陶瓷材料常用成型方法

2023/01/04 分类:数据图表 572 0

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陶瓷材料常用成型方法
大类	小类	成型方法	成型原理	概念	优点	缺点	主要适用范围
干法成型	干压成型	干压成型	粉粒在模具内受压靠近并借内摩擦力牢固地结合。	干压成型就是在陶瓷粉料中加入一定量的有机添加剂（粘结剂、润滑剂、可塑剂、消泡剂、减水剂等），将经过造粒、流动性好、颗粒级配合适的粉料装入金属模腔内，通过压头施加压力，压头在模腔内位移，传递压力，使模腔内粉体颗粒重排变形而被压实，形成具有一定强度和形状的陶瓷素坯。	工艺简单，操作方便，周期短，效率高，便于实行自动化生产。坯体密度大，尺寸精确，收缩小，机械强度高。	在成型过程中，常会因为径向、轴向的压力分布不均而引起坯体的分层、开裂、密度不均等现象。对大型坯体生产有困难，模具磨损大、加工复杂、成本高。	特别适宜于各种截面厚度较小的陶瓷制品制备，如陶瓷密封环、阀门用陶瓷阀芯、陶瓷衬板、陶瓷内衬等。
	等静压成型	冷等静压成型	使用橡胶套膜具，通过油泵施加各向同等的压力。	是利用流体（水或油）作为传递介质来获得均匀静压力施加到材料上，利用液体介质的不可压缩性来均匀传递压力性，从各个方向进行加压，获得制品的成型方法。冷等静压工艺可以对陶瓷或金属粉末施加更高的压力，在室温或稍高的温度(<93℃)下可达100-600MPa。对于金属，冷等静压技术可以实现约100%的理论密度，而更难压缩的陶瓷粉末可以达到约95%的理论密度。湿袋式等静压技术是将造粒陶瓷粉或预先成型的坯体放入可变形的橡胶包套内，然后通过液体施加各向均匀的压力，当压制过程结束，再将装有坯体的橡胶包套从容器内取出，这是一种间断式成型方法。干袋式等静压是将陶瓷粉末批量地填入柔性预成型模具内，然后施以等静压，由于模具被固定在设备上，当压制完成后，成型制品被顶出，干袋式等静压成型周期短，模具使用寿命长，特别便于进行大规模连续化工业生产。使用的模具材料有聚氨酯合成橡胶或硅橡胶。	能压制具有凹形、空心、细长件以及其他复杂形状的零件；摩擦损耗小，成型压力低；压力从各个方面传递，压坯密度分布均匀、压坯强度高，模具制作方便，寿命长，成本较低。提高制品的固结程度，增加产品的机械性能，生产环节数据相对集中，能更安全地控制生产。	压坯尺寸和形状不易精确控制，生产率较低，且投资大，操作较复杂，成型在高压下操作，容器及其它高压部件需要特别防护。	大型薄壁、高精度、高性能的氧化铝陶瓷天线罩及大型壁厚、形状复杂、带伞棱的97%氧化铝陶瓷高频端子绝缘瓷套；95%氧化铝陶瓷真空开关灭弧室“管壳”系列产品、氧化铝和氧化锆陶瓷柱塞，以及石油钻探用大尺寸氧化锆陶瓷缸套；高压钠灯用透明氧化铝陶瓷管、氧化铝火花塞普遍使用干袋式等静压技术。
	等静压成型	热等静压成型	向制品施加各向同等的压力，同时施以高温，制品得以烧结和致密化。	是在指在高温高压下对工件进行等压成型烧结的等静压法。热等静压工艺是通过惰性气体(如氩气或氮气)向加工部件的外表面施加高压(50-200MPa)和高温(400-2000℃)，升高的温度和压力使材料通过塑性流动和扩散消除了表面下的空隙。起源于20世纪50年代，由美国Battelle研究所开发。热等静压设备主要由高压容器、加热炉、压缩机、真空泵、冷却系统和计算机控制系统组成，其中，高压容器为整个设备的关键装置。热等静压可以直接粉末成型，粉末装入包套中（类似模具作用），包套可以采用金属或陶瓷制作（低碳钢、Ni、Mo、玻璃等），然后使用氮气、氩气作加压介质，使粉末直接加热加压烧结成型的粉末冶金工艺；或者将成型后的铸件；包括铝合金；钛合金；高温合金等缩松缩孔的铸件进行热致密化处理，通过热等静压处理后，铸件可以达到100%致密化，提高铸件的整体力学性能。	增加制品密度，改善制品机械性能，提高生产效率，降低了废品率和损耗。性能波动减少，使用寿命更长(依靠合金系统，零件疲劳寿命增加近10倍)，能在不同材料之间形成冶金结合(扩散结合)。	设备较昂贵。	热等静压技术是一种致密化铸造的生产过程，从金属粉末的固结(如金属注射成型、工具钢、高速钢)，到陶瓷的压实环节，再到增材制造(3D打印技术)等更多的应用领域，都可以见到热等静压技术的身影。典型的合金包括Ti-6Al-4V、TiAl、铝、不锈钢、镍超级合金、贵金属(如金、铂)，以及重金属和耐火材料(如钼、钨)。
