué)成型第1頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六幾種體系：

1.無機(jī)膠凝材料漿體（如水泥、石灰、石膏等）：水化產(chǎn)物使?jié){體固化。2.陶瓷泥料的可塑成型：可塑性、定形、干燥后強(qiáng)度提高。3.陶瓷泥漿：水分脫除，由粘塑性體變成高屈服值的可塑體、干燥后進(jìn)一步定型。4.壓制：物料之間產(chǎn)生范德華力和氫鍵、成型和定形同時(shí)完成。5.融熔體（如玻璃、鑄石等）：粘度隨溫度降低而增長(zhǎng)、達(dá)到完全“凍凝”。第2頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)成型過程中的流變特性

流變學(xué)：研究實(shí)際材料（不同于剛體、虎克體、牛頓體等理想材料）在外力作用下所發(fā)生的應(yīng)力與應(yīng)變，特別是與時(shí)間因素有關(guān)的流動(dòng)。成型：是利用各種外力使?jié){體、泥團(tuán)或熔體產(chǎn)生流動(dòng)、變形達(dá)到所需的形狀。成型過程中所關(guān)心的問題：物料流動(dòng)的快慢、變形的難易，作用力的大小和變形量之間的關(guān)系、每個(gè)制品達(dá)到所需形狀的時(shí)間等。第3頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六一、三種基本變形及流變模型

變形：按性質(zhì)的不同可分為彈性變形、粘性流動(dòng)和塑性流動(dòng)。（一）彈性變形

定義：如果應(yīng)力和應(yīng)變間存在著一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，且它們互為單值函數(shù)，當(dāng)應(yīng)力消除以后，變形亦隨之消失。

彈性體：如果彈性體的應(yīng)力和應(yīng)變間成正比關(guān)系，則這種物體就稱為線彈性體，也稱胡克體。其變形為彈性變形。第4頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（二）粘性流動(dòng)

粘性流動(dòng)：液體在剪切應(yīng)力的作用下，剪切應(yīng)變將隨時(shí)間而不斷增加。

牛頓液體：剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變的速率成正比，則這種理想體為牛頓液體。其流變方程為：τ剪切應(yīng)力η粘度系數(shù)剪切應(yīng)變速率第5頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（三）塑性流動(dòng)當(dāng)剪切應(yīng)力σ小于某一極限值f（屈服應(yīng)力）時(shí)不發(fā)生剪切應(yīng)變?chǔ)?，?dāng)剪切應(yīng)力達(dá)到該極限值時(shí)，就立即發(fā)生極大的剪切應(yīng)變，這種形變稱為塑性流動(dòng)，這種材料也稱（剛）塑性體。當(dāng)σ＜f時(shí)ε＝0；當(dāng)σ＝f時(shí)ε可為任意值，直到∞。

塑性變形：材料所產(chǎn)生的變形，在外力除去以后將仍然保留。包括：塑性流動(dòng)和粘性流動(dòng)所產(chǎn)生的變形。成型主要利用材料的塑性變形和粘性流動(dòng)。第6頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

二、脹流性液體與假塑性液體當(dāng)n=l時(shí)，為牛頓體；n＜l時(shí)，稱為假塑性液體；n＞l時(shí)，稱為脹流性液體。實(shí)際液體很少完全符合牛頓液體的情況，它們的剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變速率之間的關(guān)系可寫成以下通式：第7頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六牛頓液體的粘度η等于剪應(yīng)力τ與剪切應(yīng)變速率的比值，如果對(duì)非牛頓液體也同樣處理，則：

ηa

為表觀粘度當(dāng)n=l時(shí)，為牛頓體，不隨剪切應(yīng)變速率變化而變化n＜l時(shí)，稱為假塑性液體，隨剪切應(yīng)變速率的增大而降低n＞l時(shí)，稱為脹流性液體，隨剪切應(yīng)變速率的增大而增加氧化鋁、石英等的懸浮液具有脹流性；一般陶瓷泥漿為假塑性。第8頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六三、流變模型與本構(gòu)方程又稱流變狀態(tài)方程，是聯(lián)系應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)力速率和應(yīng)變速率的方程的總稱。同時(shí)具有兩種或三種變形，流變模型可以通過各種基本元件串聯(lián)及并聯(lián)方式組成。油漆、水泥漿等：粘性液體，不致流下，具有固體的性質(zhì)。稱賓漢體模型。賓漢模型當(dāng)剪切力τ<f時(shí)，塑性元件不發(fā)生變形，與之并聯(lián)的粘性元件也只能保持不變。這時(shí)，彈性元件的變形，就是整個(gè)系統(tǒng)的變形，因此：第9頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六當(dāng)τ>f時(shí)，（τ-f）這個(gè)力就會(huì)使粘壺發(fā)生變形。設(shè)彈性元件的剪應(yīng)變?yōu)棣?，粘性元件的剪應(yīng)變?yōu)棣?，系統(tǒng)的總應(yīng)變?yōu)棣?，則：由上述三式消去γ1，γ2，可得賓漢體在τ≥f時(shí)的流變方程：

當(dāng)τ＝常量時(shí)，上式可改寫為：賓漢模型第10頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六以上的流變方程也稱本構(gòu)方程，它說明材料中任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)變狀態(tài)之間有著密切的關(guān)系，可以用以下的通式來表示：這種函數(shù)關(guān)系當(dāng)然和材料的性質(zhì)有關(guān)，是由材料的本質(zhì)與構(gòu)造決定的，所以稱為本構(gòu)方程。第11頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

幾種典型的流變模型：

1、麥克斯韋模型：粘性流動(dòng)為主，本質(zhì)上是液體。2、開爾文體：以彈性變形為主，本質(zhì)上是固體。3、三元件模型：（l）代表一種粘彈性固體，（2）代表一種粘彈性液體。4、伯格斯體：麥克斯韋體和開爾文體的串聯(lián)，還是具有液體性質(zhì)。第12頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六流變學(xué)在塑料的成型中己得到普遍應(yīng)用。玻璃熔體成型：粘性流體→麥克斯韋體→伯格斯體→三元件模型（2）→三元件模型（1）（a）麥克斯韋模型；（b）開爾文模型；（c）三元件模型（1）；（d）三元件模型（2）；（e）伯格斯體測(cè)試建立流變模型導(dǎo)出流變方程解決實(shí)際問題第13頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六四、流動(dòng)曲線、應(yīng)力曲線和應(yīng)變曲線（一）流動(dòng)曲線圖1-4-4不同類型的流動(dòng)曲線由流動(dòng)曲線可知在某應(yīng)力下某種材料流動(dòng)速度的快慢，粘度、表觀粘度的大小。第14頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（二）應(yīng)力曲線和應(yīng)變曲線應(yīng)力曲線：應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線；應(yīng)變曲線：應(yīng)變隨時(shí)間變化的曲線。麥克斯韋體的應(yīng)力與應(yīng)變曲線成型時(shí)，已知加力情況時(shí)，可知經(jīng)多少時(shí)間才能達(dá)到所要求的變形量。第15頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

