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工業陶瓷制作成型全過程和生產工藝流程講解
  • 作者:    來源:宜興市前錦特陶科技有限公司    時間:2021-12-9    點擊:389

工業陶瓷制作全過程和生產工藝流程講解

工業陶瓷制作成型過程:

工業陶瓷的生產過程:
 
工業陶瓷的生產過程主要包括坯體成形前的坯料準備、坯體成形、燒結、燒結及坯體的后續加工等內容。
 
1.坯體成形前的準備
 
首先是利用物理、化學等方法對粉料進行處理獲得所需要規格的粉體;然后按照瓷料的成分,將各種原料進行稱量配料,配料后根據不同的成形方法,混合制備成不同形式的坯料。
 
2.坯體成形
 
成形是將坯料制成具有一定形狀和規格的坯體?刹捎玫姆椒ㄓ校簼袼艹尚、注漿成型、模壓成型、注射成型、熱壓鑄成型、等靜壓成型、塑性成型、帶式成型等。
 
3.燒結
 
 燒結是對成形坯體進行低于熔點的高溫加熱,使其內部的粉體產生粘結,經過物質遷移導致致密化和高強度的過程。
 
4.后續加工
 
工業陶瓷經成形、燒結后,還可根據需要進行后續精密加工,使之符合表面粗糙度、形狀、尺寸等精度要求,如磨削加工、研磨與拋光、超聲波加工、激光加工,甚至切削加工等

    1.擠壓法成形
    擠壓(squeezingaction)法成形主要用來制造壁厚0.2mm左右的各種管狀產品(如高溫爐管、熱電偶套管、電容器瓷管等)和截斷面形狀規則的瓷棒或軸(如圓形、方形、橢圓形、六角形瓷棒等)。隨著粉料質量和泥料可塑性的提高,也可用來擠制長100~200mm、厚0.2~0.3mm的片狀坯膜,半干后再沖制成不同形狀的片狀制品,或用來擠制每平方厘米100~200個孔的蜂窩狀或篩格式穿孔陶瓷制品。
    >1—活塞 2—擠壓筒 3—瓷料 4—型環 5—型芯 6—擠嘴
    擠壓法成形過程。將真空煉制的泥料放入擠制機內,該機一頭可以通過活塞對泥料施加壓力,另一頭裝有機嘴(即成形模具)。通過更換機嘴,能擠出各種形狀的坯體,也可直接將擠嘴安裝在真空煉泥擠壓機上,成為真空煉泥擠壓機,其制品性能更好。擠出的坯體待晾干后可切割成所需長度的成品。
    2.刀壓法成形和滾壓法成形
    刀壓(cutterblank)法成形也稱旋壓法成形,如圖4-12所示,它是利用型刀和石膏模型進行成形的一種方法。成形時取定量的可塑泥料,投進旋轉的石膏模中,然后將型刀漸漸壓入泥料。由于型刀與旋轉著的模型之間存在相對運動,隨著模型的旋轉及型刀的擠壓和刮削作用,將坯泥沿石膏模型的工作面上展開形成坯件。刀口的工作弧線形狀與模型工作面的形狀構成了坯體的厚度。這種方法又可分為陰模法和陽模法。陰模法成形時石膏模內凹,模內壁決定坯體的外形,型刀決定坯體的內部形狀;陽模法成形時石膏模凸起,坯體內表面形狀由模型決定,外表面由型刀旋壓決定。
    滾壓(spinning)法成形是由刀壓法成形演變而來的,它與刀壓法成形的不同之處是將扁平的型刀改為回轉型的滾壓頭。成形時,滾壓頭和盛放泥料的模型分別繞自己的軸線以一定速度同方向旋轉。滾壓頭—面旋轉—面逐漸壓入泥料,泥料受“滾”和“壓”的作用而成形制品。與刀壓法成形相似,滾壓法成形可分為陽模滾壓成形和陰模滾壓成形兩種。
    3.車坯法成形
    車坯(turning)法成形是利用擠壓出的圓柱形泥團作為坯料,在臥式或立式車床上加工成形。車床的結構與金屬切削加工的普通車床相似。根據泥團所含水分的多少,又分為干車成形和濕車成形兩種;前者泥料水的質量分數為6%~11%,后者泥料水的質量分數為16%~18%。尺寸精度要求較高的產品多采用干車成形,但干車成形時粉塵多,生產率低,刀具損耗大。濕車成形的優缺點正好與干車成形相反。
    車坯法成形適合加工形狀較為復雜的圓形制品,特別是大型的圓形制品。
    4.軋模法成形
    軋模(rolldown)法成形是將準備好的坯料拌以一定量的有機粘結劑(一般用聚乙烯醇),并混合均勻后置入軋模機的兩軋輥之間進行加工。通過調整軋輥間距,經過多次輥軋,最終達到所要求的厚度。軋好的坯片需經沖切工序制成所需的坯件。
    由于在輥軋過程中,坯料只在厚度和前進方向受到碾壓,在寬度方向受力較小,因此坯料和粘結劑不可避免地會出現定向排列。干燥和燒結時,橫向收縮大,易產生變形和開裂,坯體性能也呈各向異性。軋模法成形適合生產厚度為1mm以下的薄片狀產品,但對厚度小于0.08mm的超薄片,難以用此法軋制且質量也不易控制。
    5.注漿法成形
    注漿法成形是在石膏模中進行的。石膏模具多孔且吸水性強,能很快吸收陶瓷漿料的水分,達到成形的目的。
    注漿法成形過程可以視為吸漿成坯和鞏固脫模兩個階段。吸漿成坯階段由于石膏模的吸水作用,先在靠近模型的工作面上形成一薄泥層,隨后泥層逐漸增厚達到所要求的坯體厚度。成形的動力是模型的毛細管力。此時不能馬上脫模,需繼續放置,即進入鞏固階段,模型繼續吸水及坯體表面水分蒸發并伴有干燥收縮。當水分降低到某一數值時,坯體內水分減少的速度會急劇變小,此時由于坯體收縮并有了一定的強度,脫模就比較容易。注漿法成形有三種基本方法:空心注漿法、實心注漿法以及熱壓注漿法。為了強化注漿過程,生產中還使用壓力注漿、離心注漿和真空注漿等。


