第五章陶瓷材料及工藝制作

第四章工業(yè)陶瓷及其加工技術(shù)陶瓷

——火與土凝結(jié)的藝術(shù)一、成份和特點(diǎn)二、分類三、性質(zhì)四、陶瓷在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用五、陶瓷的制造六、陶瓷的表面裝飾技術(shù)主要內(nèi)容陶瓷定義“陶瓷”這一名詞源自古代希臘的“燒物”，它意味著陶器是經(jīng)焙燒而賦予其強(qiáng)度的材料，即陶瓷被定義為“經(jīng)高溫?zé)崽幚砉に囁铣傻姆墙饘贌o(wú)機(jī)材料”。目前，陶瓷為所有無(wú)機(jī)非金屬材料的簡(jiǎn)稱。陶瓷材料也常稱為硅酸鹽材料。全面的定義為：陶瓷是用天然或人工合成的粉狀化合物，經(jīng)過(guò)成型和高溫?zé)Y(jié)制成的、由金屬元素和非金屬元素的無(wú)機(jī)化合物構(gòu)成的多相固體材料，包括陶器和瓷器，也包括玻璃、搪瓷、石膏、水泥、石灰、磚瓦、耐火材料等人造無(wú)機(jī)非金屬材料。近20年來(lái)，陶瓷材料有巨大的發(fā)展，許多新型陶瓷的成分遠(yuǎn)超出硅酸鹽的范疇，陶瓷的性能面臨重大的突破，陶瓷的應(yīng)用已滲透到各類工業(yè)、各種工程和各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。

一、成份和特點(diǎn)傳統(tǒng)意義的陶瓷主要指：陶器和瓷器，也包括玻璃、搪瓷、耐火材料、（硅酸鹽類材料）磚瓦等。（用粘土、石灰石、長(zhǎng)石、石英等天然硅酸鹽類礦物制成）現(xiàn)今意義上的陶瓷：變化巨大，許多新型陶瓷已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了硅酸鹽的范疇，是各種無(wú)機(jī)非金屬材料的通稱。一、成份和特點(diǎn)陶瓷材料是由天然礦物質(zhì)和人造化合物混合后，經(jīng)磨細(xì)、成型、燒結(jié)等工藝制成的?；瘜W(xué)成分：金屬元素和非金屬元素構(gòu)成的簡(jiǎn)單化合物；或復(fù)雜的多項(xiàng)固體混合物。結(jié)構(gòu)組織：離子晶體（大多）或共價(jià)晶體（較少）與含量不等的玻璃相和氣孔。一般特點(diǎn)：耐高溫、耐磨等。但受配方、成型工藝條件（影響陶瓷晶粒的大小、晶界形狀、氣孔大小及分布、組織均勻性等）等的影響。二、分類陶瓷普通陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷）日用、建筑、絕緣、化工、多孔陶瓷等特種陶瓷（現(xiàn)代陶瓷）按性能分類：高強(qiáng)度、高溫、耐磨、耐酸、壓電、電介質(zhì)、電光和光學(xué)、半導(dǎo)體、磁性、生物、導(dǎo)電、結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)、快離子導(dǎo)體陶瓷等；按化學(xué)組成分類：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、復(fù)合陶瓷（如氧氮化硅鋁陶瓷等）、金屬陶瓷、纖維增強(qiáng)陶瓷陶瓷新型陶瓷傳統(tǒng)陶瓷種類

傳統(tǒng)陶瓷

新型陶瓷

原料天然礦物原料人工精制合成原料（氧化物和非氧化物兩大類）成型注漿、可塑成型為主注漿、壓制、熱壓注、注射、軋膜、流延、等靜壓成型為主燒結(jié)溫度一般在1350℃以下，燃料以煤、油、氣為主結(jié)構(gòu)陶瓷常需1600℃左右高溫?zé)Y(jié)，功能陶瓷需精確控制燒結(jié)溫度，燃料以電、氣、油為主加工一般不需加工常需切割、打孔、研磨和拋光性能以外觀效果為主