五、徐變曲線和松弛曲線（一）徐變曲線應(yīng)力不變時(shí)，應(yīng)變隨時(shí)間的變化曲線，即σ＝常量時(shí)的ε-t曲線。麥克斯韋體和賓漢體在一定的應(yīng)力下，會(huì)不斷變形，本質(zhì)上是液體；開爾文體的變形在緩慢增大，并以彈性變形為極限，本質(zhì)上是固體；所不同的是這種固體有推遲彈性效應(yīng)。徐變曲線（a）麥克斯韋體；（b）開爾文體；（c）賓漢體第16頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

陶瓷泥料經(jīng)可塑成型后還是屬于類賓漢體，在干燥過程中，一些大型坯體在自重的作用下還會(huì)繼續(xù)發(fā)生變形，以致豎向尺寸減少量大于橫向，為克服這個(gè)問題，制品的豎向放尺一般要大于橫向。第17頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（二）松弛曲線

一定變形下，應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線，即ε＝常量時(shí)的σ-t曲線。

麥克斯韋體和伯克斯體能產(chǎn)生應(yīng)力松弛，但開爾文體和三元件模型（1）體的應(yīng)力保持某一常量，所以開爾文體和三元件模型（l）體是一種非松弛體。松弛曲線（a）麥克斯韋體；（b）開爾文體；（c）伯格斯體；（d）三元件模型（1）第18頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六玻璃在成型中，由粘性體向固體轉(zhuǎn)化時(shí)，因內(nèi)外溫差大，制品的內(nèi)外層到達(dá)固體的時(shí)間不一樣，當(dāng)較高溫度的內(nèi)層收縮固化時(shí)，對(duì)早己固化的外層產(chǎn)生壓應(yīng)力，而自身受到拉應(yīng)力。當(dāng)各層溫度都達(dá)到室溫時(shí)（屬三元件模型體（1）），內(nèi)外層存在較大的內(nèi)應(yīng)力，它永久存在于玻璃中不會(huì)松弛，這種應(yīng)力稱永久應(yīng)力。只有當(dāng)重新加熱到應(yīng)力能松弛的狀態(tài)（伯克斯體），這種應(yīng)力才能消失，這就是退火的基本原理。第19頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六六、觸變性與反觸變性定義：粘土泥漿或可塑泥團(tuán)受到振動(dòng)或攪拌時(shí)，粘度會(huì)降低而流動(dòng)性增加靜置后能恢復(fù)原來狀態(tài)。反之，相同泥漿放置一段時(shí)間后，在維持原有水分的情況下會(huì)增加粘度，出現(xiàn)變稠和固化現(xiàn)象，上述現(xiàn)象可重復(fù)無數(shù)次，統(tǒng)稱為觸變性。

觸變性是指在剪切應(yīng)力保持一定時(shí)，表觀粘度將隨著剪切應(yīng)力作用時(shí)間的持續(xù)而減小，剪切應(yīng)變速率將不斷增加的性質(zhì)。或者，當(dāng)剪切應(yīng)變速率保持不變時(shí)，剪切應(yīng)力將逐漸下降。具有這種性質(zhì)的材料稱為正觸變材料。反觸變性：表觀粘度隨著應(yīng)力作用的時(shí)間而增加。第20頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六觸變環(huán)曲線a－正觸變環(huán)；b－負(fù)觸變環(huán)成型泥料要有一定的觸變性，但不要太大。觸變性的大小可用觸變環(huán)的大小和方向來表示：逆時(shí)針走向的是正觸變，順時(shí)針走向的代表反觸變。第21頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第三節(jié)漿料的成型一、成型的工藝原理

多屬于粘塑性體，其中液相是連續(xù)的（如水泥砂漿、混凝土漿、陶瓷泥漿、耐火材料澆注料等）。

成型基本過程：流動(dòng)→充滿模型→具有模型的形狀→脫水或水化→坯體→脫?！稍锘蛩耆墓腆w（彈性體）。

控制漿體的流動(dòng)度適宜的流動(dòng)度，使在含水率較低的情況下達(dá)到較高的流動(dòng)度。

第22頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六二、陶瓷注漿成型將陶瓷配合料制成能流動(dòng)的漿體，注入模型，依靠模具的脫水（或其它特別的）作用而成型的都稱注漿成型。此法適合成型各種形狀復(fù)雜的不規(guī)則的空心薄壁制品和一些特殊的空實(shí)結(jié)合的制品如壺、花瓶、衛(wèi)生陶瓷、電器元件等。（一）注漿成型工藝原理1.注漿成型基本方法空心注漿和實(shí)心注漿兩種實(shí)心注漿又稱雙面注漿第23頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六空心注漿（a）空石膏模；（b）注漿；（c）放漿；（d）坯體適于澆注小型薄壁的產(chǎn)品，如坩堝、花瓶、管件等。這種方法所用的泥漿粘度比較小，否則空漿后坯體內(nèi)表面有泥線和不光滑。坯體的厚度決定于吸漿的時(shí)間，模型的濕度與溫度，也和泥漿的性質(zhì)有關(guān)。第24頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第25頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六實(shí)心注漿（a）裝配好的模型；（b）澆注及補(bǔ)漿；（c）坯體適合于澆注兩面的形狀和花紋不同、大型、壁厚的產(chǎn)品。實(shí)心注漿常用較濃的泥漿，以縮短吸漿時(shí)間。形成坯體的過程中，模型從兩個(gè)方向吸取泥漿中的水分?？拷１谔幣黧w較致密，坯體中心部分較疏松，因此對(duì)泥漿性能和注漿操作的要求較嚴(yán)。第26頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六2.注漿過程的物理、化學(xué)變化物理脫水：毛細(xì)管力化學(xué)凝聚過程：離子交換反應(yīng)第27頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六泥漿注入模型后，在毛細(xì)管的作用下，泥漿中的水分沿著毛細(xì)管排出，毛細(xì)管力是泥漿脫水過程的推動(dòng)力。毛細(xì)管愈細(xì)，水的表面張力愈大，則脫水的動(dòng)力就越大。物理脫水（主要過程）當(dāng)模型內(nèi)表面形成一層坯體后，水分要繼續(xù)排出必先通過坯體的毛細(xì)孔，然后再達(dá)到模型的毛細(xì)孔中。這時(shí)注漿過程的阻力來自石膏模和坯體兩方面。注漿開始時(shí)，模型的阻力起主要作用。隨著吸漿過程不斷進(jìn)行，坯體厚度繼續(xù)增加，坯體所產(chǎn)生的阻力越顯得重要，最后起主導(dǎo)作用。第28頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六化學(xué)凝聚過程泥漿與石膏模接觸時(shí)，在其接觸表面上溶有一定數(shù)量的CaSO4(25℃時(shí)l00克水中CaSO4的溶解度為0.208克)。它和泥漿中的Na-粘土及水玻璃發(fā)生離子交換反應(yīng)：

