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工业陶瓷制作成型全过程和生产工艺流程讲解

工业陶瓷制作全过程和生产工艺流程讲解


工业陶瓷制作成型过程:


工业陶瓷的生产过程:

 

工业陶瓷的生产过程主要包括坯体成形前的坯料准备、坯体成形、烧结、烧结及坯体的后续加工等内容。

 

1.坯体成形前的准备

 

首先是利用物理、化学等方法对粉料进行处理获得所需要规格的粉体;然后按照瓷料的成分,将各种原料进行称量配料,配料后根据不同的成形方法,混合制备成不同形式的坯料。

 

2.坯体成形

 

成形是将坯料制成具有一定形状和规格的坯体。可采用的方法有:湿塑成型、注浆成型、模压成型、注射成型、热压铸成型、等静压成型、塑性成型、带式成型等。

 

3.烧结

 

 烧结是对成形坯体进行低于熔点的高温加热,使其内部的粉体产生粘结,经过物质迁移导致致密化和高强度的过程。

 

4.后续加工

 

工业陶瓷经成形、烧结后,还可根据需要进行后续精密加工,使之符合表面粗糙度、形状、尺寸等精度要求,如磨削加工、研磨与抛光、超声波加工、激光加工,甚至切削加工等


    1.挤压法成形

    挤压(squeezingaction)法成形主要用来制造壁厚0.2mm左右的各种管状产品(如高温炉管、热电偶套管、电容器瓷管等)和截断面形状规则的瓷棒或轴(如圆形、方形、椭圆形、六角形瓷棒等)。随着粉料质量和泥料可塑性的提高,也可用来挤制长100~200mm、厚0.2~0.3mm的片状坯膜,半干后再冲制成不同形状的片状制品,或用来挤制每平方厘米100~200个孔的蜂窝状或筛格式穿孔陶瓷制品。

    >1—活塞 2—挤压筒 3—瓷料 4—型环 5—型芯 6—挤嘴

    挤压法成形过程。将真空炼制的泥料放入挤制机内,该机一头可以通过活塞对泥料施加压力,另一头装有机嘴(即成形模具)。通过更换机嘴,能挤出各种形状的坯体,也可直接将挤嘴安装在真空炼泥挤压机上,成为真空炼泥挤压机,其制品性能更好。挤出的坯体待晾干后可切割成所需长度的成品。

    2.刀压法成形和滚压法成形

    刀压(cutterblank)法成形也称旋压法成形,如图4-12所示,它是利用型刀和石膏模型进行成形的一种方法。成形时取定量的可塑泥料,投进旋转的石膏模中,然后将型刀渐渐压入泥料。由于型刀与旋转着的模型之间存在相对运动,随着模型的旋转及型刀的挤压和刮削作用,将坯泥沿石膏模型的工作面上展开形成坯件。刀口的工作弧线形状与模型工作面的形状构成了坯体的厚度。这种方法又可分为阴模法和阳模法。阴模法成形时石膏模内凹,模内壁决定坯体的外形,型刀决定坯体的内部形状;阳模法成形时石膏模凸起,坯体内表面形状由模型决定,外表面由型刀旋压决定。

    滚压(spinning)法成形是由刀压法成形演变而来的,它与刀压法成形的不同之处是将扁平的型刀改为回转型的滚压头。成形时,滚压头和盛放泥料的模型分别绕自己的轴线以一定速度同方向旋转。滚压头—面旋转—面逐渐压入泥料,泥料受“滚”和“压”的作用而成形制品。与刀压法成形相似,滚压法成形可分为阳模滚压成形和阴模滚压成形两种。

    3.车坯法成形

    车坯(turning)法成形是利用挤压出的圆柱形泥团作为坯料,在卧式或立式车床上加工成形。车床的结构与金属切削加工的普通车床相似。根据泥团所含水分的多少,又分为干车成形和湿车成形两种;前者泥料水的质量分数为6%~11%,后者泥料水的质量分数为16%~18%。尺寸精度要求较高的产品多采用干车成形,但干车成形时粉尘多,生产率低,刀具损耗大。湿车成形的优缺点正好与干车成形相反。

    车坯法成形适合加工形状较为复杂的圆形制品,特别是大型的圆形制品。

    4.轧模法成形

    轧模(rolldown)法成形是将准备好的坯料拌以一定量的有机粘结剂(一般用聚乙烯醇),并混合均匀后置入轧模机的两轧辊之间进行加工。通过调整轧辊间距,经过多次辊轧,最终达到所要求的厚度。轧好的坯片需经冲切工序制成所需的坯件。

    由于在辊轧过程中,坯料只在厚度和前进方向受到碾压,在宽度方向受力较小,因此坯料和粘结剂不可避免地会出现定向排列。干燥和烧结时,横向收缩大,易产生变形和开裂,坯体性能也呈各向异性。轧模法成形适合生产厚度为1mm以下的薄片状产品,但对厚度小于0.08mm的超薄片,难以用此法轧制且质量也不易控制。