以內(nèi)在質(zhì)量為主，常呈現(xiàn)耐溫、耐磨、耐腐蝕和各種敏感特性用途炊、餐具、陳設(shè)品

主要用于宇航、能源、冶金、交通、電子、家電等行業(yè)傳統(tǒng)陶瓷與現(xiàn)代陶瓷的對(duì)比新型陶瓷原料氧化鋁氧化鋯炭化硅氮化硅優(yōu)點(diǎn):高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕或各種敏感特性；原料易于制備、產(chǎn)品附加值高、應(yīng)用廣。鈉長(zhǎng)石質(zhì)瓷精陶釉及其分類釉是指附著于陶瓷坯體表面的連續(xù)玻璃質(zhì)層。它具有與玻璃相似的某些物理與化學(xué)性質(zhì)，但二者并不完全相同。釉在溶化時(shí)必須很粘稠而不流動(dòng)，才能保證在燒成時(shí)保持它原有的表面而不會(huì)流走，且能在直立的表面上不致下墜。某些藝術(shù)釉例外，如流動(dòng)釉等，它們?cè)跓蓵r(shí)反倒應(yīng)該具有較大流動(dòng)性。陶瓷施釉的目的在于改善坯體的表面性能，提高力學(xué)強(qiáng)度。陶瓷的釉料應(yīng)有下列性質(zhì)：（1）釉料必須在坯體燒結(jié)溫度下成熟；（2）釉料的組成要選擇適當(dāng)；（3）釉料在高溫溶化后，要具有適當(dāng)?shù)恼扯群捅砻鎻埩?；?）釉層質(zhì)地堅(jiān)硬，不易磕破或磨損。釉及其分類釉的分類三、陶瓷的性質(zhì)用途不同,其性能的突出要求不一樣。例如：日用陶瓷強(qiáng)調(diào)白度與強(qiáng)度；電瓷要求提高絕緣性；機(jī)電工程結(jié)構(gòu)材料用陶瓷,強(qiáng)調(diào)綜合性能（機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦及硬度）；功能陶瓷在電、磁、光、聲、熱、力等方面應(yīng)有特殊功能；化工陶瓷應(yīng)有高耐腐蝕性,耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度和耐溫度驟變。（1）光學(xué)性質(zhì)白度

白度指陶瓷材料對(duì)白光的反射能力。透光度

透光度是指瓷器允許可見(jiàn)透光的程度。常用透過(guò)瓷片的光強(qiáng)度與入射在瓷片上的光強(qiáng)度之比來(lái)表示?？赏腹獬潭扰c厚度、配料、燒制及顯微結(jié)構(gòu)有關(guān)。光澤度

光澤度指陶瓷器表面對(duì)可見(jiàn)光的反射能力。光澤度決定于瓷器表面的平坦與光滑程度（光潔度）。（2）力學(xué)性質(zhì)陶瓷材料最突出的缺點(diǎn)是脆弱，在外力的作用下不發(fā)生顯著的塑性變形即產(chǎn)生破壞抗壓強(qiáng)度很高，但是稍受外力沖擊便發(fā)生脆裂，這使陶瓷材料的應(yīng)用受到局限；陶瓷材料的硬度很高，有些陶瓷具有超硬的特點(diǎn)，用作刀具材料。新型工業(yè)陶瓷有所改善。（3）獨(dú)特的物理化學(xué)性能陶瓷材料耐高溫，是電和熱的不良導(dǎo)體，能承受外界溫度急劇變化而不損壞。具有良好的耐酸能力，能耐有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸及鹽的侵蝕，但是抵抗堿的侵能力較弱。

（4）氣孔率與吸水率氣孔率是指陶瓷制品所含氣孔的體積與制品體積的百分比。氣孔率的高低和密度的大小是鑒別和區(qū)分各種陶瓷的重要標(biāo)志。吸水率則反應(yīng)陶瓷制品燒結(jié)后的致密程度，隨著陶瓷制品的用途不同而異。