使得靠近石膏模表面的一層Na-粘土變?yōu)镃a-粘土，泥漿由懸浮狀態(tài)轉(zhuǎn)為聚沉。石膏起著絮凝劑的作用，促進(jìn)泥漿絮凝硬化，顆粒成棚架結(jié)構(gòu)，有利于排水，減少泥坯的阻力，縮短成坯時(shí)間。第29頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六3．成型速度

成型速度可由阿德柯克推導(dǎo)出來的吸漿速度公式來計(jì)算：吸漿速率：將上式移項(xiàng)積分得：

也就是說在其他條件固定不變情況下，坯體厚度的平方l2與吸漿時(shí)間成正比。K值除依賴于泥漿和石膏模的性質(zhì)外，還和注漿時(shí)的溫度有關(guān)。可見K值為描述在一定條件下吸漿快慢的常數(shù)，稱為吸漿速度常數(shù)。若以l2-t或l-t1/2作圖則得到一條直線。直線的斜率即為吸漿速度常數(shù)K。K值越高則吸漿速度越大。

第30頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六增大吸漿速度的方法：

(1)減少模型的阻力：改變模型制造工藝(增加熟石膏與水的比值，適當(dāng)延長(zhǎng)石膏漿的攪拌時(shí)間，真空處理石膏漿等)。

(2)減少坯料的阻力：坯料的阻力取決于其結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)又由泥漿的組成、濃度、添加物的種類等因素所決定。(3)提高吸漿過程的推動(dòng)力。第31頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六4.強(qiáng)化注漿壓力注漿、離心注漿、真空注漿等壓力注漿一般增大泥漿壓力的方法是提高漿桶的高度，利用泥漿本身的重力從模型底部進(jìn)漿，也可用壓縮空氣將泥漿注入模型內(nèi)；采用壓力注漿法澆注衛(wèi)生潔具時(shí)，得到以下的效果：(1)壓力注漿可以縮短吸漿時(shí)間當(dāng)壓力為0.7MPa時(shí)，形成12.7mm厚坯體所需的時(shí)間為13分鐘。若壓力增加到7MPa時(shí)僅需2分鐘。第32頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六(2)壓力注漿可以減少坯體的干燥收縮常壓下注漿時(shí)，與坯體表面平行方向上的干燥收縮約為3％，與坯體表面垂直方向上的干燥收縮為2％。在7MPa壓力注漿時(shí)，上述二方向上的收縮分別減小至0.8％及0.3％。(3)壓力注漿可降低坯體脫模后留存的水分常壓注漿時(shí)，坯體平均留存水分約19.5％，在7MPa壓力下成型的坯體只含17％水分。第33頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六離心注漿在模型的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)情況下，將泥漿注入模型中。由于離心力的作用泥漿緊靠模壁脫水后形成坯體。漿料中的氣泡較輕，在模型旋轉(zhuǎn)時(shí)，多集中中部，最后破裂消失。這種方法得到的壞體厚度較均勻，變形較少。模型的轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的大小而定。大件產(chǎn)品轉(zhuǎn)數(shù)要低些，以免不穩(wěn)定。若轉(zhuǎn)數(shù)較小，則會(huì)出現(xiàn)泥紋。一般轉(zhuǎn)數(shù)在100rpm以下。

離心注漿時(shí)，泥漿中固體顆粒的尺寸不能相差太大，否則粗顆粒會(huì)集中在坯體內(nèi)部，細(xì)顆粒容易集中在模型表面，造成組織不均，收縮不勻。第34頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六真空注漿在石膏模外面抽取真空，增大模型內(nèi)外壓力差；另一種方式是在真空室中全部處于負(fù)壓下注漿，都可加速坯體形成；真空注漿還可減少氣孔和針眼，提高坯體強(qiáng)度。但操作時(shí)要緩慢抽真空和緩慢進(jìn)氣，模型要加固。第35頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六5.特種注漿成型溶膠－凝膠法（1）直接凝固注模法第36頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六該工藝的思路是：調(diào)節(jié)水基懸浮體的pH值或加入少量分散劑以保持顆粒之間有靜電斥力，從而制備低粘度、高固相體積分?jǐn)?shù)的懸浮體，然后，將懸浮體冷卻至0～5℃之間，加入生物酶和底物，此時(shí)，生物酶在低溫下保持惰性，不與底物發(fā)生作用，當(dāng)將懸浮體溫度升至20～50℃時(shí)，酶的活性被激發(fā)，與底物發(fā)生作用，使懸浮體內(nèi)部的pH值調(diào)節(jié)至等電點(diǎn)或者增加懸浮體的離子強(qiáng)度，使顆粒間排斥位壘下降，VanderWaals吸引能增加，顆粒發(fā)生團(tuán)聚，懸浮體的粘度劇增，從而原位凝固。凝固后的坯體結(jié)構(gòu)均勻，基本沒有收縮，可以形成足以脫模的濕坯。第37頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

該成型方法的優(yōu)點(diǎn)是：有機(jī)物添加量少；生坯干燥收縮小、結(jié)構(gòu)均勻；燒結(jié)體強(qiáng)度高、可靠性好；便于實(shí)行近凈尺寸成型，可成型復(fù)雜形狀的產(chǎn)品。缺點(diǎn)是生坯強(qiáng)度偏低。第38頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六圖1-4-11直接凝固成形法工藝流程圖通過選擇合適的分散劑制得固相體積分?jǐn)?shù)大于50%的高濃度懸浮體。加入活性酶進(jìn)行催化反應(yīng)，將漿料注入非多孔性模具內(nèi)。注模后，通過提高溫度促使酶催化反應(yīng)，從而改變漿料的PH值至等電點(diǎn)或增加反離子濃度，使懸浮體凝固。脫模、干燥或加工，燒結(jié)。

