粉体圈首页     您好,欢迎来到粉体圈网络!
个人注册   企业注册   登录   找回密码   进入供求市场
粉体圈专注为粉碎设备,粉体设备等厂家提供粉体技术,粉体会议等信息及粉体展示和交流平台。 粉体圈专注为粉碎设备,粉体设备等厂家提供粉体技术,粉体会议等信息及粉体展示和交流平台。
当前位置:粉体圈首页>粉体技术>粉体加工技术>正文
一文认识陶瓷材料成型工艺
2017月12月18日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:843
0

陶瓷作为一种重要的结构和功能材料,被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等各个领域。陶瓷材料成型是为了得到内部均匀和高密度的坯体,提高成型技术是制备高性能陶瓷材料的关键步骤。不同形态的陶瓷粉体应用不同的成型方法。如何选择适宜的成型方法,主要取决于对陶瓷材料的性能要求和陶瓷粉体的自身性质(如颗粒尺寸、分布、表面积),下面小编简要介绍几种陶瓷材料成型工艺。


陶瓷材料成型工艺主要分为胶态成型工艺、固体无模成型工艺、气相成型工艺等。

 

一、胶态成型工艺

1、挤压成型

挤压成型是指将陶瓷粉体、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型体。

 

 

挤压成型陶瓷材料

 

挤压成型优点是:工艺过程简单、适合工业化生产。缺点是:物料强度低、容易变形,并可能产生表面凹坑和起泡、开裂以及内部裂纹等缺陷。

 

挤压成型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型生产。

 

2、压延成型

压延成型是指将陶瓷粉体、添加剂和水混合均匀,然后将塑性物料经两个相向转到滚柱压延,而成为板状素坯的成型方法。

 

压延法成型优点是:密度高,适于片状、板状物件的成型。

 

 

氧化锆陶瓷片

 

3、注射成型

陶瓷注射成型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型的,成型之后再把高聚物脱除。

 

注射成型优点是:可成型形状复杂的部件,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。

 

 

陶瓷注射成型机

 

目前,注射成型新技术主要有水溶液注射成型和气相辅助注射成型。

 

1)水溶液注射成型

水溶液注射成型采用水溶性的聚合物作为有机载体,很好的解决了脱脂问题。水溶液注射成型技术优点是:自动化控制水平高,而且成本低。

 

2)气体辅助注射成型

气体辅助注射成型是把气体引入聚合物熔体中而使成型过程更容易进行。适合于腐蚀性流体和高温高压下流体的陶瓷管道成型。

 

4、注浆成型

注浆成型工艺是利用石膏模具的吸水性,将制得的陶瓷粉体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。

 

注浆成型工艺优点是:成本低,过程简单,易于操作和控制。缺点是:成型形状粗糙,注浆时间较长,坯体密度、强度也不高。

 

5、流延成型

流延成型是将陶瓷粉体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0.011nm

 

流延成型首次主要用于铁电材料的浇注成型。同时,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,如氧化锆陶瓷手机背板等。

 

 

陶瓷手机背板

 

6、凝胶注模成型

凝胶注模成型作为一种新型的胶态成型方法,它是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型工艺中,通过将有机聚合物单体及陶瓷粉体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。

 

凝胶注模成型优点是:可净尺寸成型形状复杂、强度高、微观结构均匀、密度高的坯体,烧结成瓷的部件较干压成型的陶瓷部件有更好的电性能。缺点是:制备薄膜、厚膜时,坯体存在开裂、变型等问题。

 

目前,凝胶注模成型的陶瓷材料已广泛应用于电子、光学、汽车等领域。

 

 

凝胶注模成形的工艺流程图

 

7、直接凝固注模成型

直接凝固注模成型是一种近净尺寸原位凝固胶态成型方法,它主要利用了胶体化学的基本原理。目前,该方法已经成功地应用于成型氧化铝、氧化锆、碳化硅和氮化硅复杂形状的部件。

 

 

直接凝固注模成型陶瓷外挡块

 