四、陶瓷制品1．日用器皿和瓷器一般具有良好的光澤度、透明度,熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度較高。日用陶瓷通常分四大類（根據(jù)瓷質(zhì)）：長(zhǎng)石質(zhì)瓷：是國(guó)內(nèi)外常用的日用瓷,也可作一般工業(yè)瓷制品；絹云母質(zhì)瓷：是我國(guó)的傳統(tǒng)日用瓷；骨質(zhì)瓷：近些年來(lái)得到廣泛應(yīng)用,主要作高級(jí)日用瓷制品；滑石質(zhì)瓷：我國(guó)發(fā)展的綜合性能較好的新型高質(zhì)日用瓷高石英質(zhì)日用瓷（最近幾年我國(guó)研制成功）：石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)在40%以上,具有瓷質(zhì)細(xì)膩、色調(diào)柔和、透光度好、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。四、陶瓷制品2．普通工業(yè)用瓷有石器和精陶，炻器是介于陶器和瓷器之間的一種陶瓷（如水缸、沙鍋）。工業(yè)陶瓷按用途可分：建筑衛(wèi)生瓷：用于裝鉗板、衛(wèi)生間裝置及器具等,通常尺寸較大,要求強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性好；電工瓷：主要指電器絕緣用瓷,也叫高壓陶瓷,要求機(jī)械性能高、介電性能和穩(wěn)定性好?；瘜W(xué)、化工瓷：用于化工制藥、食品等工業(yè)及實(shí)驗(yàn)室中的管道設(shè)備、耐蝕容器及實(shí)驗(yàn)器皿等,通常要求耐介質(zhì)腐蝕的能力要強(qiáng)。四、陶瓷在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用3．特種陶瓷（現(xiàn)代瓷、精細(xì)陶瓷或高性能陶瓷）在工業(yè)上主要是高溫陶瓷，應(yīng)用廣，且很重要。高溫陶瓷主要包括擴(kuò)：（1）氧化物陶瓷（2）硼化物陶瓷（3）氮化物陶瓷（4）碳化物陶瓷。3．特種陶瓷（1）氧化物陶瓷：常用的純氧化物陶瓷有：AL2O3、ZrO2二氧化鋯、MgO、CaO、BeO、Th02和U02等特點(diǎn)：熔點(diǎn)大多在2000℃以上,燒成溫度在1800℃左右；燒成溫度時(shí),氧化物顆粒發(fā)生快速燒結(jié),形成大塊陶瓷晶體(是單相多晶體結(jié)構(gòu))，有時(shí)有少量氣體產(chǎn)生；強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，但在1000℃以下一直保持較高的強(qiáng)度隨溫度變化不大。是高耐火度結(jié)構(gòu)材料，在任何高溫下都不會(huì)氧化。（1）氧化物陶瓷氧化鋁(剛玉)陶瓷：根據(jù)含雜質(zhì)的多少(在自然界中存在含少量Cr、Fe和Ti的純氧化鋁)。氧化鋁可呈紅色(如紅寶石)或藍(lán)色(如藍(lán)寶石)。熔點(diǎn)2050℃；抗氧化性好；微晶剛玉的硬度極高(僅次于金剛石),并且其紅硬性達(dá)1200℃。廣泛用作：耐火材料（剛玉耐火磚、高壓器皿、電爐爐管、熱電偶套管等）。還可做人骨、牙等。要求高的各類工具（切削淬火鋼刀具、金屬拔絲模等）使用性能皆高于其他工具材料。單晶體的純氧化鋁可作藍(lán)寶石激光器；氧化鋁管坯可用于納蒸氣照明燈泡。（1）氧化物陶瓷氧化鈹[pí]陶瓷：最大特點(diǎn)：導(dǎo)熱性極好,所以熱穩(wěn)定性很高。強(qiáng)度性能雖不高,但抗熱沖擊性較高；消散高能輻射的能力強(qiáng)、熱中子阻尼系數(shù)大等。常用于制造坩堝,還可作真空陶瓷和原子反應(yīng)堆陶瓷等。還可制造氣體激光管、晶體管散熱片以及集成電路的基片和外殼。氧化鋯陶瓷：熔點(diǎn)在2700℃以上,能耐2300℃的高溫,推薦使用溫度為2000℃。能抗熔融金屬的侵蝕,所以多用作鉑、鍺等金屬冶煉的坩堝和1800℃以上的發(fā)熱體及爐子、反應(yīng)堆絕熱材料等。氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷材料：強(qiáng)度達(dá)120OMPa、斷裂韌性為15.OMPa?m1/2(比原氧化鋁提高近3倍。)可替代金屬制造模具(拉絲模、泵葉輪等)；還可制造汽車零件（凸輪、推桿、連桿等）。工件表面不生銹不導(dǎo)電。還可做人工骨、關(guān)節(jié)等。（1）氧化物陶瓷（2）碳化物陶瓷包括：碳化硅、碳化硼、碳化鈰、碳化鉬、碳化鈮、碳化鈦、碳化鎢、碳化鉭、炭化釩、碳化鋯等。特點(diǎn)：熔點(diǎn)很高、硬度很大（近于金剛石）、耐磨性很好。導(dǎo)熱率很高，但耐高溫氧化能力差（約900℃—1000℃）。性脆主要應(yīng)用于：制造加熱元件（電爐內(nèi)壁）、砂輪及磨料等。（3）硼化物陶瓷常見(jiàn)的有：硼化鉻、硼化鉬、硼化鈦、硼化鎢和硼化鋯。特點(diǎn)：高硬度，耐化學(xué)侵蝕，熔點(diǎn)范圍1800℃—2500℃有較強(qiáng)的抗高溫氧化能力，使用溫度達(dá)1400℃。主要應(yīng)用于：高溫軸承、內(nèi)燃機(jī)噴嘴、耐高溫器件及電器觸點(diǎn)。（4）氮化物陶瓷最常用的是：氮化硅（Si3N4）(穩(wěn)定的共價(jià)鍵晶體，鍵能高)氮化硼(BN)。特點(diǎn)：硬度高、摩擦系數(shù)小有自潤(rùn)滑作用。在1200℃以下具有較高的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性能、熱膨脹系數(shù)小、抗沖擊。可做高溫下的結(jié)構(gòu)材料。主要應(yīng)用：高溫軸承、轉(zhuǎn)子葉片、刀具等。氮化硼（BN）