    5.注浆法成形

    注浆法成形是在石膏模中进行的。石膏模具多孔且吸水性强,能很快吸收陶瓷浆料的水分,达到成形的目的。

    注浆法成形过程可以视为吸浆成坯和巩固脱模两个阶段。吸浆成坯阶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层,随后泥层逐渐增厚达到所要求的坯体厚度。成形的动力是模型的毛细管力。此时不能马上脱模,需继续放置,即进入巩固阶段,模型继续吸水及坯体表面水分蒸发并伴有干燥收缩。当水分降低到某一数值时,坯体内水分减少的速度会急剧变小,此时由于坯体收缩并有了一定的强度,脱模就比较容易。注浆法成形有三种基本方法:空心注浆法、实心注浆法以及热压注浆法。为了强化注浆过程,生产中还使用压力注浆、离心注浆和真空注浆等。



工业陶瓷的生产工艺流程


工业陶瓷零件被应用于许多工业领域。因此,工业陶瓷零件与其它材料相比,具有许多优良的性能,必将在业界得到广泛应用。那么,工业陶瓷的生产工艺流程是怎样的呢?


  工业陶瓷成型方法有:干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、浇铸、热压和静压等。


  制造工业陶瓷瓷件的工艺过程一般分为三大步骤。每个环节都要做好,以保证质量。


  工业陶瓷用陶瓷粉来备制。


  如生产通用陶瓷零件,市场上已备好喷雾干燥造粒粉,如需自行控制物料配方,需购买球磨机、球磨机和喷雾干燥机。


  得到原料之后,就可以开始压榨了。对2mm以下的片材,可考虑采用胶体成型法;对于大于2mm的陶瓷,可考虑采用模压成型的方法。


  现在,工业陶瓷零件主要用于测温仪器、热电偶测温计的保护管和绝缘管。同时,在工业电阻炉及实验中,也可用于电炉、热处理炉等。


  另外,钢化分析碳管和硫管,以及其它耐高温、耐酸、碱腐蚀的绝缘仪表部件,都是以陶瓷为基础的。


  由于工业陶瓷瓷件具有强大的机械强度、抗热震、良好的导热性、绝缘性和较高的软化温度等优点,在许多行业中有很大的应用。


工业陶瓷的制作工艺


工业陶瓷的制作工艺摘要:工业陶瓷成型方法有很多种,生产中应根据工业陶瓷产品的形状选择成型方法,而不同的成型方法需选用的粘合剂不同。

  1、工业陶瓷成型方法与粘合剂的选择


  工业陶瓷成型方法有很多种,生产中应根据工业陶瓷产品的形状选择成型方法,而不同的成型方法需选用的粘合剂不同。常见工业陶瓷成型方法、粘合剂种类及用量如下:


  工业陶瓷成型方法 粘合剂举例 <粘合剂用量(质量%)


     工业陶瓷干压法 聚乙烯醇缩丁醛等 1~5


  工业陶瓷浇注法 丙烯基树脂类 1~3


  工业陶瓷挤压法 甲基纤维素等 5~15


  工业陶瓷注射法 聚丙烯等 10~25


  工业陶瓷等静压法 聚羧酸铵等 0~3


  工业陶瓷粘合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂(具有分散剂和润滑功能)等,为满足成型需要,通常采用多种有机材料的组合。选择粘合剂,要考虑以下因素:


  l)、工业陶瓷粘合剂能被粉料润湿是必要条件。当粉料的临界表面张力或表面自由能比粘合剂的表面张力大时,才能很好地润湿。


  2)、好的工业陶瓷粘合剂易于被粉料充分润湿,且内聚力大。当粘合剂被粉料润湿时,在相互分子间发生引力作用,粘合剂与粉料间发生红结合(一次结合),同时,在粘合剂分子内,由于取向、诱导、分散效果而产生内聚力(二次结合)。虽然水也能把杨料充分润湿,但水易挥发,分子量较小,内聚力小,不是好的粘合剂。


  工业陶瓷按各种有机材料内聚力大小顺序,用基表示可排列如下:

  

  <CONH1>-CONH2>一COOH>一OH>-NO2>-COOC2H5> COOCH5>-CHO>=CO>-CH3>= CH2>-CH2

  

  3)、工业陶瓷粘合剂的分子量大小要适中。要想充分润湿,希望分子量小,但内聚力弱。随着分子量增大,结合能力增强。但当分子量过大时,围内聚力过大而不易被润湿,且易使坯体产生变形。为了帮助分子内的链段运动,此时要适当加入增塑剂,在其容易润湿的同时,使粘合剂更加柔软,便于成型。


  4)、为保证工业陶瓷产品质量,还需要防止从粘合剂、原材料和配制工序混人杂质,使产品产生有害的缺陷。

  