直接凝固注模成型优点是:不需要或只需少量的有机添加剂,坯体不需脱脂,坯体密度均匀,相对密度高,可以成型大尺寸形状复杂的陶瓷部件。

 

8、水解辅助固化成型

水解辅助固化成型充分借鉴了水泥性物质的硬化、直接凝固注模成型和凝胶注模成型优点的一种陶瓷材料成型方法。成型过过程中,在陶瓷粉体浆料中加入AlN之后发生热水解,同时作为AlN的水解产物Al(OH)3在加热时可以胶态化,从而起到辅助固化、增加坯体强度的目的。

 

水解辅助固化成型优点是:工艺简单、浆料流变性好、固化快、密度高。缺点是:需额外的设备收集和中和氨,而且该工艺不适合于所有陶瓷。

 

该工艺主要应用于制备多相陶瓷材料,如氧化铝多相陶瓷、氧化铝增韧氧化锆陶瓷、Sialon陶瓷等

 

 

氧化铝增韧氧化锆陶瓷

 

9、电泳浇注成型

电泳浇注成型体系是将一个外部电场作用于陶瓷粉体浆料上,促进带电粒子的迁移(电泳),随后沉积在相反电极上。

 

电泳浇注成型工艺优点是:工艺简单、灵活、可靠。目前主要用于多层陶瓷电容器、传感器、梯度功能陶瓷、薄层陶瓷试管以及各种材料的涂层等。

 

 

多层陶瓷电容器

 

二、固体无模成型工艺

 

1、立体印刷成型

立体印刷成型以光敏树脂为原料,采用计算机控制下的紫外激光以预订原型各分层截面的轮廓为轨迹逐点扫描,使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应后固化,从而形成一个薄层截面。当一层固化后,向上(或下)移动工作台,在刚刚固化的树脂表面布放一层新的液态树脂,再进行新一层扫描、固化。新固化的一层牢牢地粘合前一层,如此重复至整个原型制造完毕。

 

目前,研究者用该方法研究了SiO2Si3N4Al2O3PZT压电陶瓷件等陶瓷材料成型。

 

2、三D打印成型

三维打印是指首先将陶瓷粉体铺在工作台上,通过喷嘴把粘结剂喷到选定的区域,将粉末粘结在一起,形成一个层,而后工作台下降,填粉后重复上述过程直至做出整个部件。

 

目前,研究者报道采用三D打印技术和热等静压工艺制备了Al2O3陶瓷材料。

 

 

陶瓷材料三D打印成型示意图

 

3、喷墨打印成型

喷墨打印成型技术是将待成型的陶瓷粉体与各种有机物配置成陶瓷墨水,通过打印机将陶瓷墨水打印到成型平面上成型。该工艺的关键是配制出分散均匀的陶瓷悬浮液,目前使用的陶瓷材料有ZrO2TiO2Al2O3等。

 

4、选区激光烧结法

选区激光烧结法以堆积在工作平台上的陶瓷粉体为原料,用高能CO2激光器从陶瓷粉体上扫描,将选定区内的陶瓷粉体烧结以做出部件的每一个层得到最终成型件。

 

 

选区激光烧结法示意图

 

三、气相成型

气相成型是利用气相反应生成纳米粉体颗粒,如能使粉体颗粒有效而且致密地沉积到模具表面,累积到一定厚度即成为制品,或者先使用其它方法制成一个具有开口气孔的坯体,再通过气相沉积工艺将气孔填充致密用这种方法可以制造各种复合材料。

 

气相成型优点是:可以避免一般超细粉料中的团聚问题。

 

参考文献:1、李淑静,李楠,陶瓷胶态成型方法研究新进展,耐火材料。

2、孙勇,王秀峰,快速原型制造技术在陶瓷制件上的研究进展,陕西科技大学学报。

3、黄勇,龙月洋,高性能陶瓷创新工艺—陶瓷胶态注射成型技术,中国陶瓷。

4、司文捷,苗赫濯,黄勇,陶瓷直接凝固注模成型,现代技术陶瓷。


相关内容:
0
 

点击加入粉体技术交流群粉体技术群
返回页顶