具有石墨類型的六方晶體結(jié)構(gòu)，又稱白色石墨。特點(diǎn)：硬度較低，可切削加工成型。導(dǎo)熱和抗熱性能高，在高壓和1360℃,六方氮化硼會(huì)轉(zhuǎn)化為立方氮化硼β-BN,密度為3045*103kg/m3,硬度提高到接近金石的硬度，可作金剛石的代用品。用于刃磨切刀具、高溫模具和磨料。耐熱性好，有自潤(rùn)滑作用，耐高溫下的腐蝕、絕緣性好。主要應(yīng)用：高溫耐磨材料和電絕緣材料。4．發(fā)光陶瓷材料是具有稀土離子激活特殊晶體結(jié)構(gòu)的新型材料。它是到目前為止最好的一種蓄光、發(fā)光材料。特點(diǎn)：亮效率高、吸收和發(fā)射范圍寬、熒光壽命長(zhǎng)等優(yōu)異光學(xué)性；該材料經(jīng)吸收各種可見(jiàn)光后，在暗處余輝發(fā)光時(shí)間可持續(xù)十幾個(gè)小時(shí)以上。其發(fā)光強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間是硫化鋅型熒光粉十?dāng)?shù)倍以上。其吸光、發(fā)光可無(wú)限次重復(fù)；化學(xué)性能穩(wěn)定，使用溫度范圍大；有良好的機(jī)械和熱學(xué)性能。無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)放射性元素，無(wú)環(huán)境污染。應(yīng)用方面：發(fā)射熒光的陶瓷著色劑：發(fā)光陶瓷材料可以制成細(xì)粉，做為廣泛用于各種涂料（油漆）和低溫下生產(chǎn)與使用的其他各種材料中（塑料、橡膠、油墨、膠片、各種紙、搪瓷釉、陶瓷釉等）。建筑裝飾：可使建筑物的墻壁、門(mén)窗、廳柱、地面，在照明低的環(huán)境中現(xiàn)出怡人的光輝和圖案；用于工藝美術(shù)：可制成在暗處放出美麗光彩的各種藝術(shù)品。交通運(yùn)輸：車輛夜間需顯示的部位、標(biāo)牌、道路、各類建筑物（障礙物）、飛機(jī)輪胎在無(wú)照明情況下需顯示各種標(biāo)志。日常生活用品：鐘表盤(pán)、手表盤(pán)、各種電源開(kāi)關(guān)，電話按鍵，文具玩具，服裝裝飾、飾品等。陶瓷刀

陶瓷刀(Ceramic

knife),一種新型廚具，不容易磨損變鈍。優(yōu)點(diǎn)：①衛(wèi)生抗菌：陶瓷晶粒細(xì)小，致密度高，可減少細(xì)菌孳生機(jī)會(huì)，不與食物中的酸堿物質(zhì)反應(yīng)，讓食物口味完整保留。②抗金屬過(guò)敏：陶瓷材質(zhì)目前廣泛應(yīng)用于牙材、人工關(guān)節(jié)之應(yīng)用，它與肌膚接觸不會(huì)對(duì)人體造成金屬過(guò)敏現(xiàn)象③易清潔：使用完后可用水直接沖洗，易于清潔。

④材質(zhì)特殊：陶瓷刀刃由一種先進(jìn)陶瓷材料所制，抗腐蝕，永不生銹。⑤抗摔：采用陶瓷粉料經(jīng)過(guò)超高溫?zé)Y(jié)制成，質(zhì)地比普通陶瓷緊密得多，相應(yīng)可以耐受大得多的壓力。缺點(diǎn)：一旦刀刃變鈍，只能用特殊的金剛石磨盤(pán)來(lái)磨刀刃，價(jià)格昂貴。在傳統(tǒng)柴油機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)用的金屬零件中，鋁合金的耐溫極限為350℃，鋼和鑄鐵的為450℃，最好的超級(jí)耐熱合金的也不能超過(guò)1093℃，限制了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度(熱效率)。汽缸工作溫度低不僅會(huì)由于燃料不能充分燃燒而造成能源浪費(fèi)，而且使車船飛機(jī)的速度受到了很大限制。優(yōu)點(diǎn)：耐高溫陶瓷，如氮化硅陶瓷等代替合金鋼制造陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作溫度可達(dá)1300℃-1500℃。陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率高，可節(jié)省30%的熱能，而且工作功率比鋼質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)提高45%以上。陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)需水冷系統(tǒng)，其密度也只有鋼的一半左右，這對(duì)減小發(fā)動(dòng)機(jī)自身重量也有重要意義。概述陶瓷的生產(chǎn)過(guò)程