工業陶瓷的生產工藝流程

工業陶瓷零件被應用于許多工業領域。因此,工業陶瓷零件與其它材料相比,具有許多優良的性能,必將在業界得到廣泛應用。那么,工業陶瓷的生產工藝流程是怎樣的呢?

  工業陶瓷成型方法有:干壓、注漿、擠壓、冷等靜壓、注射、澆鑄、熱壓和靜壓等。

  制造工業陶瓷瓷件的工藝過程一般分為三大步驟。每個環節都要做好,以保證質量。

  工業陶瓷用陶瓷粉來備制。

  如生產通用陶瓷零件,市場上已備好噴霧干燥造粒粉,如需自行控制物料配方,需購買球磨機、球磨機和噴霧干燥機。

  得到原料之后,就可以開始壓榨了。對2mm以下的片材,可考慮采用膠體成型法;對于大于2mm的陶瓷,可考慮采用模壓成型的方法。

  現在,工業陶瓷零件主要用于測溫儀器、熱電偶測溫計的保護管和絕緣管。同時,在工業電阻爐及實驗中,也可用于電爐、熱處理爐等。

  另外,鋼化分析碳管和硫管,以及其它耐高溫、耐酸、堿腐蝕的絕緣儀表部件,都是以陶瓷為基礎的。

  由于工業陶瓷瓷件具有強大的機械強度、抗熱震、良好的導熱性、絕緣性和較高的軟化溫度等優點,在許多行業中有很大的應用。

工業陶瓷的制作工藝

工業陶瓷的制作工藝摘要:工業陶瓷成型方法有很多種,生產中應根據工業陶瓷產品的形狀選擇成型方法,而不同的成型方法需選用的粘合劑不同。
  1、工業陶瓷成型方法與粘合劑的選擇

