特种陶瓷工艺学——特种陶瓷成型方法

一、特种陶瓷的成型新技术及其趋势1.热压铸成型热压铸成形也是注浆成形的一种,是在坯料中混入石蜡,利用石蜡的热流特性,使用金属模具在压力下进行成形,冷凝后获得坯体的方法。

热压铸成形的工作原理:先将定量石蜡熔化为蜡液,与烘干的陶瓷粉混合凝固后制成蜡板,再将蜡板置于热压铸机筒内,加热熔化成浆料,通过吸铸口压入模腔,保压、去压、冷却成形，然后脱模取出坯体,热压铸形成的坯体在烧结之前须经排蜡处理。

该工艺适合形状复杂、精度要求高的中小型产品的生产,其设备简单、操作方便、劳动强度小、生产效率高。

在特种陶瓷生产中经常被采用。

但该工艺工序比较复杂、耗能大、工期长,对于大而长的薄壁制品,由于其不易充满模具型腔而不太适宜。

2.挤压成型将粉料、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、板状以及多孔柱状坯体。

其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。

挤压成形用的物料以粘结剂和水做塑性载体,尤其需用粘土以提高物料相容性,故其广泛应用于传统耐火材料，如炉管以及一些电子材料的成形。

3.凝胶注膜成型凝胶注模成形是一种胶态成形工艺,它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形工艺中,通过将有机聚合物单体及陶瓷粉末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有机物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。

凝胶注模成形作为新型的胶态成形方法, 可净尺寸成形形状复杂、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形的陶瓷部件有更好的电性能,已广泛应用于电子、光学、汽车等领域。

4.粉末注射成型金属、陶瓷粉末注射成形(PIM)是一种新的金属、陶瓷零部件制备技术。

它是将聚合物注射成形技术引入粉末冶金领域而生成的一种全新零部件加工技术。

特种陶瓷制备工艺采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行结构设计及控制制造的方法进行制造、加工，具有优异特性的陶瓷称为特种陶瓷。

由于不同的化学组分和显微结构而决定其具有不同的性质和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、光电、电光、声光、磁光、超导、生物相容性等。

由于绝缘特殊，这类陶瓷可运用于高温、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科技技术的重要组成部分。

特种陶瓷的生产步骤大致可以分为三步：第一步是陶瓷粉体的制备、第二步是成型、第三步是烧结。

一、陶瓷粉体的制备粉体的制备方法有：固相法、液相法、和气相法等。

1.固相法：化合反应法：化合反应一般具有以下的反应结构式：A(s)+B(s)→C(s)+D(g)两种或两种以上的固态粉末，经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末，有时也伴随一些气体逸出。

钛酸钡粉末的合成就是典型的固相化合反应。

等摩尔比的钡盐BaCO3和二氧化钛混合物粉末在一定条件下发生如下反应：BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑该固相化学反应在空气中加热进行。

生成用于PTC制作的钛酸钡盐，放出二氧化碳。

但是，该固相化合反应的温度控制必须得当，否则得不到理想的、粉末状钛酸钡。

热分解反应法：用硫酸铝铵在空气中进行热分解，就可以获得性能良好的Al2O3粉末。

氧化物还原法：特种陶瓷SiC、Si3N4的原料粉，在工业上多采用氧化物还原方法制备，或者还原碳化，或者还原氧化。

例如SiC粉末的制备，是将SiO2与粉末混合在1460～1600℃的加热条件下，逐步还原碳化。

其大致历程如下：SiO2+C→SiO+CO↑SiO+2C→SiC+CO↑SiO+C→Si+CO↑Si+C→SiC2.液相法：由液相法制备粉末的基本过程为：金属盐溶液→盐或氢氧化物→氧化物粉末所制得的氧化物粉末的特性取决于沉淀和热分解两个过程。