第39頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（2）凝膠注模法該工藝在上世紀(jì)80年代末開始研究，有關(guān)報(bào)道見于90年代初，是建立在傳統(tǒng)陶瓷的成型工藝技術(shù)和高分子化學(xué)理論基礎(chǔ)之上。其核心是將陶瓷粉料分散于含有有機(jī)單體和交聯(lián)劑的水溶液或有機(jī)溶液中，制備出低粘度、高固含量的濃懸浮體（>50vol%），然后加入引發(fā)劑和催化劑，將懸浮體注入非孔模具中，在一定溫度下，引發(fā)劑引發(fā)有機(jī)單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，懸浮體粘度劇增并固化，從而使?jié)鈶腋◇w原位固化成形。后經(jīng)過嚴(yán)格干燥后，得到強(qiáng)度較高而且可以進(jìn)行機(jī)加工的坯體。

第40頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

加人適量的分散劑和單體(交聯(lián)劑)制成預(yù)混溶液，再加入陶瓷粉料混磨，制成固相體積分?jǐn)?shù)＞50%的且具有良好的流動(dòng)性的漿料。加入引發(fā)劑，進(jìn)行澆注。漿料中有機(jī)單體在一定條件下發(fā)生原位聚合反應(yīng)，形成堅(jiān)固的交叉鏈結(jié)構(gòu)聚合溶劑凝膠，使坯體定型。然后經(jīng)脫模，在相對(duì)濕度為50%～80%下干燥。用該法所澆注成的注件尺寸準(zhǔn)確，光潔度較高，也可進(jìn)行機(jī)加工。經(jīng)燒除有機(jī)結(jié)合劑，再進(jìn)行燒結(jié)成產(chǎn)品。第41頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

該工藝有機(jī)物總含量占坯體質(zhì)量的2wt～5wt%，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，有利于連續(xù)化和機(jī)械化。注凝成型工藝包括非水基注凝成型和水基注凝成型兩種。水基注凝成型是在研究非水基注凝成型方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其優(yōu)點(diǎn)是可以減小漿料的粘度或提高漿料的固相體積分?jǐn)?shù)，減少環(huán)境污染和降低成本。因此，對(duì)于與水無化學(xué)反應(yīng)的粉體優(yōu)先選用水基注凝成型方法。注凝成型的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)粉體適應(yīng)性強(qiáng)，可以用于成型多種陶瓷粉體；漿料的固相體積分?jǐn)?shù)高、粘度低；生坯顯微結(jié)構(gòu)均勻、強(qiáng)度高，可進(jìn)行機(jī)加工；燒結(jié)體強(qiáng)度高、可靠性好；便于實(shí)行近凈尺寸成型，可成型復(fù)雜形狀的產(chǎn)品。其缺點(diǎn)主要是坯體干燥要求嚴(yán)格。第42頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（二）注漿成型對(duì)泥漿的要求1.流動(dòng)性好；2.穩(wěn)定性好；3.具有適當(dāng)?shù)挠|變性；4.含水量要少；5.濾過性能好；6.形成的坯體要有足夠的強(qiáng)度。第43頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（三）陶瓷泥漿的流變性及外加劑的作用圖1-4-13泥漿流動(dòng)曲線1－衛(wèi)生瓷泥漿（1.53）；2－球土（1.34）（括號(hào)中數(shù)值為泥漿比重）由圖可見陶瓷泥漿的流變特性接近賓漢體，只是其表觀粘度在屈服值以后不是立即為一常數(shù)，而是有一個(gè)由大變小的過渡階段。Worrall建議用下式表示粘土類泥漿的流變方程：第44頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六當(dāng)剪切速率相當(dāng)大時(shí)，變?yōu)?，上式可改寫為：即相?dāng)于賓漢體流變方程，只是它的屈服值為從泥漿結(jié)構(gòu)來解釋，這種流動(dòng)阻力來自粘土顆粒間存在的吸引力。粘土顆粒和水之間也存在親和力，只有當(dāng)剪切力大于顆粒間的吸引力時(shí)才能使泥漿流動(dòng)，當(dāng)剪切力進(jìn)一步加大逐步破壞顆粒和水的親和力后，才能充分體現(xiàn)液體的流動(dòng)狀態(tài)。第45頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六陶瓷泥漿具有觸變性

根本原因：板狀顆粒，板面負(fù)電荷，端面正電荷，端—板面相互吸引，形成“棚架”結(jié)構(gòu)。很多水被包圍在棚架中，不能自由流動(dòng)，所以泥漿流動(dòng)性差。攪動(dòng)逐步打開，靜置又漸漸恢復(fù)。圖1-4-14“棚架”結(jié)構(gòu)示意圖第46頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

由注漿成型對(duì)泥漿的要求中看出，有幾點(diǎn)是相互矛盾的：如流動(dòng)度要大往往要加入較多的水，但這就難以滿足含水量要少、泥漿要穩(wěn)定的要求。濾過性能好就要適當(dāng)增加泥漿中的瘠性料，但這樣泥漿的穩(wěn)定性及形成坯體后的強(qiáng)度就會(huì)下降。要解決這些矛盾就要尋找各種外加劑，使同樣含水量的泥漿變稀的外加劑稱為稀釋劑。它也可使同樣流動(dòng)度的泥漿含水量減少，故又稱減水劑。第47頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六它能溶于水，并在水中離解為正、負(fù)離于，使粘土顆粒板面吸附正離子，顆粒端面吸引負(fù)離子，可使端面正電荷中和，甚至使電荷改性，結(jié)果大大減弱了棚架作用。包裹在棚架中的水變成自由水，泥漿粘度大大降低。作為稀釋劑的電解質(zhì)大多符合以下條件：1.具有水化能力大的一價(jià)陽離子，如Na＋。2.能直接離解或水解而提供足夠OH－，使分散系統(tǒng)呈堿性。3.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。水玻璃、碳酸鈉、焦磷酸鈉、腐植酸鈉、單寧酸鈉、六偏磷酸鈉等都符合以上條件。第48頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（四）模具

