功能陶瓷的原料及其加工工艺

发布时间 | 2023-07-20 16:55 分类 | 粉体入门 点击量 | 1546
石英 干燥 氧化铝 二氧化钛
导读:功能陶瓷的生产过程主要包括原料的处理与加工、配料、成型、烧成区电极制备、元件性能检测等基本单元操作。

功能陶瓷的生产过程主要包括原料的处理与加工、配料、成型、烧成区电极制备、元件性能检测等基本单元操作。

一、原料

功能陶瓷工业用的原料有天然原料和化工原料两类。天然原料含杂质较多,但价格便宜。天然原料分为可塑性原料和非可塑性原料。

可塑性原料主要是指黏土、膨润土等黏土类矿物,加工后具有一定塑性,有利于成型工艺,在高温下往往形成一定量矿物组成的熔体,起到降低陶瓷烧成温度的作用。非可塑性原料又称脊性物质,在坯体中起骨架作用。天然原料在加工前需经人工拣选和淘洗,尽量去掉有害杂质。

黏土

化工原料大多为金属和非金属氧化物、碳酸盐等,是功能陶瓷生产中最常用的原料。天然原料和化工原料的纯度和物理特性对功能陶瓷材料和产品性能的影响非常大,是生产必须注意的重要问题之一。随着高新科学技术的发展和需要,在功能陶瓷的研发和生产中,采用化工原料尤其是高纯度、超细度的化学试剂甚至使用纳米级试剂为原料。

二、备料工艺

备料工艺包括原料的称量、混磨、王燥、加黏合剂、造粒,制成符合成型工艺要求的粉料。原料称量前,大部分原料需要进行干燥处理、拣选、过筛,有些则需要预合成、煅烧等,以制成符合要求的化学组成或晶体结构的原料。

1.原料的煅烧

天然矿物原料和化工原料中,很多原料是同质多晶体,不同温度下,结晶状态或矿物结构不同。例如,工业氧化铝二氧化钛石英等是具有多种晶型结构的常用原料;滑石具有层片状或粒状结构,在高温下分解为偏硅酸镁(Mg0• SiO2,) 和游离的 SiO2 ,MgO • SiO2有几种结晶状态,晶型结构相互转变时伴有体积效应,原料中的这种多晶转变将导致体积变化,对烧成不利。原料的特殊矿物结构则给生产工艺带来困难,例如,层片状滑石配制的坯料,干压时不易压紧,挤压时易形成定向排列和造成层裂,烧成时又由于各个方向的收绪不一致,瓷件容易开裂和变形。解快这类问题,通常采取将原料进行煅烧促进晶体转化,装得具有优良电性能晶型的原料,这样可改变矿物结构,改善工艺性能,滅少制品最终烧结的收缩率,保证产品质量,提高和保证功能陶瓷产品的机电性能。

2.熔块合成

化工原料主是单成分的化合物,但在许多生产中需要多成分的原料。目前,我国专业生产这些中间原料的工厂较少,一般的工厂自己合成,用于再配料。合成料通常采用 800~1300℃的高温进行,煅烧后的合成料称为烧块、熔块或团块。合成过程大多是固相反应。可以采用差热分析了解合成过程中的物相变化,也可以由收缩膨账曲线和失重曲线了解合成过程中的物理化学变化和相变过程。合成过程也可在液相和气相下进行,并可形成超细、高纯、高活性的粉体。合成的温度选择很重要。温度太低,反应不充分,主晶相质量不好:温度太高,烧块过硬,,不易粉碎,活性降低,使烧成温度升高和变窄。

3.粉料的制备

为了改善功能陶瓷材料的性能、降低烧成温度和提高烧成质量,粉料制备应以获得高纯、均匀、超细为目的。制备方法包括机械加工法 (也称固相法)、液相法和气相法。日前,主要采用机械加工法。

三、成型方法

在功能陶瓷的生产中,大多数配料不含黏土,而是非可塑性的。为了满足成型要求,坯料中一般要加黏合剂。粘合剂的种类和加入量,由成型方法、原料性质、制品的形状、大小等因素决定。黏合剂应满足以下要求。

1.有足够的黏性,以保证良好的成型性和坯体的机械强度。

2.经高温煅烧能全部挥发,坯体中不留或极少留有黏合剂残余杂质。

3.工艺简单,没有腐蚀性,对瓷料性能无不良影响。

功能陶瓷的成型方法包括注塑成型、压制成型、浇铸成型等。注塑成型适用于复杂形状的功能陶瓷,压制成型适用于简单形状的功能陶瓷,浇铸成型适用于大型功能陶瓷。


粉体圈 整理

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作者:粉体圈

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