特种陶瓷成型技术
2020.11.28
随着特种陶瓷应用领域的拓展,对于特种陶瓷的性能也越来越严格。材料的成型是制作特种陶瓷的重要过程,决定着材料的性能、应用。如今有多少种陶瓷成型技术呢,它们又有何特点。
1、注射成形
陶瓷的热塑性注射成形技术是从塑料成形技术发展而来的,是将陶瓷粉料与热塑性树脂、石蜡、增塑剂、溶剂等加热混匀后(或挤出切片造粒后)进入注射成形机中经加热熔融后获得塑性,在一定的压力下从喷嘴高速喷注入金属模腔内,在极短时间内冷却固化而得以成形。
注射成形技术特点:可以成形形状复杂的部件,且易于自动化和大规模生产,并且具有高的尺寸精度和均匀的显微结构。但是注射成形载体含量较高,在烧结之前必须进行素坯的脱脂,大型坯件常会导致有机物的富集和颗粒的重排,使坯体均匀性变差,易于开裂,所以这是目前采用注射成形工艺时亟待解决的问题。
2、电泳沉积成形
电泳沉积成形是利用直流电场促使带电颗粒发生迁移,进而沉积到极性相反的电极上而成形。沉积过程中在电泳迁移的作用下颗粒间的距离缩短,Vander Waals吸引力起主要作用,浆料的稳定分散性开始失去,粉体颗粒逐渐沉积到电极上。电泳沉积成形分为颗粒电泳迁移和颗粒在电极上放电沉积两个相继的过程,为了使颗粒能单独沉淀到电极上而不受其他带电颗粒的影响,需要陶瓷浆料具有很好的分散性。
电泳沉积成形具有以下特点:简单、灵活及可靠性高,因而适用于多层陶瓷电容器、传感器、梯度功能陶瓷的成形方法,但对过程参数的变化影响比较敏感。
3、离心注浆成形
电泳沉积成形是利用直流电场促使带电颗粒发生迁移,进而沉积到极性相反的电极上而成形。沉积过程中在电泳迁移的作用下颗粒间的距离缩短,Vander Waals吸引力起主要作用,浆料的稳定分散性开始失去,粉体颗粒逐渐沉积到电极上。电泳沉积成形分为颗粒电泳迁移和颗粒在电极上放电沉积两个相继的过程,为了使颗粒能单独沉淀到电极上而不受其他带电颗粒的影响,需要陶瓷浆料具有很好的分散性。
电泳沉积成形具有以下特点:简单、灵活及可靠性高,因而适用于多层陶瓷电容器、传感器、梯度功能陶瓷的成形方法,但对过程参数的变化影响比较敏感。
4、离心沉积成形
离心沉积成形是一种制备板状、层状纳米多层复合材料的方法,其原理是不同的浆料依次在离心力的作用下一层层地均匀沉积成一个整体;也可利用颗粒大小或质量的不同沉积出各层不同性质的材料。
采用离心沉积成形层状材料具有以下特点:
(1) 通过沉积不同的材料,可以改善材料的韧性;
(2) 沉积各层可以是电、磁、光性质的结合,具有多功能性;
(3) 可以制成各向异性的新型材料。
5、胶态成形
凝胶注模成形是上世纪90年代由美国橡树岭实验室研发的一种成形新技术。它将传统注浆工艺和聚合物化学结合,由高分子网络产生聚合作用,使陶瓷颗粒聚集在一起而形成陶瓷坯体。在悬浮介质中加入乙烯基有机单体,利用催化剂和引发剂的作用,陶瓷浆料浇注后单体发生原位聚合反应,聚合凝固成陶瓷坯体。凝胶注模成形是一种实用性很强的技术,显著优点在于成形后的坯体均匀性好,成形坯体具有较高的强度,可直接进行机加工,以获得合适的尺寸;而且烧成后收缩小,适合精准尺寸的成形。陶瓷胶态注射成形解决了两个重要的关键技术:陶瓷浓悬浮体的快速原位固化和注射过程的可控性。通过深入研究发现,压力可以快速诱导陶瓷浓悬浮体的原位固化,从而发明了压力诱导陶瓷成形技术。
胶态注射成形技术特点:可以获得高密度、高均匀性和高强度的陶瓷胚体,这种成形技术可以消除陶瓷粉体颗粒的团聚体,减少烧结过程中复杂形状部件的变形、开裂,从而减少后部件的机加工量,获得高可靠性的陶瓷材料与部件。该工艺对成形体没有尺寸和厚度的限制,避免了传统陶瓷注射成形使用大量有机物所导致的排胶困难,实现了胶态成形的注射过程。适合于规模化生产,是高技术陶瓷产业化的核心技术。
如今,各种陶瓷成型技术不断涌现,但各有优缺点。在生产时要考虑材料的性能以及使用的方面来决定使用哪种成型技术,从而生产高性能陶瓷产品。
