粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺.ppt

第七章粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺粉末冶金（PowderMetallurgy）与陶瓷(Ceramic)的主要制备工艺过程包括粉末制备、成型和烧结。其生产工艺过程可简单地表示为：粉末制备坯料制备成型干燥烧结后处理热压或热等静压烧结成品本章将讨论粉末冶金与陶瓷的成型原理、粉体制备技术、粉末冶金的成型工艺和陶瓷材料的成型工艺最后介绍快速成型工艺。第一节粉体成型原理一、粉料的基本物理性能1.粒度(ParticleSize)和粒度分布(ParticleSizeDistribution)粒度是指粉料的颗粒大小通常以颗粒半径r或直径d表示。粒度分布是指多分散体系中各种不同大小颗粒所占的百分比。2.颗粒的形态与拱桥效应人们一般用针状、多面体状、柱状、球状等来描述颗粒的形态。粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得多就是因为实际粉料不是球形加上表面粗糙图表以及附着和凝聚的作用结果颗粒互相交错咬合形成拱桥型空间增大了空隙率。这种现象称为拱桥效应（见图7-1）。3.粉体的表面特性（1）粉体颗粒的表面能(surfaceenergy)和表面状态粉体颗粒表面的“过剩能量”称为粉体颗粒的表面能。表7-1是当粒径发生变化时一般物质颗粒其原子数与表面原子数之间的比例变化。（2）粉体颗粒的吸附与凝聚(Coagulation)一个颗粒依附于其它物体表面上的现象称之为附着。而凝聚则是指颗粒间在各种引力作用下的团聚。4.粉料的堆积（填充）特性(PackingProperty)单一颗粒（即纯粗颗粒或细颗粒）堆积时的空隙率约40%。若用二种粒度（如平均粒径比为10:1）配合则其堆积密度增大；而采用三级粒度的颗粒配合则可得到更大的堆积密度。5.粉料的流动性(FlowingProperty)粉料虽然由固体小颗粒组成但由于其分散度较高具有一定的流动性。当堆积到一定高度后粉料会向四周流动始终保持为圆锥体（图7-2）其自然安息角（偏角）α保持不变。二、压制成型原理压制成型是基于较大的压力将粉状坯料在模型中压成块状坯体的。1.压制成型过程中坯体的变化（1）密度的变化（2）强度的变化（3）坯体中压力的分布图7-3为单面加压是坯体内部压力分布情况。2.影响坯体密度(Density)的因素（1）成型压力压制过程中施加于粉料上的压力主要消耗在以下二方面：1）克服粉料的阻力P1称为净压力。2）克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P2称为消耗压力。压制过程中的总压力P=P1+P2即成型压力。（2）加压方式图7-4为加压方式和压力分布关系图。（3）加压速度（4）添加剂的选用3.对压制用粉料的工艺性能要求由于压制成型时粉料颗粒必须能充满模型的各个角落因此要求粉料具有良好的流动性。为了得到较高的素坯密度粉料中包含的气体越少越好粉料的堆积密度越高越好。三、可塑泥团的成型原理1.可塑泥团的流变特性(RheologicalBehavior)图7－5为粘土泥团的应力－应变曲线。图7－6表示了粘土的含水量与其应力－应变－曲线的关系。2.影响泥团可塑性的因素（1）固相颗粒大小和形状一般地说泥团中固相颗粒愈粗呈现最大塑性时所需的水分愈少最大可塑性愈低；颗粒愈细则比表面愈大每个颗粒表面形成水膜所需的水分愈多由细颗粒堆积而成的毛细管半径越小产生的毛细管力越大可塑性也高。不同形状颗粒的比表面是不同的因而对可塑性的影响也有差异。（2）液相的数量和性质水分是泥团出现可塑性的必要条件。泥团中水分适当时才能呈现最大的可塑性如图7-7所示。3.对可塑坯料的工艺性能要求可塑性好含水量适当干燥强度高收缩率小颗粒细度适当空气含量低。四、泥浆/粉浆的成型原理1.泥浆的流变特性（1）泥浆的流动曲线图7-8为一些陶瓷原料泥浆的流动曲线。（2）影响泥浆流变性能的因素1）泥浆的浓度图7-9为不同浓度的可塑泥浆的流动曲线。2）固相的颗粒大小一定浓度的泥浆中固相颗粒越细、颗粒间平均距离越小吸引力增大位移时所需克服的阻力增大流动性减少。3）电解质的作用向泥浆中加入电解质是改善其流动性和稳定性的有效方法。4）泥浆的pH值pH值影响其解离程度又会引起胶粒ζ-电位发生变化导致改变胶粒表面的吸力与斥力的平衡最终使这类氧化物胶溶或絮凝。2.注浆成型对泥浆的工艺性能的要求制备出的泥浆应能够满足下列基本要求：流动性好稳定性好适当的触变性含水量少滤过性好坯体强度高脱模容易不含气泡。第二节