將配制好的符合要求的坯料用不同的成型方法，制造出具有一定形狀的坯體，坯體經(jīng)干燥、施釉、燒結(jié)等工序，最后得到陶瓷制品。

成型過(guò)程原料處理坯料的制備坯體成型坯體成型方法澆注成型壓制成型熱壓注成型

五、陶瓷的制造成型基礎(chǔ)（一）．坯料的成型性能

坯料對(duì)坯體成型工藝的適應(yīng)性稱坯料的成型性能。坯料分類：可塑泥團(tuán)泥漿粉料（二）．調(diào)整坯料成型性能的添加劑

添加劑種類及其作用：

1.解凝膠（又稱解膠劑，稀釋劑）

主要用于注漿成型。應(yīng)用

粘土質(zhì)泥漿—無(wú)機(jī)電解質(zhì)、有機(jī)酸鹽類or聚合物電解質(zhì)瘠性料漿——有機(jī)酸鹽類or聚合物電解質(zhì)目的

改善泥漿的流動(dòng)性。成型基礎(chǔ)3．潤(rùn)滑劑

用于壓制成型目的提高粉料的濕潤(rùn)性，減少粉料顆粒之間及粉料與模具之間的摩擦，以增大壓制坯體的密度。2．結(jié)合劑

用于可塑成型目的

提高可塑泥團(tuán)的塑性，增強(qiáng)生坯的強(qiáng)度種類有機(jī)物及其溶液、無(wú)機(jī)物質(zhì)成型基礎(chǔ)新型陶瓷生產(chǎn)過(guò)程配料坯料制備成型燒結(jié)后續(xù)加工(1)配料

制作陶瓷制品，首先要按瓷料的組成，將所需各種原料進(jìn)行稱量配料，它是陶瓷工藝中最基本的一環(huán)。稱料務(wù)必精確，因?yàn)榕淞现心承┙M分加入量的微小誤差也會(huì)影響到陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能。(2)坯料制備

配料后應(yīng)根據(jù)不同的成形方法，混合制備成不同形式的坯料。如用于注漿成形的水懸浮液；用于熱壓注成形的熱塑性料漿；用于擠壓、注射、軋膜和流延成形的含有機(jī)塑化劑的塑性料；用于干壓或等靜壓成形的造粒粉料。

混合一般采用球磨或攪拌等機(jī)械混合法。

新型陶瓷生產(chǎn)過(guò)程(3)成形

是將坯料制成具有一定形狀和規(guī)格的坯體。成形技術(shù)與方法對(duì)陶瓷制品的性能具有重要意義，由于陶瓷制品品種繁多，性能要求、形狀規(guī)格、大小厚薄不一，產(chǎn)量不同，所用坯料性能各異，因此采用的成形方法各種各樣，應(yīng)經(jīng)綜合分析后確定。新型陶瓷生產(chǎn)過(guò)程(4)燒結(jié)

是對(duì)成形坯體進(jìn)行低于熔點(diǎn)的高溫加熱，使其粉體間產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，經(jīng)過(guò)物質(zhì)遷移導(dǎo)致致密化和高強(qiáng)度的過(guò)程。只有經(jīng)過(guò)燒結(jié)，成形坯體才能成為堅(jiān)硬的具有某種顯微結(jié)構(gòu)的陶瓷制品（多晶燒結(jié)體），燒結(jié)對(duì)陶瓷制品的顯微組織結(jié)構(gòu)及性能有著直接的影響。

(5)后續(xù)加工

陶瓷經(jīng)成形、燒結(jié)后，還可根據(jù)需要進(jìn)行后續(xù)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。切削加工是采用金剛石刀具在超高精度機(jī)床上進(jìn)行的，目前在陶瓷加工中僅有少量應(yīng)用。

新型陶瓷成型方法一、澆注成型澆注成型：陶瓷原料粉體懸浮于水中制成料漿，然后注入模型內(nèi)成型，坯體的形成主要有注漿成型（由模型吸水成坯）、凝膠注模成型（由凝膠原位固化）等方式。（一）注漿成型

注漿成型是將陶瓷懸浮料漿注入多孔質(zhì)模型內(nèi)，借助模型的吸水能力將料漿中的水吸出，從而在模型內(nèi)形成坯體。其工藝過(guò)程包括懸浮料漿制備、模型制備、料漿澆注、脫模取件、干燥等階段。