多孔模具脫水。純石膏的分子式CaSO4·2H2O。石膏模具是由半水石膏（CaSO4·1/2H20）加過量的水調(diào)成石膏漿經(jīng)澆注、硬化、干燥而制成的。半水石膏有α型和β型之分，β半水石膏是在空氣中常壓炒制的，晶面孔隙裂紋多、強(qiáng)度低，吸水性強(qiáng)。α半水石膏是在蒸汽存在的條件下，加壓蒸煮而得，它的晶粒很少有孔隙和裂紋，制得的模具強(qiáng)度高，但吸水性稍差。很多廠將α、β兩種石膏混合使用，效果較好。在石膏中加入有稀釋和增強(qiáng)作用的有機(jī)添加劑（腐植酸鈉、聚氯乙烯等）可改善石膏模的質(zhì)量。壓力注漿，微孔樹脂模具。第49頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六三、混凝土和耐火混凝土漿體的成型混合料必須具有較大的流動(dòng)性，否則制品既無法成型，混凝土也是疏松的。增加用水量，即增大水灰比，混凝土水灰比過大，（1）使混合料在運(yùn)輸、澆灌和密實(shí)成型過程中容易產(chǎn)生離析；（2)在密實(shí)成型以后還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象；(3)水分蒸發(fā)以后，在混凝土內(nèi)部遺留較多的孔隙，嚴(yán)重降低了混凝土的強(qiáng)度及其它有關(guān)的性能。密實(shí)成型工藝：混凝土混合料振動(dòng)密實(shí)成型壓制密實(shí)成型離心脫水密實(shí)成型第50頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（一）混凝土混合料振動(dòng)密實(shí)成型混凝土混合料是在攪拌后不久，水泥的水化反應(yīng)尚處初期，生成的凝膠體還不豐富，混合料內(nèi)主要是粗細(xì)不勻的固體顆粒。在這種情況下施加振動(dòng)，顆粒不斷受到?jīng)_擊力的作用而引起顫動(dòng)。這種顫動(dòng)使混合料的物理力學(xué)性質(zhì)起了變化：第51頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

（1）剪切應(yīng)力作用使所生成的膠體由凝膠轉(zhuǎn)化為溶膠；

（2）振源所作的功將顆粒的接觸點(diǎn)松開，從而破壞了由于毛細(xì)管壓力所產(chǎn)生的顆粒間的粘結(jié)力，以及由于顆粒直接接觸而產(chǎn)生的機(jī)械嚙合力，這就使內(nèi)阻力大大降低；

（3）使混合料部分或全部地液化，具有接近重質(zhì)液體的性質(zhì)。

本質(zhì)：由賓漢體轉(zhuǎn)化為接近于牛頓液體的振動(dòng)變稀過程。第52頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（V<V極限）（V≥V極限）混合料的V極限主要決定于振動(dòng)頻率和振幅，另外也與水泥的種類和細(xì)度、水灰比、集料的表面性質(zhì)、級(jí)配及粒度、介質(zhì)的溫度有關(guān)。極限剪應(yīng)力與速度的關(guān)系第53頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六兩個(gè)基本參數(shù)

振幅和頻率的數(shù)值應(yīng)該選得互相協(xié)調(diào)：使顆粒振動(dòng)衰減小，并在振動(dòng)過程中不致出現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)。強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率如接近混合料的固有頻率，則產(chǎn)生共振，這時(shí)衰減最小，振幅可達(dá)最大。振動(dòng)成型機(jī)械分類：動(dòng)力：電動(dòng)、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)和液壓傳動(dòng)四種；

振動(dòng)頻率的大?。焊哳l（8000～15000次/min）中頻（4500～8000次/min）和低頻（1500～4500次/min）的三種；按振動(dòng)方式：振動(dòng)臺(tái)、內(nèi)部振動(dòng)器、表面振動(dòng)器和附著式振動(dòng)器第54頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（二）壓制密實(shí)成型整體振動(dòng)能耗很大，時(shí)間也較長(zhǎng)，振幅衰減大，難達(dá)到較高的密實(shí)度。

壓制密實(shí)成型，不是將能量分布到混凝土的整個(gè)體積，而是集中在局部區(qū)域內(nèi)。應(yīng)力集中，使混凝土容易發(fā)生剪切位移，顆粒較易發(fā)生移動(dòng)。這樣，在外部壓力的作用下，混合料即發(fā)生排氣和體積壓縮過程，并逐漸波及其整體，最終達(dá)到較好的密實(shí)成型效果。隨壓力的大小及混合料性能之不同，有時(shí)壓制工藝僅起密實(shí)成型作用，有時(shí)密實(shí)成型的同時(shí)還可以起到脫水的作用。第55頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

壓制成型工藝一般有壓制、壓軋、擠壓和振動(dòng)加壓、振動(dòng)壓軋、振動(dòng)擠壓及振動(dòng)模壓等方法。

壓制密實(shí)工藝制度包括成型壓力、壓制延續(xù)時(shí)間及加壓方式。成型壓力作為與其它成型方法配合的輔助措施時(shí)，約為0.1至數(shù)兆帕；作為單一措施的壓制工藝，則應(yīng)采用高壓，約為1至數(shù)十兆帕。第56頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六極限成型壓力

超過這一壓力時(shí)，制品就會(huì)產(chǎn)生層裂現(xiàn)象。極限壓力的大小與制品在壓制過程中殘留的空氣量及物料顆粒狀況有關(guān)，極限成型壓力越大，制品強(qiáng)度也越高。要有適當(dāng)?shù)募訅簳r(shí)間和加壓方式。第57頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

（三）離心脫水密實(shí)成型是由離心力將混合料擠向模壁，從而排出混合料中的空氣和多余的水分（20%～30%），使其密實(shí)并獲得較高的強(qiáng)度。適用于制造不同直徑及長(zhǎng)度的管狀制品，如管材、電桿及管樁等。第58頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第59頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六1.離心混凝土結(jié)構(gòu)的形成圖1-4-18離心混凝土結(jié)構(gòu)分層情況示意圖（a）外分層（b）內(nèi)分層（1）－水泥漿層（2）－砂漿層（3）混凝土層（4）－集料（5）－水膜層第60頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六混凝土混合料在離心以后，將產(chǎn)生下列主要變化：（1）密實(shí)度提高（2）外分層強(qiáng)度都要低于與離心后配合比和密實(shí)度相同的勻質(zhì)混凝土。由于破壞了毛細(xì)通道的水泥漿層具有較高的抗?jié)B性，因此，在一定限度內(nèi)，外分層對(duì)保證混凝土的抗?jié)B性是有利的。（3）內(nèi)分層內(nèi)分層對(duì)混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性是非常不利的。第61頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六2.離心制度的確定（1）離心速度慢速為布料階段，其主要目的是在離心力的作用下，使混合料均勻分布并初步成型。快速為密實(shí)階段，其主要目的是在離心力作用下使混合料充分密實(shí)。中速則為必要的過渡階段，不僅是由慢速到快速的調(diào)速過程，而且還可在繼續(xù)布料及緩和增速的過程中達(dá)到減弱內(nèi)外分層的目的。（2）離心延續(xù)時(shí)間慢速時(shí)間2～5min?？焖贂r(shí)間15～25min。中速時(shí)間2～5min。第62頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第四節(jié)可塑成型

可塑泥料是由固相、液相和少量氣相組成的彈塑性系統(tǒng)。當(dāng)它受到外力作用而發(fā)生變形時(shí)，既有彈性性質(zhì)，又出現(xiàn)塑性形變階段，它可以在應(yīng)力作用下模制成所需要的形狀，當(dāng)模制應(yīng)力消除后能夠保持那個(gè)形狀。利用模具或刀具等運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的外力（如壓力、剪切、擠壓等）使可塑泥料產(chǎn)生塑性變形而制成某種形狀的制品，稱為可塑成型。

