陶瓷的生产工艺原理与加工技术(ppt 40页)

2、广义：由于近代无机非金属材料的发展，陶瓷的概念不仅包 括了硅酸盐材料、氧化物，连单晶硅这种无机材料也属于这个范畴。 其定义为“经高温处理工艺所合成的无机非金属材料”。实际上是 各种无机非金属材料的通称。
四、陶瓷的分类：
陶瓷材料一般可分为普通陶瓷、特殊陶瓷与金属陶瓷三类 1、普通陶瓷：以天然硅酸盐矿物（粘土、长石、石英）经粉碎、压 制成型 、烧结而成的制品，如日用陶瓷、建筑陶瓷、电绝缘陶瓷等。 2、特殊陶瓷：采用高纯度的人工合成材料烧结而成，具有特殊力学、 物理、化学性能的陶瓷。如高温陶瓷、磁性陶瓷、压电陶瓷等。
易从模型上脱离，且不与模型发生反应；浆料应尽可能不含气泡。
特点：制品质量差，产量低，生产周期长，不利于机械化。
B、热压铸成型：利用压缩空气使加热熔化的含蜡配料（铸浆）充满模 具，冷却后凝固成所要形状坯件的成型方法。
浆料的性能要求：稳定性要好，在长时间加热而不搅拌的条件下不分 层与沉淀；可铸性要好，浆料铸满模腔并保持要求形状的能力；收缩率 要小，蜡浆由熔化的液体状态冷却凝固成固态时，会有体积收缩。
一、陶瓷的组织结构。
陶瓷是高温烧结形成的致密固体物质，组织结构比金属要复杂，尽 管不同类别的陶瓷有着不同的显微结构，但可归纳为晶体相（晶相）、 玻璃相和气相。各相的数量、形状、分布不同，陶瓷的性能也不同。
1、晶体相：它是陶瓷的主要组成相，决定陶瓷的主要性能。组成陶 瓷晶体相的晶体通常有硅酸盐、氧化物和非氧化物（氮化物）。其结合 键是离子键或共价键。构成的陶瓷的“骨架”。只有晶料越小，晶界越 多，裂纹扩散阻力越大，晶粒越细，其材料的韧性等性能就越好。
2、玻璃相：它是陶瓷烧结时各组分通过物理化学作用而形成的非晶 态物质。熔点较低，结构疏松。它的主要作用是粘接分散的晶体，抑制 晶粒的长大并填充气孔。还可以获得一定程度的玻璃特性，如透光性。 玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热耐火等性能是不利的，不能 成为陶瓷的主要组成，工业陶瓷中一般控制20%-40%。
热压铸成型的特点：适合形状复杂，精度要求高的中小型产品，但工 期长，对于壁薄的大而长的制品，不易充满模腔。
2、可塑成型法
可塑成型法是利用泥料具有可塑性的特点，经一定工艺处理浆 料制成一定形状的制品。适合生产管、棒和薄片状的制品，所 有的结合剂要比注浆成型的少。有挤压成型与轧模成型。
A、挤压成型：是将经真空练制的泥料，放入挤制机内，一头可以对泥 料施加压力，另一头装有机嘴即成型模具，通过更换机嘴，能挤出各种 形状的坯体。可以挤制Φ1-30mm管、棒等细管，壁厚可小至0.2mm。
A、硬度:是各类材料中最高的， 是陶瓷的最大特佂
B、刚度:是各类材料中最高的(刚性由弹性模量来衡量) 比金属高数倍
几种常用材料的硬度和弹性模量见表1
表1 几种常用材料的硬度和弹性模量
材料
弹性模量E/MPa
硬度HV
橡胶
6.9
很低
塑料
1380
17
镁合金
41300
30-40
铝合金
72300
170
钢
207000
3、压制（模压）成型法 模压成型法，也叫干压成型法。是将经造粒的配料，通过成型