空心注漿法示意圖空心注漿法示意圖——續(xù)這是一種最古老也最廣泛使用的成型方法將配料加水或塑化劑制成塑性泥料，后用手工或機(jī)加工方法成型。在外力作用下，使坯料產(chǎn)生塑性變形，從而制成生坯。按其操作方法不同，可塑成型可分為雕塑、印坯、拉坯、旋壓和滾壓等種類，目前使用最廣泛的是旋壓和滾壓兩種?？伤艹尚蛡鹘y(tǒng)陶瓷成型方法可塑成型傳統(tǒng)陶瓷成型方法旋壓滾壓可塑成型傳統(tǒng)陶瓷成型方法其中，石膏模型和坯料旋轉(zhuǎn)1．懸浮料漿的制備

這是注漿成型工藝的關(guān)鍵工序，注漿成形料漿是陶瓷原料粉體和水組成的懸浮液。為保證料漿的充型及成型性，利于得到形狀完整、表面平滑光潔的坯體，減少成型時(shí)間和干燥收縮，減小坯體變形與開(kāi)裂等缺陷，要求料漿具有良好的流動(dòng)性、足夠小的粘度（<1Pa·s）、盡可能少的含水量、弱的觸變性（靜止時(shí)粘度變化?。?、良好的穩(wěn)定性（懸浮性）及良好的滲透（水）性等性能。

矛盾：新型陶瓷的原料粉體多為脊性料。必須采取一定措施，才能使料漿具有良好的流動(dòng)性與懸浮性，單靠調(diào)節(jié)料漿水分是不可能的。新型陶瓷成型方法注漿成型工藝

料漿懸浮的方法：（1）控制料漿的pH值，如Al2O3料漿在pH值為3或12時(shí)，可獲得較佳的流動(dòng)性與懸浮能力；（2）加入適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)聚合電解質(zhì)作分散劑，可降低料漿含水量，提高料漿的流動(dòng)性與懸浮性能。目前生產(chǎn)上采用加入0.3%～0.6%陶瓷粉體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的阿拉伯樹(shù)膠、羧甲基纖維素、聚丙烯酸銨鹽、聚甲基丙烯酸銨鹽等調(diào)制料漿，再配合pH值控制，可降低料漿含水量（料漿中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可低達(dá)20%～25%，甚至更低），且具有良好的流動(dòng)性。料漿通常采用濕法球磨或攪拌調(diào)制。最常用的注漿成形模型是石膏模，近年來(lái)也有用多孔塑料模的。

新型陶瓷成型方法注漿成型工藝新型陶瓷成型方法2．注漿方法

有實(shí)心注漿和空心注漿兩種基本方法。另外，為了強(qiáng)化注漿過(guò)程，鑄造生產(chǎn)的壓力鑄造、真空鑄造、離心鑄造等工藝方法也被用于注漿成形，并形成了壓力注漿、真空注漿與離心注漿等強(qiáng)化注漿方法。

（1）實(shí)心注漿

料漿注入模型后，料漿中的水分同時(shí)被模型的兩個(gè)工作面吸收，注件在兩模之間形成，沒(méi)有多余料漿排出。注漿成型工藝新型陶瓷成型方法a)實(shí)心注漿b)空心注漿c)離心注漿（2）空心注漿

料漿注入模型后，由模型單面吸漿，當(dāng)注件達(dá)到要求的厚度時(shí)，排出多余料漿而形成空心注件。坯體外形由模型工作面決定，坯體的厚度則取決于料漿在模型中的停留時(shí)間。

新型陶瓷成型方法（3）強(qiáng)化注漿

在注漿過(guò)程中，人為地對(duì)料漿施加外力，以加速注漿過(guò)程進(jìn)行，提高吸漿速度，使坯體致密度與強(qiáng)度得到提高。強(qiáng)化注漿法有真空注漿、離心注漿和壓力注漿等。

適用范圍：注漿成型適于制造大型厚胎、薄壁、形狀復(fù)雜不規(guī)則的制品。

優(yōu)點(diǎn)：成型工藝簡(jiǎn)單，

缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大，不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，且坯體燒結(jié)后的密度較小，強(qiáng)度較差，收縮、變形較大，所得制品的外觀尺寸精度較低，因此性能要求較高的陶瓷一般不采用此法生產(chǎn)。