陶瓷的热塑性注射成形技术是从塑料成形技术发展而来的,是将陶瓷粉料与热塑性树脂、石蜡、增塑剂、溶剂等加热混匀后(或挤出切片造粒后)进入注射成形机中经加热熔融后获得塑性,在一定的压力下从喷嘴高速喷注入金属模腔内,在极短时间内冷却固化而得以成形。
注射成形技术特点:可以成形形状复杂的部件,且易于自动化和大规模生产,并且具有高的尺寸精度和均匀的显微结构。但是注射成形载体含量较高,在烧结之前必须进行素坯的脱脂,大型坯件常会导致有机物的富集和颗粒的重排,使坯体均匀性变差,易于开裂,所以这是目前采用注射成形工艺时亟待解决的问题。
2、电泳沉积成形
电泳沉积成形是利用直流电场促使带电颗粒发生迁移,进而沉积到极性相反的电极上而成形。沉积过程中在电泳迁移的作用下颗粒间的距离缩短,Vander Waals吸引力起主要作用,浆料的稳定分散性开始失去,粉体颗粒逐渐沉积到电极上。电泳沉积成形分为颗粒电泳迁移和颗粒在电极上放电沉积两个相继的过程,为了使颗粒能单独沉淀到电极上而不受其他带电颗粒的影响,需要陶瓷浆料具有很好的分散性。
电泳沉积成形具有以下特点:简单、灵活及可靠性高,因而适用于多层陶瓷电容器、传感器、梯度功能陶瓷的成形方法,但对过程参数的变化影响比较敏感。
3、离心注浆成形
电泳沉积成形是利用直流电场促使带电颗粒发生迁移,进而沉积到极性相反的电极上而成形。沉积过程中在电泳迁移的作用下颗粒间的距离缩短,Vander Waals吸引力起主要作用,浆料的稳定分散性开始失去,粉体颗粒逐渐沉积到电极上。电泳沉积成形分为颗粒电泳迁移和颗粒在电极上放电沉积两个相继的过程,为了使颗粒能单独沉淀到电极上而不受其他带电颗粒的影响,需要陶瓷浆料具有很好的分散性。
电泳沉积成形具有以下特点:简单、灵活及可靠性高,因而适用于多层陶瓷电容器、传感器、梯度功能陶瓷的成形方法,但对过程参数的变化影响比较敏感。
4、离心沉积成形
离心沉积成形是一种制备板状、层状纳米多层复合材料的方法,其原理是不同的浆料依次在离心力的作用下一层层地均匀沉积成一个整体;也可利用颗粒大小或质量的不同沉积出各层不同性质的材料。
采用离心沉积成形层状材料具有以下特点:
(1) 通过沉积不同的材料,可以改善材料的韧性;
(2) 沉积各层可以是电、磁、光性质的结合,具有多功能性;
(3) 可以制成各向异性的新型材料。
5、胶态成形
凝胶注模成形是上世纪90年代由美国橡树岭实验室研发的一种成形新技术。它将传统注浆工艺和聚合物化学结合,由高分子网络产生聚合作用,使陶瓷颗粒聚集在一起而形成陶瓷坯体。在悬浮介质中加入乙烯基有机单体,利用催化剂和引发剂的作用,陶瓷浆料浇注后单体发生原位聚合反应,聚合凝固成陶瓷坯体。凝胶注模成形是一种实用性很强的技术,显著优点在于成形后的坯体均匀性好,成形坯体具有较高的强度,可直接进行机加工,以获得合适的尺寸;而且烧成后收缩小,适合精准尺寸的成形。陶瓷胶态注射成形解决了两个重要的关键技术:陶瓷浓悬浮体的快速原位固化和注射过程的可控性。通过深入研究发现,压力可以快速诱导陶瓷浓悬浮体的原位固化,从而发明了压力诱导陶瓷成形技术。
胶态注射成形技术特点:可以获得高密度、高均匀性和高强度的陶瓷胚体,这种成形技术可以消除陶瓷粉体颗粒的团聚体,减少烧结过程中复杂形状部件的变形、开裂,从而减少后部件的机加工量,获得高可靠性的陶瓷材料与部件。该工艺对成形体没有尺寸和厚度的限制,避免了传统陶瓷注射成形使用大量有机物所导致的排胶困难,实现了胶态成形的注射过程。适合于规模化生产,是高技术陶瓷产业化的核心技术。
如今,各种陶瓷成型技术不断涌现,但各有优缺点。在生产时要考虑材料的性能以及使用的方面来决定使用哪种成型技术,从而生产高性能陶瓷产品。
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