热分解过程中，分解温度固然是个重要因素，然而气氛的影响也很明显。

特种陶瓷工艺学特种陶瓷生产工艺特种陶瓷粉体性能及其制备技术特种陶瓷的成型方法特种陶瓷的烧结机制及其方法特种陶瓷的加工，以超硬材料金刚石、C B N 烧结体为主特种陶瓷成型配料常用的配料计算方法有两种：一种是按化学计量式进行式计算各原料的质量分数，以及各原料的质量分有这么高的纯度，精确计算时应予以修正。

原料中如有水分则需烘干，否则要扣除水化学组成Al 2O 3MgO CaO SiO 2wt%93 1.31.0 4.7只能由滑石引入：由高岭土和滑石同时引入：①去除原料中易挥发的杂质、化学结合和物理吸附注意以下几个方面：混料特种陶瓷成型塑化：可塑性：塑化剂：塑化特种陶瓷成型特种陶瓷成型塑化机理特种陶瓷成型塑化剂常用塑化剂塑化剂的选择塑化剂的影响特种陶瓷成型还原作用：对制品性能的影响特种陶瓷成型造粒①一般造粒法②加压造粒法③喷雾造粒法④冻结造粒法特种陶瓷成型喷雾造粒特种陶瓷成型喷雾造粒特种陶瓷成型悬浮问题（1）控制溶液PH值（2）有机胶体和表面活性物质的吸附特种陶瓷成型带电粒子在水溶液中的双电层结构扩散层吸附层对于固定体系E是固定的可通过塑化剂或者解凝剂调整特种陶瓷成型（1）控制溶液PH值特种陶瓷成型Al203料浆的PH 值、ζ电位以及粘度的关系曲线。

当PH 值由1～14时，ζ电位出现两次最大值，最大值处粘度最低酸性介质中粘度更低特种陶瓷成型有机表面活性物质的吸附（2）有机胶体和表面活性物质的吸附成型特种陶瓷成型特种陶瓷成型注浆成型特种陶瓷成型注浆成型注浆过程操作实例特种陶瓷成型特种陶瓷成型热压铸成型特种陶瓷成型热压铸成型：制备蜡浆料成蜡液，然后与粉料均匀混合，凝固后制成蜡板。

粉料要保证含水量不大于制备蜡浆时，在粉料中加入少量的表面活性剂(料浆性能要确保稳定性与可铸性热压铸成型：热压铸特种陶瓷成型热压铸成型：高温排蜡特种陶瓷成型工艺关键：控制升温速度和最高温度特种陶瓷成型排蜡工艺实例挤压成型特种陶瓷成型料浆要求：特点：挤压制造蜂窝状坯体模具特种陶瓷成型注射成型模压成型特种陶瓷成型工艺要求：注意加压速度和保压时间特点特种陶瓷成型特种陶瓷成型特种陶瓷成型模压成型机特种陶瓷成型等静压成型特种陶瓷成型特点：特种陶瓷成型特种陶瓷成型轧膜成型流延法成型特种陶瓷成型特种陶瓷成型干燥。