常用的可塑成型方法有：擠壓法（粘土磚、各種陶瓷、陶瓷棍棒以及某些水泥制品）；車坯法（電瓷）；濕壓法（包括旋坯法、滾壓法、冷模濕壓法等生產(chǎn)各種日用陶瓷）；雕塑、手拉坯（工藝美術(shù)品等）。第63頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六一、可塑泥料的流變特性屬于賓漢體，只是由于它的含水量低，固體含量大，所以有很高的屈服值，成型后能克服自重的影響而不變形。流變性常用剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變圖來表示。可近似地用屈服值和允許變形量的乘積來表示泥料的成型能力。對(duì)于某種泥料來說，在合適的水分下，這個(gè)乘積可達(dá)到最大值，也就具有最好的成型能力。第64頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

不同的可塑成型方法對(duì)泥料上述兩個(gè)參數(shù)的要求是不同的：

在擠壓或拉坯成型時(shí)，要求泥料的屈服值大些，使坯體形狀穩(wěn)定。在石膏模內(nèi)旋坯或滾壓成型時(shí)，由于坯體在模型中停留時(shí)間較長(zhǎng)，受應(yīng)力作用的次數(shù)較多，屈服值可以低些。手工成型的泥料允許變形量可小些，因?yàn)楣と丝筛鶕?jù)泥料的特性來適應(yīng)它。機(jī)械成型時(shí)則要求允許變形量大些，以降低廢品率。

第65頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六由幾種不同成型方法對(duì)坯料所加扭力測(cè)定的結(jié)果可知，三種旋坯泥料的屈服值較小，而擠壓法和拉坯法較大。圖1-4-20可塑成型方法與坯料的流變性質(zhì)1～3－旋坯用；4－擠壓用；5－拉坯用；6－手塑用第66頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六二、可塑成型的方法

(一)擠壓（擠出）成型采用擠壓法成型時(shí)，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)嘴出來達(dá)到要求的形狀。各種管狀產(chǎn)品(如高溫爐管、熱電偶套管、電容器瓷管等)、柱形瓷棒或軸(如電阻元件的瓷棒)或斷面形狀規(guī)則的產(chǎn)品(圓形、橢圓形、方形、六角形等)都可用擠壓法成型。坯體的外形由擠坯機(jī)機(jī)頭的內(nèi)部形狀所決定，坯體的長(zhǎng)度根據(jù)需要進(jìn)行切割。第67頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第68頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六圖1-4-21擠坯機(jī)機(jī)頭尺寸1、擠制壓力主要決定于機(jī)頭喇叭口的錐度，擠嘴出口直徑d和機(jī)筒直徑D之比。一般當(dāng)機(jī)嘴出口直徑d≤l0mm時(shí)，α≈12°-13°；>10mm，α≈17°-20°。2、d/D比值愈小則對(duì)泥料擠制的壓力愈大，一般比值在1／1.6-1／2范圍內(nèi)。3、為了使擠出的泥段或坯體表面光滑、質(zhì)量均勻，機(jī)嘴出口處有一段定型帶，其長(zhǎng)度L根據(jù)機(jī)嘴出口直徑d而定，一般為L(zhǎng)＝2-2.5d。第69頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六4、當(dāng)擠制壓力固定后，擠出速率主要決定于主軸轉(zhuǎn)速和加料快慢。出料太快時(shí)，由于彈性后效，坯體容易變形。5、管壁厚度擠出管子時(shí)，管壁厚度必須能承受本身的重力作用和適應(yīng)工藝要求；管壁薄則其機(jī)械強(qiáng)度低(尤其是徑向的強(qiáng)度低)，容易變成橢圓形。6、擠壓法成型對(duì)泥料的要求：（1）粉料細(xì)度和形狀：細(xì)度要求較細(xì)，外形圓潤(rùn)。（2）溶劑、增塑劑、粘結(jié)劑等用量要適當(dāng)，同時(shí)必須使泥料高度均勻，否則擠壓的坯體質(zhì)量不好。第70頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六擠壓法的優(yōu)缺點(diǎn)是：污染小，操作易于自動(dòng)化，產(chǎn)品截面相同，可連續(xù)生產(chǎn)，效率高。適合管狀、棒狀、蜂窩狀產(chǎn)品的生產(chǎn)。但擠嘴及模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高。由于溶劑和結(jié)合劑較多，因此坯體在干燥和燒成時(shí)收縮較大，性能受到影響。第71頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六擠壓成型產(chǎn)品的缺陷：(1)氣孔：由于練泥時(shí)真空度不夠，或者手工揉料不均勻，經(jīng)過擠泥機(jī)出口后坯體斷面上出現(xiàn)裂紋。(2)彎曲變形：坯料太濕，組成不均勻，承接坯體的托板不光滑均會(huì)出現(xiàn)這種缺陷。(3)管壁厚度不一致：型芯和機(jī)嘴的中心不同心。(4)表面不光滑：擠坯時(shí)壓力不穩(wěn)定，坯料塑性不好或顆粒呈定向排列都可能產(chǎn)生這種缺陷。擠制大型泥段時(shí)，機(jī)頭錐度過大，機(jī)嘴潤(rùn)滑不良也會(huì)使坯體表面粗糙或呈波浪形。第72頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第73頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（二）旋坯成型是利用型刀(又叫樣板刀)和石膏模進(jìn)行成型的一種方法。陰模旋坯(內(nèi)旋)、陽模旋坯(外旋)。旋坯時(shí)系根據(jù)坯體直徑來決定陶車主軸轉(zhuǎn)速。直徑大于300mm的坯體轉(zhuǎn)速為120-140rpm，小于300mm時(shí)轉(zhuǎn)速為270-250rpm甚至更高，如200mm直徑的盤子轉(zhuǎn)速可達(dá)420rpm，飯碗的轉(zhuǎn)速可達(dá)440rpm。第74頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

旋坯用的型刀一般用5-6厘米鋼板制成，銼成30°-45°角，以便排出余泥，減少阻力。旋坯成型設(shè)備簡(jiǎn)單，型刀的制作和更換比較容易。但容易導(dǎo)致產(chǎn)品變形，尤其薄壁產(chǎn)品更加顯著。適用于生產(chǎn)日用瓷的碗、盤碟及陶器的缸、盆、罐、壇等制品，也用于魚盤、壺類制品，其特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高。第75頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第76頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第77頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（三）滾壓成型滾壓成型是由旋坯法發(fā)展而來，這種方法把扁平的型刀改變?yōu)榧忮F形或圓柱形的回轉(zhuǎn)體——滾壓頭。成型時(shí)，盛放著泥料的模型和滾壓頭分別繞自己的軸線以一定速度旋轉(zhuǎn)。滾壓頭一面轉(zhuǎn)動(dòng)一面壓緊泥料，坯體的外形和尺寸完全取決于滾壓頭與模面所形成的“空腔”。這種方法廣泛用于成型日用陶瓷器皿。