机和模具，把配料压制成具有一定几何尺寸坯件的方法。其特 点是粘结剂含量较低，只有百分之几（7%），不经干燥直接烧 结，坯体的收缩小。有干压成型与等静压成型两种。 A、干压成型：是将粉料加少量结合剂制成颗粒，在外力作用下，颗粒 在模具内相互靠近，并借内摩擦牢固地把各颗粒联系起来，保持一定的 形状。这种内摩擦力作用在相互靠近的颗粒外围结合剂薄层上。适合压 制高度为0.3-60mm，直径Φ5-500mm形状简单的制品。
4、带式成型法 带式成型法可分流延法（刮片法）和薄片挤压法两种，在此不作详述。
5、小结：
从上所述来看：先要根据所需制品的特征，来选择合适的成型方法，然 后确定坯料采用何种形式配制。
由此可见，陶瓷在现代技术中 占有非常重要的地位。今天，我在 这里与大家一起来探讨陶瓷，其意义是深远的。 1、了解和掌握现有陶瓷的性能状况及制作工艺过程；
2、发掘陶瓷新的性能或改善其性能；
3、研究制品的最佳制作工艺与烧后制品的冷加工技术；
二、陶瓷与工程材料体系
工程材料
金属材料
非金属材料
高分子材料
陶瓷材料
3、电性能：一般是优良绝缘体，个别特殊陶瓷具有导电性与导磁性。 4、化学性能：非常稳定，耐酸、碱、盐等的腐蚀，不老化，不氧化。
思考题：
为什么陶瓷材料能够耐高温呢？
不论何种材料，其性质主要取决于材料的微观结构，有 机材料大多是分子结合，质点间是靠比较弱的分子力 （范德华力）由自 由电子和构成晶格的正离子之间的静电引力结合起来， 这种键的结合力比分子键强，但比共价健弱，除少数金 属外，大多金属的熔点和硬度并不算高，作为无机非金 属材料的陶瓷主要是离子结合和共价结合，结合力最强， 所以它具有高的熔点与硬度，由于正负离子的外层电子 处于稳定结构，电子被牢固地束缚在离子外围不能自由 运动，所以有很好的电绝缘性，化学稳定性和抗氧化性， 这就是陶瓷材料能够耐高温的根本原因。
热压铸的工作原理：将配制成的料浆蜡板放置在热压铸机筒内，加热 至一定的温度熔化，在压缩空气的驱动下（或手动），将筒内的料浆通 过吸铸口压入模腔，根据产品的形状和大小保持一定的时间后，去掉压 力，料浆在模腔中冷却成型，然后脱模，取出坯体，有的还可进行加工 处理，或车削，或打孔等。 高温排蜡：坯体在烧成之前，先要经排蜡处理，否则由于石蜡在高温熔 化、流失、挥发、燃烧，坯体将失去粘结而解体。
排蜡过程：将坯体埋入疏松、惰性的保护粉料（吸附剂，在高温下稳 定，又不易于坯体粘结，工业Al2O3粉料）之中，在升温过程中，石蜡 虽然会会熔化、扩散，但有吸附剂支持着坯体，当温度继续升高，石蜡 挥发，燃烧完全，坯体中粉料之间会有一定的烧结出现，此时，坯体与 吸附剂之间既不发生反应，又不和生粘结，而且坯体具有一定的强度， 排蜡温度为900-1100℃左右，视坯体性质而定，排蜡后的坯体要清理 表面的吸附剂，然后再进行烧结。
挤压法成型对泥料的要求较高，主要是粉料的细度较细，对溶剂、增 塑剂、粘结剂等用量适当而均匀。
B、轧模成型：是将准备好的坯料，拌以一定量的有机粘结剂（一般聚 乙烯醇），置于两辊轴之间进行辊轧，通过调节轧辊间距，经过多次轧 辊，最后达到所要求的厚度，轧好的坯片，需经冲切加工制成所需的坯 件。
轧辊成型时，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，干燥与烧结时， 横向收缩大，易出现变形与开裂，坯体性以上也会出现各向异性。这是 此成型法无法消除的问题，制品厚度为0.08mm 。