第3章特种陶瓷成型与烧结方法特种陶瓷是一类具有特殊性能的陶瓷材料，通常用于高温、高压、高耐磨、高绝缘等领域。

特种陶瓷的成型与烧结方法对其最终性能起到决定性的影响。

本章将介绍特种陶瓷的常见成型方法和烧结方法。

特种陶瓷的成型方法主要有浇注成型、压制成型和注射成型。

浇注成型是将特种陶瓷浆料倒入模具中，通过自然沉降或震动使浆料填充到模具的各个角落。

浇注成型适用于形状复杂、尺寸大、精度要求不高的陶瓷制品。

压制成型是将特种陶瓷粉末加入模具中，然后通过机械压力使粉末充分密实，形成所需形状的瓷坯。

压制成型适用于制备形状简单、尺寸小、精度要求高的陶瓷制品。

常见的压制成型方法有干压成型和等静压成型。

干压成型是将特种陶瓷粉末加入模具中，然后通过机械压力进行压制，将粉末压制成所需形状的瓷坯。

干压成型适用于成型粘度较低的陶瓷粉末，常用于制备砖瓦、石材等制品。

等静压成型是将特种陶瓷粉末加入模具中，然后通过高压、高温等条件进行压制，使粉末充分结合，在模具中形成所需形状的瓷坯。

等静压成型适用于高度致密的特种陶瓷制品，如金刚石、硼氮、氧化锆等。

注射成型是将特种陶瓷浆料注入到模具中，然后通过压力使浆料填满整个模具，形成所需形状的瓷坯。

注射成型适用于形状复杂、尺寸小、精度要求高的特种陶瓷制品。

特种陶瓷的烧结方法主要有传统烧结、微波烧结和等离子烧结。

传统烧结是将特种陶瓷瓷坯置于高温炉中，在一定的温度范围内进行长时间的烧结。

传统烧结适用于大多数特种陶瓷材料，可以使陶瓷材料的结合力和致密度得到提高。

微波烧结是利用微波的加热效应，将特种陶瓷瓷坯置于微波场中进行加热和烧结。

微波烧结可以实现快速、均匀的烧结，可以提高特种陶瓷材料的性能。

等离子烧结是利用等离子体的高温、高能量特性，对特种陶瓷瓷坯进行加热和烧结。

等离子烧结可以在较短的时间内实现高温烧结，能够提高特种陶瓷材料的致密度和光滑度。

总之，特种陶瓷的成型与烧结方法对其最终性能起到重要的影响。

特种陶瓷的制备方法
特种陶瓷是指具有特殊功能和性能的陶瓷材料，常用于高科技领域。

其制备方法主要包括以下几种：
1. 粉末冶金法：将陶瓷原料粉末混合后，在高温下通过压制和烧结等过程将其固化成块状材料。

常见的方法有热等静压、冷等静压、热等静压烧结等。

2. 溶胶-凝胶法：将陶瓷前驱体通过溶胶-凝胶过程进行制备。

首先将溶胶中的金属离子或无机化合物通过水解、缩聚或聚合等反应形成凝胶，然后通过热处理将凝胶转化为陶瓷材料。

3. 化学气相沉积法：通过将气体中的化学物质在高温下分解反应，使分解产物沉积在基底表面形成陶瓷薄膜。

常见的方法有化学气相沉积、热分解和物理气相沉积。

4. 电化学沉积法：在电化学工作电极上通过电化学反应将金属离子还原成金属沉积在基底上形成陶瓷薄膜。

通常包括电化学沉积、电化学离子共沉积等方法。

5. 激光烧结法：利用高能激光束对陶瓷粉末进行加热和烧结，使其瞬间熔融并结合成致密的陶瓷材料。

该方法具有快速、高效、精密的特点，适用于制备复杂形状和高精度的特种陶瓷。

以上是常见的特种陶瓷制备方法，不同方法适用于不同的特种陶瓷材料和要求。

在实际应用中，通常会根据具体需求选择合适的制备方法。

特种陶瓷制备工艺特种陶瓷是一种高性能材料，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度、低热膨胀系数等优异的物理和化学性能，广泛应用于航空、航天、电子、光电、化工等领域。

制备特种陶瓷的工艺技术十分重要，下面将介绍几种常见的特种陶瓷制备工艺。

超声波振实制备法超声波振实制备法是在陶瓷粉体和溶剂混合物中添加聚乙烯醇作为粘结剂，通过超声波振动使粘结剂均匀分散在混合物中，使得粘结剂在材料表面形成薄膜，随后通过干燥和烧结工艺制备成特种陶瓷。