第78頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六滾壓成型可分為陽模滾壓和陰模滾壓。前者是指用滾頭來決定坯體外表面的形狀和大小，所以又叫外滾；后者系指用該頭來形成坯體的內(nèi)表面，又叫內(nèi)滾。第79頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

一般說來，陽模滾壓時(shí)因泥料在模型外表，水分少些才不致甩離模型。同時(shí)，要求泥料一面延展開來，一面向下彎曲，因而希望可塑性強(qiáng)些。而陰模滾壓時(shí)，水分可稍多，可塑性可稍低些。滾壓成型與旋坯成型相比，其優(yōu)點(diǎn)是坯體致密度高，機(jī)械強(qiáng)度大，變形較小，勞動(dòng)強(qiáng)度低，易于機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)。第80頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（四）塑壓成型是將可塑泥料放在模型內(nèi)在常溫下壓制成坯的方法。它的上下模一般為蒸壓型的α半水石膏（制模時(shí)的膏水比約為100：37）模型，內(nèi)部盤繞一根多孔性纖維管，可以通壓縮空氣以及抽真空。安裝時(shí)應(yīng)將上下模之間留有0～25mm左右的空隙，以便掃除余泥。第81頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六塑壓成型的成型工藝如下：l.將切至一定厚度的塑性泥團(tuán)置于底摸上；2.上下模抽真空，擠壓成型；3.向底模內(nèi)通壓縮空氣，促使坯體與底模迅速脫離，同時(shí)，從上模中抽真空將坯體吸附在上模上；4.向上模內(nèi)通壓縮空氣，使坯體脫模承放在托板上；5.上下模通壓縮空氣，使模型內(nèi)水分滲出，用布擦去。第82頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

塑壓成型的優(yōu)點(diǎn)：適合于成型各種異型盤碟類制品，如魚盤、方盤、多角形盤碟及內(nèi)外表面有花紋的制品。同時(shí)，由于成型時(shí)施以一定的壓刀，坯體的致密度較旋坯法、滾壓法都高。

缺點(diǎn)：石膏模的使用壽命短，容易破損。目前國(guó)外己經(jīng)采用多孔樹脂模、多孔金屬模等高強(qiáng)度模型，但此法只能成型板、盤等形狀簡(jiǎn)單的扁平制品。第83頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（五）軋膜成型一些薄片狀的陶瓷產(chǎn)品(如晶體管底座、厚膜電路基板、獨(dú)石及圓片電容器等)由于比較薄(厚度一般在1mm以下，甚至為0.04-0.05mm)，擠壓、旋坯等成型不能滿足這個(gè)要求，生產(chǎn)中廣泛采用軋膜成型工藝。這是由橡膠和塑料工業(yè)移植來的一種成型方法。第84頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六軋膜成型是將準(zhǔn)備好的陶瓷粉料，拌以一定量的有機(jī)粘結(jié)劑(如PVA，聚乙烯醇等)和溶劑，通過粗軋和精軋成膜片后再進(jìn)行沖片成型。不宜過早地把軋輥調(diào)近，急于得到薄片坯體。因?yàn)檫@樣會(huì)使坯料和結(jié)合劑混合不均，坯件質(zhì)量不好。壓延輥（精軋）

增塑劑

粘合劑

瓷粉

水

混合，粉碎

干燥

混料輥壓（粗軋）成型

第85頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六軋膜成型的問題

(1)定向排列，如桿狀、片狀粉體(2)干燥和燒結(jié)時(shí)，橫向收縮大(3)易出現(xiàn)變形和開裂(4)坯體性能上也會(huì)出現(xiàn)各向異性(5)對(duì)于厚度要求在0.08mm以下的超薄片，軋膜成型是很難軋制的，質(zhì)量也不易控制。第86頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（六）注塑成型（注射成型）是瘠性物料與有機(jī)添加劑混合加壓擠制的成型方法，它是由塑料工業(yè)移植過來的。1.坯料的制備

注塑成型采用的坯料不含水。它由陶瓷瘠性粉料和結(jié)合劑（熱塑性樹脂）潤(rùn)滑劑、增塑劑等有機(jī)添加物構(gòu)成。第87頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第88頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六有機(jī)添加物的灰分和碳含量要低，以免脫脂時(shí)產(chǎn)生氣泡或開裂。有機(jī)物的含量直接影響坯料的成型性能及燒結(jié)收縮性能。為提高制品的精確度，要求盡量減少有機(jī)物用量。坯料具有足夠的流動(dòng)性，必須使粉末粒子完全被樹脂包裹住，通常有機(jī)物含量約在20～30%之間，特殊的可高達(dá)50%左右。第89頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第90頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

2.注塑成型設(shè)備注塑成型機(jī)主要由加料、輸送、壓注、模型封合裝置、溫度及壓力控制裝置等部分構(gòu)成。注塑成型機(jī)有柱塞式和螺旋式兩種主要類型。采用金屬模具。第91頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第92頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六3.脫脂

有機(jī)添加劑必須在制品燒結(jié)以前從坯體中清除出未，否則就會(huì)引起各種缺陷。除去有機(jī)添加劑的工序稱為脫脂。

脫脂一般為24～96小時(shí)，特殊時(shí)需要幾個(gè)星期。脫脂后的坯體強(qiáng)度非常低，殘留百分之幾的碳化物，需采用氧化氣氛燒成。注塑成型適合于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、尺寸精度要求嚴(yán)格的制品，且產(chǎn)量較大，可以連續(xù)化生產(chǎn)。缺點(diǎn)是有機(jī)物使用較多，脫脂工藝時(shí)間長(zhǎng)，金屬模具易磨損、造價(jià)高等。第93頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六（七）熱壓鑄成型工藝