  工業陶瓷成型方法有很多種,生產中應根據工業陶瓷產品的形狀選擇成型方法,而不同的成型方法需選用的粘合劑不同。常見工業陶瓷成型方法、粘合劑種類及用量如下:

  工業陶瓷成型方法 粘合劑舉例 <粘合劑用量(質量%)

     工業陶瓷干壓法 聚乙烯醇縮丁醛等 1~5

  工業陶瓷澆注法 丙烯基樹脂類 1~3

  工業陶瓷擠壓法 甲基纖維素等 5~15

  工業陶瓷注射法 聚丙烯等 10~25

  工業陶瓷等靜壓法 聚羧酸銨等 0~3

  工業陶瓷粘合劑可分為潤滑劑、增塑劑、分散劑、表面活性劑(具有分散劑和潤滑功能)等,為滿足成型需要,通常采用多種有機材料的組合。選擇粘合劑,要考慮以下因素:

  l)、工業陶瓷粘合劑能被粉料潤濕是必要條件。當粉料的臨界表面張力或表面自由能比粘合劑的表面張力大時,才能很好地潤濕。

  2)、好的工業陶瓷粘合劑易于被粉料充分潤濕,且內聚力大。當粘合劑被粉料潤濕時,在相互分子間發生引力作用,粘合劑與粉料間發生紅結合(一次結合),同時,在粘合劑分子內,由于取向、誘導、分散效果而產生內聚力(二次結合)。雖然水也能把楊料充分潤濕,但水易揮發,分子量較小,內聚力小,不是好的粘合劑。

  工業陶瓷按各種有機材料內聚力大小順序,用基表示可排列如下:
  
  <CONH1>-CONH2>一COOH>一OH>-NO2>-COOC2H5> COOCH5>-CHO>=CO>-CH3>= CH2>-CH2
  
  3)、工業陶瓷粘合劑的分子量大小要適中。要想充分潤濕,希望分子量小,但內聚力弱。隨著分子量增大,結合能力增強。但當分子量過大時,圍內聚力過大而不易被潤濕,且易使坯體產生變形。為了幫助分子內的鏈段運動,此時要適當加入增塑劑,在其容易潤濕的同時,使粘合劑更加柔軟,便于成型。

  4)、為保證工業陶瓷產品質量,還需要防止從粘合劑、原材料和配制工序混人雜質,使產品產生有害的缺陷。
  
  在工業陶瓷原料配制中,用粉碎、混合等機械方法和粘合劑、分散劑配合,達到分散,盡可能不含有凝聚粒子。粘合劑受到種類及其分子量,粒子表面的性質和溶劑的溶解性等影響,吸附在原料粒子表面上,通過立體穩定化效果,起到防止粉末原料凝聚的作用。在成型工序中,粘合劑給原料以可塑性,具有保水功能,提高成型體強度和施工作業性。一般來說,粘合劑由于妨礙陶瓷的燒結,應在脫脂工序通過加熱使其分解揮發掉。因此,要選用能夠易于飛散除去以及不含有害無機鹽和金屬離子的有機材料,才能確保產品質量。
  
  2、工業陶瓷注射成型和成型用粘合劑
  
  氮化硅由于具有高強度、高耐磨性、低密度(輕量化)、耐熱化、耐腐蝕性等優良性能,所以適用于制造渦輪加料機葉輪、搖臂式燒嘴、輔助燃燒室等汽車用陶瓷部件。這些部件要求復雜的形狀、高精度尺寸和高可靠性。不允許有內在缺陷(裂紋、氣孔、異物等)和表面缺陷。
  
  滿足這些質量要求的成型技術之一,有陶瓷注射成型法(高壓)。其工藝流程如下:
  