注漿成型工藝新型陶瓷成型方法（二）

凝膠注模成型

凝膠注模成型：首先將陶瓷細(xì)粉加入含分散劑、有機(jī)高分子化學(xué)單體（如丙烯酰胺與雙甲基丙烯酰胺）的水溶液中，調(diào)制成低粘度、高固相（陶瓷原料粉的體積分?jǐn)?shù)通常達(dá)50%以上）含量的濃懸浮料漿;再將聚合固化引發(fā)劑（如過(guò)硫酸銨）加入料漿混合均勻，在料漿固化前將其注入無(wú)吸水性的模型內(nèi);在所加引發(fā)劑的作用下，料漿中的有機(jī)單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使?jié)鈶腋×蠞{在模型內(nèi)原位固化成形。

新型陶瓷成型方法二、壓制成型

壓制成型是將經(jīng)過(guò)造粒的粒狀陶瓷粉料，裝入模具內(nèi)直接受壓力而成型的方法。（一）造粒

造粒即制備壓制成型所用的坯料，它是在陶瓷原料細(xì)粉中加入一定量的塑化劑（如4%～6%的濃度為5%的聚乙烯醇水溶液，作用是使本無(wú)塑性的坯料具有可塑性），制成粒度較粗（約20目左右）、含一定水分、具有良好流動(dòng)性的團(tuán)粒，以利于陶瓷坯料的壓制成型。

對(duì)于新型陶瓷用粉料的粒度，應(yīng)是愈細(xì)愈好，但太細(xì)對(duì)成形性能不利。造粒質(zhì)量好壞直接影響成形坯體及燒結(jié)體的質(zhì)量，所以造粒是壓制成形工藝的關(guān)鍵工序。在各種造粒方法中，以噴霧干燥法造粒的質(zhì)量最好，且適用于現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)，目前已廣為采用。

噴霧干燥造粒法：將混合有適量塑化劑的陶瓷原料粉體預(yù)先調(diào)制成漿料(方法同注漿成形漿料的調(diào)制)，再用噴霧器噴入造粒塔進(jìn)行霧化和熱風(fēng)干燥，出來(lái)的粒子即為流動(dòng)性較好的球狀團(tuán)粒。新型陶瓷成型方法（二）

壓制方法

壓制方法主要有干壓成形、等靜壓成形和熱壓燒結(jié)成形等。

1．干壓成形

將造粒制備的團(tuán)粒(水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<6%)，松散裝入模具內(nèi)，在壓機(jī)柱塞施加的外壓力作用下，團(tuán)粒產(chǎn)生移動(dòng)、變形、粉碎而逐漸靠攏，所含氣體同時(shí)被擠壓排出，形成較致密的具有一定形狀、尺寸的壓坯，然后卸模脫出坯體。新型陶瓷成型方法

圖干壓成形的密度梯度a)單向加壓b)雙向加壓新型陶瓷成型方法單向加壓時(shí)，壓力的不均勻分布更明顯，而且坯體高度與直徑之比愈大，壓力分布愈不均勻。雙向加壓方式是上下壓頭（柱塞）從兩個(gè)方向向模套內(nèi)加壓，壓力分布的不均勻程度減輕，故壓坯密度相對(duì)較均勻。

為保證坯體質(zhì)量，干壓成形時(shí)需根據(jù)坯體形狀、大小、壁厚及粉料流動(dòng)性、含水量等情況，控制好成形壓力（一般為40～100MPa）、加壓速度與保壓時(shí)間等工藝參數(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：操作方便，生產(chǎn)周期短，效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，適宜大批量生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單（圓截面形、薄片狀等）、尺寸較?。ǜ叨葹?.3～60mm、直徑5～50mm）的制品；由于坯體含水或其它有機(jī)物較少，因此坯體致密度較高，尺寸較精確，燒結(jié)收縮小，瓷件力學(xué)強(qiáng)度高。

缺點(diǎn)：

干壓成形坯體具有明顯的各向異性，也不適于尺寸大、形狀復(fù)雜制品的生產(chǎn)；所需的設(shè)備、模具費(fèi)用較高。

新型陶瓷成型方法新型陶瓷成型方法2.等靜壓成型

是利用液體或氣體介質(zhì)均勻傳遞壓力的性能，把陶瓷粒狀粉料置于有彈性的軟模中，使其受到液體或氣體介質(zhì)傳遞的均衡壓力而被壓實(shí)成形的一種新型壓制成形方法。

特點(diǎn)：坯體密度高且均勻，燒結(jié)收縮小，不易變形，制品強(qiáng)度高、質(zhì)量好，適于形狀復(fù)雜、較大且細(xì)長(zhǎng)制品的制造。但等靜壓成形設(shè)備成本高。分類：冷等靜壓成形與熱等靜壓成形兩種。新型陶瓷成型方法(1)冷等靜壓成型

