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粉体成型工艺实验

学时安排（6学时）

1.实验的目的及意义
粉体成型就是将分体聚结成具有一定几何尺寸和显微结构的坯体.事实上,许多粉体要通过“粉体－成型－烧结”的工艺路线最终制备成实用的块体材料.由于陶瓷脆性大,难以二次加工,因此成型过程基本决定了陶瓷的几何尺寸.粉体成型有多种方法,各种方法有各有特点,应根据实际情况选用.本实验选择了有代表性的粉体成型技术供大家实践,这些成型方法在工业界及实验室广泛采用,做起实验来成本较低.本实验,学生可以感性的获得有关粉体成型的知识和经验.
本文仅介绍有代表性的几种技术：干压成型、热压注成型、丝网印刷、流延成型.(学生可任选三项)

2..背景知识

2.1干压成型是将通过造粒、流动性好,颗粒级配合适的粉料,装入模具内,通过压机的柱塞施以外加压力,使粉料压成制一定形状的坯体的方法.其特点是粘结剂含量较低,不通过干燥可以直接烧结,坯体收缩小,可以自动话生产.
干压成型的压制方式有仅用一个冲头对粉体进行压缩的所谓“单向压”和用两个冲头对粉体进行相向压缩的所谓“双向压”两种.本实验采用“单向压”
干压成型的重要工艺参数有造粒、压制方式、最高压力和保压时间等.

2.2热压注成型
热压铸成型即低压注射成型(LPIM:lowpressureinjectionmolding)，在陶瓷生产中是一种重要的成型方法，这种方法成型的产品尺寸精确，表面光洁度高，更重要的是这种成型方法可以生产形状复杂的产品，因此在工业陶瓷领域较为广泛，如氧化铝，氧化镁，氮化硅陶瓷的生产中。
热压铸成型具有设备简朴，模具磨损小，操作方便，生产效率高的优点。其成型的坯体尺寸较准确，光洁度较高，结构紧密[38]。这种方法可以成型形状复杂的中小型瓷件。热压铸成型是在热压铸机上进行的。它的基本原理是：在压力下将具有较好流动性的热浆料压入金属模内，并在压力的连续作用下充满整个金属模具同时凝固，然后除去压力，拆开模具，形成含蜡的半成品，再通过脱脂（除去粘结剂）和烧成即得到制品。
热压铸所用浆料一般选择石蜡作为粘结剂，同时加入少量表面活性剂。表面活性剂作用：一方面以改善粉料与石蜡之间的吸附，保证料浆长期加热后的稳定性；另一方面减少粉料与石蜡界面上的表面能，减少分子间的作用力，提高料浆的流动性，并减少石蜡用量。常用的表面活性剂有油酸、硬脂酸、蜂蜡等。制备浆料时石蜡的加入量一般为粉料质量的12.5wt%-13.5wt%，表面活性剂的加入量，使用油酸时一般为粉料质量的0.4%-0.8%，使用蜂蜡或硬脂酸时则为石蜡质量的5％左右。将石蜡加热熔化，然后将粉料加入，一边加热一边搅拌，也可以将粉料加热后加入石蜡溶液。当粉料与石蜡充足混合均匀后，经凝固制成蜡板，以备成型之用。
本实验采用图1所示的热压铸机成型.

图1热压注成型机

要保证热压铸的正常进行，蜡浆所要满足的重要性能指标涉及：
稳定性：长时间加热并且不搅拌时，蜡浆保持均匀不分层的性能。
可注性：蜡浆充满型腔得到准确外形的能力。一般粘度低、凝固速度小、粉料干燥、颗粒大小合适的蜡浆可注性好。
装填密度：单位体积坯体中所含粉料数量，装填系数大则烧成收缩变形小，结构稳定致密。
收缩率：熔化蜡浆凝固为固体时的体积收缩率。收缩率与粉料、石蜡的膨胀系数有关，与石蜡含量成正比，也和热压铸温度有关。
将配制好的蜡板放置在热压铸机的盛浆桶内，加热至一定温度，熔化的蜡浆在压缩空气的驱动下，通过供料管进入模腔，根据产品的具体情况，保持一定的时间后卸压，模型中的蜡浆冷却，脱模得到坯体。
热压铸成型方法生产的产品具有外形规整、尺寸精确、表面光洁度高等特点。热压铸成型工艺不仅可以成型精确尺寸的复杂形状制品，并且操作方便，生产效率高[38]。因此热压铸成型方法的使用十分广泛。
热压铸在成型过程中假如控制不合理容易产生各种不同的缺陷，如表1：
缺陷因素欠铸蜡浆流动性差；注浆口温度过高或过低；压力和注浆时间不够；
模具中气体未完全排除。凹坑浆料和模具温度过高，坯体冷却时收缩增大；脱模过早；
进浆口大小和位置不合理。变形模具温度过高或脱模过早，坯体未完全凝固。开裂模具温度过低，坯体冷却速度过快，模具型芯阻止坯体收缩而产生开裂。起泡蜡浆中具有空气；浆料流动性过大或压力过大；模具设计不合理。皱纹浆料性能不好，粘度大，流动性差；模具内空气未排尽；
成型时温度过低影响浆料流动性。表1热压铸成型过程易产生的缺陷及其因素
可见产生的缺陷重要是由蜡浆流动性，粘度，浆体和模具温度控制，成型压力等因素导致的。各种缺陷有着不同的改善措施减少缺陷，如凹坑的改善措施是掌握好浆料和模具温度及脱模时间,选择合适的进浆口尺寸和位置；气泡的改善措施是拌蜡时充足排除浆料中的空气,控制好石蜡及表面活性物质的加入量,防止加入过多引起浆料流动性过大,选择合适的成形压力,设