	热压成型	热压成型	加热并同时加压的条件下成型并烧结成制品	是指在加热并同时加压的条件下，使泥料成型并烧结成制品的方法。热压工艺是把泥料的成型和烧成结合为一个过程，这种方法在冶金工业中用于粉末冶金已有较长的历史，在特殊耐火材料生产中已逐步推广应用.热压设备采用液压机和石墨模型。石墨模型可经受高温并在高温下承受较高的压力。模具的加热可用感应线圈或电阻加热，一般使用高频感应热压电炉。泥料装入模具内进行热压，温度可达1850℃或更高一些，压力范围为20~50MPa。	可获得致密度很高的特殊制品，其密度值几乎可达理论值。在高温下加压有助于坯体泥料颗粒之间的接触与扩散，从而降低烧结温度，缩短烧结时间	效率较低。	——
湿法成型	浆料成型(胶态浇注成型)	注浆成型	多孔模具吸取介质	是将具有较高固相含量和良好流动性的料浆注入多孔模具（通常用石膏模具），因为模具多孔性所具有的的毛细管吸力，模具内壁从浆料中吸取水分从而沿模壁形成固化的坯体，待坯体形成一定的强度即可脱模。	工艺成本低，过程简单，易于操作和控制。可成型薄壁、复杂形状部件。是一种非常简便且灵活性很强的成型技术	成型形状粗糙，注浆时间较长，坯体密度、强度也不高，均匀性差。	卫浴陶瓷等。
		注射成型	有机物凝固脱脂	是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种制备陶瓷零部件的新工艺。	效率高，坯体质量好，原材料利用率高,可快速自动地进行批量生产；可制备体积小、形状复杂、尺寸精度高的异形件；生坯密度均匀，烧结产品性能优越；生产成本低。	脱脂时间长	尺寸精度高、形状复杂的陶瓷制品的大批量生产。氧化锆陶瓷插芯等。
		热压铸成型	石蜡凝固脱蜡	是利用石蜡受热熔化和遇冷凝固的特点，将无可塑性的瘠性陶瓷粉料与热石蜡液均匀混合形成可流动的浆料，在一定压力下注入金属模具中成型，冷却待蜡浆凝固后脱模取出成型好的坯体。坯体经适当修整，埋入吸附剂中加热进行脱蜡处理，最后经烧结成最终制品。	成型复杂部件，效率高	坯体性能差	应用于各种复杂形状的工程陶瓷零部件。
		凝胶注模成型	有机单体交联、浆料凝固、脱脂	是美国橡树岭国家实验室的研究者在20世纪90年代初首先发明的一种新的胶态快速成型工艺。这一方法首先是将陶瓷粉料分散于含有有机单体的溶液中，制备成高固相体积分数的悬浮体（＞50%），然后注入一定形状的模具中，在一定的催化（固化剂、交联剂）、温度条件下，有机单体聚合，形成凝胶，从而导致悬浮体原位凝固，最后经过干燥可得较高强度的坯体。	坯体强度高，部件精度高，便于机械加工。	致密化过程中坯体的收缩率比较大，导致坯体弯曲变形，且所使用的有机单体有毒性，反应气氛不易控制。	——
		直接凝固注模成型	原位减小Zeta电位，浆料凝固	是20世纪90年代瑞士苏黎世联邦技术学院Gauckler教授的研究小组将生物酶技术、胶态化学与陶瓷工艺学相结合而发明的一种全新概念的净尺寸原位陶瓷成型技术。是将胶体化学和陶瓷工艺融为一体的一种新型的陶瓷净尺寸胶态成型方法，该技术主要是采用采用生物酶催化陶瓷浆料中相应的反应底物，发生化学反应，从而改变浆料PH值或压缩双电层，使浆料中固体颗粒间的排斥力消除，产生范德华吸引力，可使浇注到非孔模具内的高固相含量、低黏度的陶瓷浆料产生原位凝固，凝固后的陶瓷湿坯有足够的强度进行脱模。	不需或只需少量的有机添加剂(小于1wt%)，坯体不需脱脂，坯体密度均匀，相对密度较高，而且可成型大尺寸复杂形状的陶瓷部件。	坯体强度往往不够高。	——
		快速凝固成型	流体冰冻、低温升华排介质	——	部件精度高，坯体质量好，工艺过程可靠	——	——