熱壓鑄法是在壓力作用下，把熔化的含蠟漿料(簡(jiǎn)稱蠟漿)注滿金屬模具，等到坯體冷卻凝固后，再行脫模。這種方法所成型的產(chǎn)品尺寸較準(zhǔn)確、光潔度較高、結(jié)構(gòu)緊密、現(xiàn)己廣泛用于制造形狀復(fù)雜，尺寸和質(zhì)量要求高的工業(yè)陶瓷產(chǎn)品，如電子工業(yè)用的裝置瓷件、電容器瓷件、氧化物陶瓷產(chǎn)品、金屬陶瓷、磁性瓷(即鐵氧體)及化工陶瓷部件等。熱壓鑄法的工藝流程如下：第94頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第95頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第96頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六蠟漿的制備過程1、預(yù)燒坯料熱壓鑄用的坯料大多數(shù)情況下，先經(jīng)預(yù)燒，再配成蠟漿。預(yù)燒的作用：保證蠟漿有要求的流動(dòng)性，減少石蠟的用量；預(yù)燒后可減少產(chǎn)品收縮，保證產(chǎn)品規(guī)格。瓷粉經(jīng)過烘干后才用來配漿(含水量在0.5％以下)。因?yàn)槿绻煞畚捷^多水分，則顆粒表面的水膜會(huì)妨礙石蠟與瓷粉均勻分布，而且瓷粉與石蠟混合時(shí)，水分易蒸發(fā)，在蠟漿中會(huì)形成氣泡。第97頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六2、塑化劑的選擇熱壓鑄所用的塑化劑是熱塑性材料。最常用的是石蠟。它是飽和的碳?xì)浠衔顲nH2n+2，熔點(diǎn)為55-60℃，熔化后粘度小，密度為0.88-0.9g／cm3。150℃石蠟會(huì)揮發(fā)。采用石蠟作塑化劑有以下的優(yōu)點(diǎn)：(1)石蠟熔化后粘度小，易填滿模型；有潤(rùn)滑性，對(duì)模具不致磨損；冷卻后會(huì)凝固，坯體有一定強(qiáng)度的;(2)它的熔點(diǎn)低，因而成形時(shí)操作溫度不必太高，通常為70-80℃；(3)石蠟冷卻后體積收縮約7-8％，所以成型后坯體容易脫模；(4)不與瓷粉發(fā)生反應(yīng)；(5)來源豐富，價(jià)格低廉。第98頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六3、蠟漿的性質(zhì)指標(biāo)(1)穩(wěn)定性：蠟漿的穩(wěn)定性就是指長(zhǎng)時(shí)間加熱而不攪拌的條件下，蠟漿保持均勻不致分層的性能。（2）可注性：它表示蠟漿注滿模型并保持要求外形的能力，是確定蠟漿粘度和凝固速度的綜合指標(biāo)。（3）瓷粉的裝填密度：在熱壓鑄成型的坯體中，單位體積內(nèi)所含瓷粉的數(shù)量稱為裝填密度，用裝填系數(shù)K來表示。裝填系數(shù)大，表示瓷粉顆粒排列較緊，燒成時(shí)收縮變形小，燒后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定致密。(4)收縮率：蠟漿由熔化的液體凝固為固體時(shí)體積會(huì)收縮，收縮率=固體體積/液體體積×100%

第99頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六

注塑成型與熱壓鑄成型比較：兩者都經(jīng)瘠性料與有機(jī)添加劑混合、成型、脫脂（排蠟）三個(gè)主要工序；在一定的溫度和壓力下進(jìn)行成型的。不同的是：1、熱壓鑄用的漿料須在澆注前加溫制成可以流動(dòng)的蠟漿。而注塑成型用的是粒狀的干粉料，成型時(shí)將粉料填入缸筒內(nèi)加熱至塑性狀態(tài)，在注人模具的瞬間，由于高溫和高壓的作用坯料呈流動(dòng)狀態(tài)，充滿模具的空間；2、熱壓鑄成型壓力為0.3～0.5MPa，注塑成型一般為130MPa。

第100頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六第五節(jié)壓制成型壓制成型是將粉狀的坯料在鋼模中壓成致密坯體的一種成型方法。壓制成型的坯料水分少、壓力大，因而坯體較致密，收縮較小、形狀準(zhǔn)確、基本不用干燥設(shè)備。壓制成型工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高、缺陷少，便于連續(xù)化、機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)。一、壓制成型的工藝原理

粉料經(jīng)壓力的作用聚合成有一定強(qiáng)度的坯體的過程，實(shí)質(zhì)上是將分散的固體顆粒通過外力將其最大限度的推近，并通過含有一定水分和其它粘結(jié)劑的表面，使物料顆粒間能形成一定的鍵合（分子鍵、氫鍵），從而成為具有一定強(qiáng)度的彈性體。第101頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六1、密度的變化壓力的增大，氣體被排除、固體顆粒盡量靠近，密度不斷增加：1、加壓初期，密度急劇增加；2、坯體密度增加緩慢，后期幾乎無變化；3、壓力繼續(xù)增加，坯體密度有可能出現(xiàn)下降。坯體密度與壓力的關(guān)系

第102頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六2、強(qiáng)度的變化三個(gè)階段：第一階段的壓力較低，雖由于粉料顆粒位移填充孔隙，坯體孔隙減小，但顆粒間接觸面積仍小，所以坯體強(qiáng)度并不大；第二階段是成型壓力增加，顆粒位移填充孔隙繼續(xù)進(jìn)行，而且可使顆粒發(fā)生彈塑性變形，顆粒間接觸面積大大增加，出現(xiàn)原子間力的相互作用，因此強(qiáng)度直線提高；

第三階段，坯體密度及孔隙變化不明顯，強(qiáng)度變化亦較平坦。

第103頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六3、坯體中壓力的分布坯體中壓力分布不均勻，坯體各部分的密度出現(xiàn)差別。原因：顆粒移動(dòng)重新排列時(shí)，顆粒之間內(nèi)磨擦力，顆粒與模壁之間外磨擦力，妨礙著壓力的傳遞。H/D越大，不均勻分布現(xiàn)象越嚴(yán)重。高而細(xì)的產(chǎn)品不適于采用壓制法成型：坯體各部位密度不同，燒成時(shí)收縮不同，容易引起產(chǎn)品變形和開裂。第104頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六坯體的壓力分布還和加壓的方式有關(guān)，最均勻壓力分布是等靜壓法。等靜壓成型是指粉料的各個(gè)方面同時(shí)均勻受壓的一種加壓方式。傳遞壓力的介質(zhì)通常為流體，由于流體的壓縮性很小，而且能夠均勻傳遞壓力，所以壓制出的坯體密度大且均勻。第105頁，共118頁，2023年，2月20日，星期六二、壓制成型對(duì)粉料的要求（一）體積密度應(yīng)盡量提高粉料的體積密度，以降低其壓縮比：1.造粒將細(xì)顆粒經(jīng)初步造粒，使物料得到初步的聚集。造粒方法：通常用輪碾造粒所得坯粉的體積密度為0.90～1.10g/cm3，噴霧干燥制備