陶瓷的抗拉强度很低，抗弯强度较高，抗压强度非常高
D、塑性:陶瓷在室温下几乎没有塑性。在高温低速加载的条件下，可 表现出一定的塑性。
E、脆性或韧性:陶瓷脆性极高。是其最大的缺点。原因是陶瓷在受载 时其内部的裂纹扩展得快，导致断裂的根本。
2、热性能：陶瓷的熔点很高； 绝大多数陶瓷低温下热容小，高温下热 容大(随温度的变化而变，原因是气相对热容有较大影响）；热膨胀系 数和导热系数较小（靠原子的热振动，没有自由电子传热）；热稳定性 好，便抗热振性较差，（用急冷到水中破裂所能承受的最高温度表示）。
二、坯料的成型
按照不同的制备过程，坯料可以是可塑泥料、粉料或浆料，以适应 不同的成型方法。成型的目的是将坯料加工成一定形状和尺寸的半成品， 使坯料具有必要的机械强度和一定的致密度。
成型的方法主要有三种，即：可塑成型法、注浆成型法、压制（模压） 成型法。另外还有带式成型法。在这里主要介绍前三种方法：
复合材料
黑
有
按性能与用途分
色 金 属
色 金 属
普特 金
通殊 属
陶 塑橡纤 胶涂 瓷
粘
陶 瓷
陶 瓷
料胶维 剂料
三、陶瓷的定义：
1、狭义：“用火烧结的制品”，在传统上是指陶器与瓷器。后 来发展到泛指整个硅酸盐材料，包括陶器、瓷器、耐火材料、粘土 制品、搪瓷、玻璃和水泥等材料。其共性是含有SiO2的化合物或氧 化物成分。
3、气 相：它是陶瓷孔隙中的气体。在陶瓷的形成过程中除被玻璃 相填充之外，还有少部分残留下来变成气孔。降低陶瓷的强度和抗电击 穿能力，材料的脆性增大。因此应力求气孔越少越好。普通陶瓷气孔率 在5%-10%，特种陶瓷小于5%，金属陶瓷则要求低于0.5%。
二、陶瓷的性能。
陶瓷的性能是受化学键（离子键或共价键）、晶体结构、相分布及 各种缺陷等影响。以下讲述其共性： 1、力学性能：弹性模量比金属高，硬度高，抗压强度高，但脆性大， 抗拉强度低，塑性和韧性也很小。
陶瓷基础知识
主讲：
2008年07月19日
主要内容
第一讲 陶瓷的概念 第二讲 陶瓷的组织结构与性能 第三讲 陶瓷的生产工艺原理 第四讲 陶瓷的加工技术 第五讲 石英及石英玻璃的简介
第一讲 陶瓷的概念
一、研究陶瓷的目的。
随着科学的进步，无机非金属材料研究取得了很大的发展，新技术、 新材料正日益改变着人们的生活。70年代人们把材料与能源、信息称 为现代技术的三大支柱。 我们都知道 ，陶瓷是一种材料（用来制造器 件、构件和其它可供使用物质的总称），是人类生活和现代化建设中不 可缺少的一种材料。陶瓷、金属、高分子材料则是当代固体材料中的三 大支柱。
300-800
氧化铝
400000
1500
碳化钛
390000
3000
金刚石
1171000V
C、强度:陶瓷的强度不高，因为其晶界上存在有晶粒间的局部分离 或空隙，如空位、气孔、析出物，晶界上原子间键被拉长，键强度 被削弱，同时相同的电荷离子的靠近产生斥力，可能造成裂纹，所 以，消除晶界上不良作用，是提高陶瓷强度的基本途径。
特点：可以成型一般方法不能生产的形状复杂、大件及细而长的制品， 且成型质量高； 可以不增加操作难度方便地提高 成型压力，压力效果比干压法要好； 由于坯体各向受压力均匀，其密度高且均匀，烧成收缩小，不易变形； 模具制作方便，寿命长，成本较低； 可以少用或不用结接剂。