		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剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等成分，得到分散均匀的稳定浆料，在流延机上制得所要求厚度薄膜的一种成型方法。是将具有合适黏度和良好分散性的陶瓷浆料从流延机浆料槽刀口处流至基带上，通过基带与刮刀的相对运动使浆料铺展，在表面张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与基带之间间隙来调控。坯膜随基带进入烘干室，溶剂蒸发后有机黏结剂在陶瓷颗粒间形成网络结构，形成具有一定强度和柔韧性的坯片，干燥的坯片与基带剥离后卷轴待用。	设备简单、可连续操作、生产效率高、自动化水平高、工艺稳定、坯体性能均一等。	粘结剂含量高，因而收缩率可达20％～21％。只能成型薄板部件。	应用有独石电容器瓷片、厚膜和薄膜电路用Al2O3基片、压电陶瓷膜片、结构陶瓷薄片、电容器、热敏电阻、铁氧体和压电陶瓷坯体，混合集成电路基片等。流延成型可制备出几个微米至1000μm平整光滑的陶瓷薄片材料，是当今制备单层或多层薄片材料最重要和最有效的工艺。
		胶态振动注模成型	凝结浆料振动注模，静止凝固	胶态振动注模成型是1993年alifornia大学SantaBarbara分校F.F.Lange教授发明的一种胶态成型技术。将制备好的含有高离子强度的稀悬浮体(20%～30%(vol))通过压滤或离心获得高固相含量的坯料，然后在振动作用下进行浇注，实现原位固化。	可实现连续化生产，并可成型复杂形状的陶瓷部件。	素坯强度较低，脱模时坯体易于开裂和变形。应用范围小。	——
		电泳沉积成型	粉料电场下沉降	是利用直流电场促使带电颗粒发生迁移，进而沉积到极性相反的电极上而成型。	操作简单、灵活及可靠性高；可控制坯体显微结构。	对过程参数的变化影响比较敏感。成型简单形状。	适用于多层陶瓷电容器、传感器、梯度功能陶瓷的成型方法。
		温度诱导絮凝成型	低温分散剂失效，浆料凝固	温度诱导絮凝成型是瑞典L.Bergstrom1994年发明的一种净尺寸胶态成型方法，DCC及胶态振动注模成型利用的是胶体的静电稳定特性而这种方法利用了胶体的空间(位阻)稳定特性。	脱模后不合格的坯体可作为原料重复使用，可用于成型几乎所有陶瓷粉体体系。可成型复杂部件	坯体密度较低。	——
		压滤成型	施加压力，多孔模排出液体	——	坯体质量好	只能成型简单形状部件	——
	塑性成型(湿压法)	挤压成型	挤压可塑性泥料使其通过孔模	将粉料、粘接剂、润滑剂等与水均匀混合充分混练，然后利用液压机推动活塞，将已塑化的坯料从挤压嘴挤出。由于挤压嘴的内型逐渐缩小，活塞对泥团产生很大的挤压力，使坯料致密并成型。是将陶瓷粉与可提供塑性的黏土或有机黏结剂与水一起混合和反复混炼，并通过真空除气和陈腐等工艺环节使待挤出的坯料获得良好的塑性和均匀性，然后在挤出螺旋或柱塞的作用下，通过挤压机嘴处的模具挤出得到所需形状的产品。	适于制造圆形、椭圆形、多边形和其他异形断裂面的管材或棒材。	物料强度低容易变形，并可能产生表面凹坑和起泡、开裂及内部裂纹等缺陷。	目前广泛应用于制备陶瓷炉管、绝缘子、催化剂载体或支撑体、热交换器管、汽车尾气过滤用蜂窝陶瓷载体，陶瓷辊棒等各种陶瓷产品，同时也可用于片状电容器、磁性材料基板、电子基片的成型。
	塑性成型(湿压法)	压延成型	借助于辊筒使物料多次受到挤压和延展作用	将粉料、添加剂和水均匀混合制成塑性物料，然后将物料经两个相向转动轧辊轧制，从而成为板状素坯的成型方法。轧膜成型所得坯体密度高，适于片状、板状物件的成型。	——	——	——
无模成型	增材制造	陶瓷3D打印	计算机建模切片逐层打印	3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。直接利用计算机CAD设计结果，将复杂的三维立体构件经计算机软件切片分割处理，形成计算机可执行象素单元文件，然后通过计算机输出的外部设备，将要成型的陶瓷粉体快速形成实际的像素单元，一个一个单元叠加的结果即可直接成型出所需要的三维立体构件。	高度柔性，技术的高度集成，快速性，自由成型制造等。	设备价格高，软件开发，材料开发，成型精度和质量等问题。效率较低。	——

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