  在工业陶瓷原料配制中,用粉碎、混合等机械方法和粘合剂、分散剂配合,达到分散,尽可能不含有凝聚粒子。粘合剂受到种类及其分子量,粒子表面的性质和溶剂的溶解性等影响,吸附在原料粒子表面上,通过立体稳定化效果,起到防止粉末原料凝聚的作用。在成型工序中,粘合剂给原料以可塑性,具有保水功能,提高成型体强度和施工作业性。一般来说,粘合剂由于妨碍陶瓷的烧结,应在脱脂工序通过加热使其分解挥发掉。因此,要选用能够易于飞散除去以及不含有害无机盐和金属离子的有机材料,才能确保产品质量。

  

  2、工业陶瓷注射成型和成型用粘合剂

  

  氮化硅由于具有高强度、高耐磨性、低密度(轻量化)、耐热化、耐腐蚀性等优良性能,所以适用于制造涡轮加料机叶轮、摇臂式烧嘴、辅助燃烧室等汽车用陶瓷部件。这些部件要求复杂的形状、高精度尺寸和高可靠性。不允许有内在缺陷(裂纹、气孔、异物等)和表面缺陷。

  

  满足这些质量要求的成型技术之一,有陶瓷注射成型法(高压)。其工艺流程如下:

  

  工业陶瓷成型工艺中,不能产生由成型材料的流动性、金属模型温度等引起的沟线和由成型条件引起的穴孔等缺陷;在脱脂工艺中,不使其产生由有机材料组成和热分解速度引起的脱脂裂纹。有机材料的选定也得满足这些质量要求。

  

  一般来说,陶瓷注射成型使用的有机材料由粘合剂、助剂、可塑剂构成,粘合剂可使用聚丙烯(PP)、无规则聚丙烯(APP)、聚乙烯(PE)、乙烯一醋酸乙烯共聚体(EVA)、聚苯乙烯(PS)、丙烯酸系树脂等。其中PE具有优异的成型性;EVA与其他树脂的相溶性好,流动性、成型性也好;APP具有与其他树脂相溶性好、富于流动性和脱脂性的特征;PS流动性好。助剂有蜡石石蜡、微晶石蜡、变性石蜡、天然石蜡、硬脂酸、配合剂等。成型材料的流动性可以使用高式流动点测定器和熔化分度器进行评价。当脱脂具有粘合剂的含量多时,则脱脂性有降低的倾向,助剂的石蜡多者,脱脂性好。如果有机材料在特定的温度区域不能全部飞散掉,就会影响陶瓷的烧结,因此,需要考虑热分解特性,加以选择。


  工业陶瓷注射成型使用的有机材料应选择使得成型材料的流动性和成型体的脱脂性两个特性达到最佳化。

  

  3、工业陶瓷挤压成型和成型用粘合剂堇青石由于具有耐热性、耐腐蚀性、多孔质性、低热膨胀性等优良材料特性,所以广泛用作汽车尾气净化催化剂用载体。堇青石蜂窝状物利用原料粒子的取向,产生出蜂窝状结构体的低热膨胀,可用挤压成型法来制造。

  

  根据堇青石分子组成(2MgO·2Al2O3·5SiO2),原料可选用滑石、高岭土和氧化铝。成型用坯土从口盖里面的供给孔进入口盖内,经过细分后,向薄壁扩展,再结合,由此求得延伸性和结合性好的质量。另外,作为挤压成型后的蜂窝状体,为了保持形状,坯土的屈服值高者好,也就是说,选择粘合剂应使坯土的流动性和自守性两个性能达到最佳化。

  

  工业陶瓷原料粉末、粘合剂、助剂(润滑剂、界面活性剂等)及水经机械混练后,用螺杆挤压机连续式挤压或用油压柱塞式挤压机挤压成型。一般来说,挤压成型使用的粘合剂只要用低浓度水溶液,便可显示出高粘性的结合性能。常用的有甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素(CMC)、聚氧乙烯(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、羟乙基纤维素(HEC)等。MC能很好溶于水中,当加热时很快胶化。CMC能很好溶于水中,分散性、稳定性也高。PVA 广泛地用于各种成型。润滑剂可减少粉体间的磨擦,界面活性剂可提高原料粉末与水的润湿性。

  

  工业陶瓷缺乏可塑性,具有膨胀特性的坯土使挤压不够光滑,表面缺陷增加。因此,对粘合剂的性能应有评价指标。评价还土的可塑性方法,有施加扭曲、压缩、拉伸等应力,求出应力与变形之间的关系,用毛细管流变计的方法、粘弹性的方法等。用这种方法可以评价坯土的自守性和流动性。在用粘弹性的方法评价时,可得出粘合剂配合量增加到一定程度时,自守性和流动性均会增加的结果。也就是说,粘合剂配合量的增加有助于原料的可塑性增加。

  

  有机材料是工业陶瓷的主要粘合剂,合理选用这些有机材料是保证产品质量的关键。在生产中,应根据粉料的特性、产品的形状、成型方法综合进行选择。