  工業陶瓷成型工藝中,不能產生由成型材料的流動性、金屬模型溫度等引起的溝線和由成型條件引起的穴孔等缺陷;在脫脂工藝中,不使其產生由有機材料組成和熱分解速度引起的脫脂裂紋。有機材料的選定也得滿足這些質量要求。
  
  一般來說,陶瓷注射成型使用的有機材料由粘合劑、助劑、可塑劑構成,粘合劑可使用聚丙烯(PP)、無規則聚丙烯(APP)、聚乙烯(PE)、乙烯一醋酸乙烯共聚體(EVA)、聚苯乙烯(PS)、丙烯酸系樹脂等。其中PE具有優異的成型性;EVA與其他樹脂的相溶性好,流動性、成型性也好;APP具有與其他樹脂相溶性好、富于流動性和脫脂性的特征;PS流動性好。助劑有蠟石石蠟、微晶石蠟、變性石蠟、天然石蠟、硬脂酸、配合劑等。成型材料的流動性可以使用高式流動點測定器和熔化分度器進行評價。當脫脂具有粘合劑的含量多時,則脫脂性有降低的傾向,助劑的石蠟多者,脫脂性好。如果有機材料在特定的溫度區域不能全部飛散掉,就會影響陶瓷的燒結,因此,需要考慮熱分解特性,加以選擇。

  工業陶瓷注射成型使用的有機材料應選擇使得成型材料的流動性和成型體的脫脂性兩個特性達到最佳化。
  
  3、工業陶瓷擠壓成型和成型用粘合劑堇青石由于具有耐熱性、耐腐蝕性、多孔質性、低熱膨脹性等優良材料特性,所以廣泛用作汽車尾氣凈化催化劑用載體。堇青石蜂窩狀物利用原料粒子的取向,產生出蜂窩狀結構體的低熱膨脹,可用擠壓成型法來制造。
  
  根據堇青石分子組成(2MgO·2Al2O3·5SiO2),原料可選用滑石、高嶺土和氧化鋁。成型用坯土從口蓋里面的供給孔進入口蓋內,經過細分后,向薄壁擴展,再結合,由此求得延伸性和結合性好的質量。另外,作為擠壓成型后的蜂窩狀體,為了保持形狀,坯土的屈服值高者好,也就是說,選擇粘合劑應使坯土的流動性和自守性兩個性能達到最佳化。
  
  工業陶瓷原料粉末、粘合劑、助劑(潤滑劑、界面活性劑等)及水經機械混練后,用螺桿擠壓機連續式擠壓或用油壓柱塞式擠壓機擠壓成型。一般來說,擠壓成型使用的粘合劑只要用低濃度水溶液,便可顯示出高粘性的結合性能。常用的有甲基纖維素(MC)、羧甲基纖維素(CMC)、聚氧乙烯(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、羥乙基纖維素(HEC)等。MC能很好溶于水中,當加熱時很快膠化。CMC能很好溶于水中,分散性、穩定性也高。PVA 廣泛地用于各種成型。潤滑劑可減少粉體間的磨擦,界面活性劑可提高原料粉末與水的潤濕性。
  
  工業陶瓷缺乏可塑性,具有膨脹特性的坯土使擠壓不夠光滑,表面缺陷增加。因此,對粘合劑的性能應有評價指標。評價還土的可塑性方法,有施加扭曲、壓縮、拉伸等應力,求出應力與變形之間的關系,用毛細管流變計的方法、粘彈性的方法等。用這種方法可以評價坯土的自守性和流動性。在用粘彈性的方法評價時,可得出粘合劑配合量增加到一定程度時,自守性和流動性均會增加的結果。也就是說,粘合劑配合量的增加有助于原料的可塑性增加。
  
  有機材料是工業陶瓷的主要粘合劑,合理選用這些有機材料是保證產品質量的關鍵。在生產中,應根據粉料的特性、產品的形狀、成型方法綜合進行選擇。


  


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