陶瓷材料成形工艺的研究新进展

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1、陶瓷材料成形工艺的研究新进展摘要当前阻碍陶瓷材料进一步发展的一个关键就是成形工艺技术没有突破。本文介绍了胶态成形、固体无模成形工艺及气态成形工艺，对上述工艺的原理、工艺过程及特点进行了比较，提出了陶瓷成形工艺的关键问题，并重点介绍了水基非塑性浆料的注射成形新工艺。关键词陶瓷，胶态成形，固体无模成形，气态成形，胶态注射成形1刖S陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。然而陶瓷所固冇的高强度、高硬度等优点却同时给

2、陶瓷件的成形、加工带来了很多困难。因此，研究各种陶瓷的成形技术变得至关重要。粉料成形技术的目的是为了得到内部均匀和高密度的坯体，提高成形技术是提高陶瓷产品可靠性的关键步骤［1］。成形是陶瓷生产过程的一个重要步骤，其过程就是将分散体系（粉料、塑性物料、浆料）转变为具有一定几何形状和强度的块体，也称素坯。成形的方法很多，本文主要介绍胶态成形工艺、固体无模成形工艺、陶瓷胶态注射成形技术这几种主耍的陶瓷成形工艺的成形原理、基本工艺及特点。不同形态的物料适合不同的成形方法，而究竟选择哪一种成形方法则取决于

3、对制品各方面的要求和粉料的自身性质(如颗粒尺寸、分布、表面积)。2胶态成形工艺2.1挤压成形(Extrusion)[2〜3]将粉料、粘结剂、润滑剂等与水均匀混合，然后将塑性物料挤压出刚性模具即可得到管状、柱状、板状以及多孔柱状成形体。其缺点主要是物料强度低、容易变形，并可能产生表面凹坑、起泡、开裂以及内部裂纹等缺陷。挤压成形用的物料以粘结剂和水作为塑性载体，尤其需用粘土以提高物料相容性，故其广泛应用于传统耐火材料如炉管、护套管以及一些电子材料的成形牛产。2.2压延成形(SheetForming)

4、[3〜4]将粉料、添加剂和水混合均匀，然后将塑性物料转到滚柱压延，而成为板状素坯。压延法成形密度高，适于片状、板状物件的成形。2.3注射成形(InjectionMolding)陶瓷注射成形是借助高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性来进行成形的，成形之后再把高聚物脱除。注射成形的优点是可成形形状复杂的部件，并且具有高的尺寸精度和均匀的显微结构；缺点是模具设计加工成本和有机物排除过程中的成本比较高。在克服传统注射成形缺点的基础上，水溶液注射成形(AqueousInjectionMolding)

5、和气相辅助注射成形(Gas-assistedCeramicInjectionMolding)相应发展起来[5〜6]o水溶液注射成形采用水溶性的聚合物作为有机载体，很好地解决了脱脂问题。水溶液注射成形技术可以很容易地实现自动控制，比起传统的注射成形来说降低了成本。气体辅助注射成形是把气体引入聚合物熔体中而使成形过程更容易进行，该技术开辟了许多新的应用途径，比如适用于腐蚀性流体,另外高温高压下流体的陶瓷管道也可以应用此方法生产［7］。2.4注浆成形(SlipCasting)SC工艺利用石膏模具的吸水

6、性，将制得的陶瓷浆料注入多孔质模具，由模具的气孔把浆料中的液体吸出，而在模具中留下坯体［8］。注浆成形工艺成本低、过程简单、易于操作和控制，但成形形状粗糙，注浆时间较长，坯体密度、强度也不高。人们在传统注浆成形的基础上，相继发展了新的压滤成形(PressureFiltration)和离心注浆成形(CentrifugalCasting),借助于外加压力和离心力的作用，来提高素坯的密度和强度，避免了注射成形中复杂的脱脂过程，但由于坯体均匀性差，因而不能满足制备高性能、高可靠性陶瓷材料的要求。2.5流

7、延成形(TapeCasting)［2］流延成形是将粉料与塑化剂混合得到流动的粘稠浆料，然后将浆料均匀地涂到转动着的基带上，或用刀片均匀地刷到支撑面上，形成浆膜，干燥后得到一层薄膜，带膜厚度一般为0.01〜lnm。60年代中期，Wentworth等首次将流延法用于铁电材料的浇注成形。此外，它还被广泛用于多层陶瓷、电子电路基板、压电陶瓷等器件的生产中［9］。2.6凝胶注模成形(GelCasting)［10］凝胶注模成形是20世纪90年代开发出的一种新型胶态成形工艺，由美国橡树岭国家实验室MarkA.

8、Janney教授等人首先发明。它将传统陶瓷工艺和化学理论有机结合起来，将高分子化学单体聚合的方法灵活地引入到陶瓷的成形工艺中，通过将有机聚合物单体及陶瓷粉末颗粒分散在介质中制成低粘度、高固相体积分数的浓悬浮体，并加入引发剂和催化剂，然后将浓悬浮体(浆料)注入非多孔模具中，通过引发剂和催化剂的作用使有机聚合物单体交联聚合成三维网状聚合物凝胶，并将陶瓷颗粒原位粘结而固化成坯体。目前的研究重点主要还是如何在结构陶瓷的成形上选择低壽性凝胶体系，清华大学的谢志鹏等将琼脂糖凝胶大分子用于陶瓷的原位凝固成形[