优点：这种制备工艺可以制备出高密度、高维氧化硅、硼碳化物、氮化硼等特种陶瓷材料，且可以制备出具有复杂形状的特种陶瓷。

缺点：由于特种陶瓷材料的制备需要高能化的超声波作为加工手段，因此仪器设备的成本高昂，生产成本较高。

射流磨法射流磨法是在一定参数下将陶瓷釉料施加到陶瓷基材表面，通过高速喷射将釉料磨损成细小颗粒后与基材表面结合。

随后通过控制烧成工艺制备成特种陶瓷。

优点：与传统的制备工艺相比，射流磨法制备的特种陶瓷产量更高，成本更低。

缺点：射流磨法的精度受到喷嘴尺寸、流量的限制，对于纳米级粒子的制备有一定难度。

同时，射流磨法还具有环境污染的可能性。

凝胶注模制备法凝胶注模制备法是先将陶瓷粉体、溶剂和有机物混合物在低温下形成凝胶，随后将凝胶注入注模中，在高温下脱除有机物和水分，然后进行烧成工艺。

通过控制注模和烧成工艺可以制备出具有特定形状和维度的特种陶瓷。

优点：凝胶注模制备法不需要昂贵的仪器设备，可以制备出高密度的特种陶瓷材料。

缺点：在注模中可能会出现气孔等缺陷，影响制品质量。

溶胶凝胶法溶胶凝胶法是通过配制前驱体溶液，经过几步反应生成粉末，然后通过热流传递作用烧结成特种陶瓷。

溶胶凝胶法可以制备出大量形状复杂的特种陶瓷，同时可以控制陶瓷材料的物理性能，是目前比较流行的一种制备工艺。

优点：已经被广泛应用于特种陶瓷材料的制备过程中，制备出来的特种陶瓷质量高，表面平整度高。

缺点：由于制备过程需要进行多次反应和烧结工艺，生产成本相对较高。

特种陶瓷生产工艺
特种陶瓷是指具有特殊性能和特殊用途的陶瓷材料，其生产工艺相对于普通陶瓷要求更为精细和复杂。

首先，特种陶瓷的原料选取非常重要。

特种陶瓷一般采用高纯度、细粒度的原料，如氧化铝、氧化锆、碳化硅等。

在选料过程中，需要对原料进行分析和筛选，确保其成分和颗粒大小的均匀性，以免对成品陶瓷的性能产生不良影响。

其次，特种陶瓷的成型方法多样。

常见的成型方法包括注塑成型、压制成型、挤出成型等。

其中，注塑成型是一种较为常用的方法，它通过将粉末与有机增塑剂混合，并加热使其变得可塑，再通过注射机将其压入模具中，最后经过高温烘烤使之固化成型。

然后，特种陶瓷的烧结过程一般分为前烧和后烧。

前烧是将成型后的陶瓷坯体在一定温度下进行烘烤，以去除残留的有机物和气泡，并使陶瓷坯体的颗粒结合成坚固的整体。

后烧是在更高的温度下进行，使陶瓷坯体的颗粒进一步熔结，从而增强陶瓷的密度和硬度，提高其力学性能。

最后，特种陶瓷还需要进行后处理工艺。

后处理工艺可以进一步提升特种陶瓷的性能和质量。

常见的后处理工艺包括研磨、抛光、修补、激光加工等。

这些工艺可以使陶瓷表面更加光滑，去除杂质和缺陷，提高陶瓷的抗磨损能力和耐热性。

综上所述，特种陶瓷的生产工艺是一个复杂而精细的过程。

从
原料选取、成型、烧结到后处理，每个环节都需要严格控制和精确操作，以确保特种陶瓷的品质和性能。

只有在专业的工艺指导下，特种陶瓷才能发挥其独特的特性，满足各种特殊用途的需求。

特种陶瓷工艺原理
特种陶瓷是一种高科技陶瓷材料，主要由高纯度陶瓷粉末、助剂和添加剂混合制备而成。

它具有高温稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等优良性能，被广泛应用于航空、化工、石油、电子、医疗等领域。

其制备工艺包括原材料准备、混合、成型、烧结等步骤。

其中，最关键的环节是烧结过程，通过控制温度、时间和气氛等因素，可以使陶瓷颗粒之间生成化学键，从而形成致密的晶体结构，提高其综合性能。

此外，特种陶瓷还需要经过精密加工和表面处理，以满足不同的使用要求。