在室溫下，采用高壓液體傳遞壓力的等靜壓成形，根據(jù)使用模具不同又分為濕式等靜壓成形和干式等靜壓成形兩種。

冷等靜壓成形a)濕式b)干式模具兩頭并不施壓，適宜成型長(zhǎng)型、薄壁、管狀制品效率不高，成型多品種、形狀復(fù)雜、產(chǎn)量小和大型制品。(2)熱等靜壓成形型

在高溫下，采用惰性氣體代替液體作壓力傳遞介質(zhì)的等靜壓成形，是在冷等靜壓成形與熱壓燒結(jié)的工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，又稱熱等靜壓燒結(jié)。它用金屬箔代替橡膠膜，用惰性氣體向密封容器內(nèi)的粉末同時(shí)施加各向均勻的高壓高溫，使成型與燒結(jié)同時(shí)完成。

與熱壓燒結(jié)相比，該法燒結(jié)制品致密均勻，但所用設(shè)備復(fù)雜，生產(chǎn)效率低、成本高。新型陶瓷成型方法新型陶瓷成型方法3.熱壓燒結(jié)

是將干燥粉料充填入石墨或氧化鋁模型內(nèi)，再?gòu)膯屋S方向邊加壓、邊加熱，使成形與燒結(jié)同時(shí)完成。由于加熱加壓同時(shí)進(jìn)行，陶瓷粉料處于熱塑性狀態(tài)，有利于粉末顆粒的接觸、流動(dòng)等過(guò)程的進(jìn)行，因而可減小成形壓力，降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時(shí)間，容易得到晶粒細(xì)小、致密度高、性能良好的制品。

制品形狀簡(jiǎn)單，且生產(chǎn)效率低。

熱壓(成型)燒結(jié)示意圖新型陶瓷成型方法三、熱壓注成型

熱壓注成型：利用蠟類材料熱熔冷固的特點(diǎn)，將配料混合后的陶瓷細(xì)粉與熔化的蠟料粘合劑加熱攪拌成具有流動(dòng)性與熱塑性的蠟漿，在熱壓注機(jī)中用壓縮空氣將熱熔蠟漿注滿金屬模空腔，蠟漿在模腔內(nèi)冷凝形成坯體，再行脫模取件。蠟漿的制備是熱壓注成型工藝中最重要的一環(huán)，其制備過(guò)程下。原料：拌蠟前的陶瓷細(xì)粉應(yīng)充分干燥并加熱至60～80℃。石蠟作為增塑劑，具有良好的熱流動(dòng)性、潤(rùn)滑性和冷凝性，其加入量通常為陶瓷粉料用量的12%～16%。加入表面活性物質(zhì)（如油酸、硬脂酸、蜂臘等）的目的是使陶瓷細(xì)粉與石蠟更好結(jié)合，減少石蠟用量，改善蠟漿成形性能與提高臘坯強(qiáng)度。工藝：熱壓注成型時(shí)，蠟漿溫度一般為65～75℃、模具溫度為15～25℃、注漿壓力為0.3～0.5MPa及壓力持續(xù)時(shí)間通常為0.1～0.2s。

熱壓注成形的臘坯在燒結(jié)之前，要先埋入疏松、惰性的吸附劑（一般采用煅燒Al2O3粉料）中加熱（一般為900～1100℃）進(jìn)行排蠟處理，以獲得具有一定強(qiáng)度的不含蠟的坯體。新型陶瓷成型方法優(yōu)點(diǎn)：批量生產(chǎn)外形復(fù)雜、表面質(zhì)量好、尺寸精度高的中小型制品；設(shè)備較簡(jiǎn)單，操作方便，模具磨損小，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)：但坯體密度較低，燒結(jié)收縮較大，易變形，不宜制造壁薄、大而長(zhǎng)的制品，且工序較繁，耗能大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。新型陶瓷成型方法四、其它成形方法

（一）

擠壓成形

擠壓成型是將經(jīng)真空煉制的可塑泥料置于擠制機(jī)（擠坯機(jī)）內(nèi)，通過(guò)擠制機(jī)模具的機(jī)嘴與機(jī)芯，便可由其形成的擠出口擠壓出各種形狀、尺寸的坯體。

新型陶瓷成型方法

圖擠壓成形模具組合圖優(yōu)點(diǎn)：擠壓成型適于擠制長(zhǎng)尺寸細(xì)棒、壁薄管、薄片制品，其管棒直徑約Φ1～30mm，管壁與薄片厚度可小至0.2mm；

可連續(xù)批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高；坯體表面光滑、規(guī)整度好。缺點(diǎn)：模具制作成本高，且由于溶劑和粘結(jié)劑較多，導(dǎo)致燒結(jié)收縮大，制品性能受影響。

新型陶瓷成型方法（二）

注射成型

注射成型是將陶瓷粉和有機(jī)粘結(jié)劑混合后，加熱混練并