陶瓷成型新工艺

2 电泳沉积成型
电泳沉积成型是利用直流电场促使带电颗粒发生迁移， 电泳沉积成型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型。 进而沉积到极性相反的电极上而成型。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 移的作用下颗粒间的距离缩短， 吸引力起主 要作用，浆料的稳定分散性开始失去， 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。 电极上。电泳沉积成型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， 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。 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。 电泳沉积成型具有以下特点： 电泳沉积成型具有以下特点： 操作简单、灵活及可靠性高，因而适用于多层陶瓷电容器、 操作简单、灵活及可靠性高，因而适用于多层陶瓷电容器、 传感器、梯度功能陶瓷的成型方法， 传感器、梯度功能陶瓷的成型方法，但对过程参数的变化影 响比较敏感。 响比较敏感
1 离心沉积成型
离心沉积成型是一种制备板状、 离心沉积成型是一种制备板状、层状纳米多层复合材料的 方法， 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； 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。 出各层不同性质的材料。 采用离心沉积成型层状材料具有以下特点： 采用离心沉积成型层状材料具有以下特点： a、通过沉积不同的材料，可以改善材料的韧性； 、通过沉积不同的材料，可以改善材料的韧性； b、沉积各层可以是电、磁、光性质的结合，具有多功能 光性质的结合， 、沉积各层可以是电、 性； c、可以制成各向异性的新型材料。 、可以制成各向异性的新型材料。
5 胶态成型 凝胶注模成型 直接凝固注模成型 水解辅助固化成型 胶态振动注模成型 温度诱导絮凝成型
凝胶注模成型是上世纪90年代由美国橡树岭国家重点实验室 凝胶注模成型是上世纪 年代由美国橡树岭国家重点实验室 研发的一种成型新技术。它将传统注浆工艺和聚合物化学有 研发的一种成型新技术。 机结合， 机结合，采用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的一种成型方法。 一起而形成陶瓷坯体的一种成型方法。在悬浮介质中加入乙 烯基有机单体， 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 有机单体发生原位聚合反应，聚合凝固成陶瓷坯体。 有机单体发生原位聚合反应，聚合凝固成陶瓷坯体。 凝胶注模成型是一种实用性很强的技术， 凝胶注模成型是一种实用性很强的技术，显著优点在于成型 后的坯体均匀性好及成型坯体具有较高的强度， 后的坯体均匀性好及成型坯体具有较高的强度，可直接进行 机加工获得合适的尺寸，而且烧成后收缩小， 机加工获得合适的尺寸，而且烧成后收缩小，适合精准尺寸 的成型。该工艺对成型体没有尺寸和厚度的限制，但其干燥 的成型。该工艺对成型体没有尺寸和厚度的限制， 条件苛刻，致密化过程中坯体容易出现变形或开裂。 条件苛刻，致密化过程中坯体容易出现变形或开裂。
水溶液注射成型是在逐步克服传统注射成型缺点的基础上发 展起来的成型技术。其原理是通过将陶瓷粉料、有机载体、 展起来的成型技术。其原理是通过将陶瓷粉料、有机载体、 分散剂及润滑剂等混合配制成均匀分散的陶瓷浆料， 分散剂及润滑剂等混合配制成均匀分散的陶瓷浆料，经注射 后有机体在模具中转变为胶凝态而固化。 后有机体在模具中转变为胶凝态而固化。有机载体为水溶性 的聚合物，如琼脂，琼脂糖等。成型前， 的聚合物，如琼脂，琼脂糖等。成型前，陶瓷浆料中的陶瓷 悬浮体需要充分分散，一般采用添加分散剂的方法来实现。 悬浮体需要充分分散，一般采用添加分散剂的方法来实现。 水溶液注射成型与热塑性注射成型不同的是可以降低注射时 的温度和压力；由于水很容易除去， 的温度和压力；由于水很容易除去，干燥后的坯体不用脱脂 也能直接进行烧结，降低了生产成本。不太适宜大型制品的 也能直接进行烧结，降低了生产成本。 成型。 成型
3 离心注浆成型
离心注浆成型是在传统注浆成型基础上发展而来的。 离心注浆成型是在传统注浆成型基础上发展而来的。它通过 调节pH值等工艺参数 使粉体在液体中均匀分散， 值等工艺参数， 调节 值等工艺参数，使粉体在液体中均匀分散，在高速 旋转的离心力的作用下沉积成型。 旋转的离心力的作用下沉积成型。离心注浆成型将湿法化学 粉末制备与无应力致密化技术相结合， 粉末制备与无应力致密化技术相结合，一方面可以防止粉体 的团聚及其他缺陷； 的团聚及其他缺陷；另一方面可以借助粉体的粒径的不同和 转速不同达到分别沉积的目的， 转速不同达到分别沉积的目的，可用于多层和梯度复合功能 材料的制备。 材料的制备。 离心注浆成型具有以下特点： 离心注浆成型具有以下特点： 对制备的悬浮体的固相量没有严格要求，几乎无须粘结剂， 对制备的悬浮体的固相量没有严格要求，几乎无须粘结剂， 减少了脱脂工艺造成的不良影响；成本较低，便于控制， 减少了脱脂工艺造成的不良影响；成本较低，便于控制，特 别适合大型规则几何旋转体的净尺寸成型。 别适合大型规则几何旋转体的净尺寸成型。但当制备均一材 料时，配料粒径相差过大，颗粒的离心加速度不同， 料时，配料粒径相差过大，颗粒的离心加速度不同，容易导 致坯体的成份不均和分层；需要离心成型设备。 致坯体的成份不均和分层；需要离心成型设备。
4 注射成型 热塑性注射成型 水溶液注射成型 气体辅助注射成型
陶瓷的热塑性注射成型技术是从塑料成型技术发展而来的， 陶瓷的热塑性注射成型技术是从塑料成型技术发展而来的， 是将陶瓷粉料与热塑性树脂、石蜡、增塑剂、 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 或挤出切片造粒后)进入注射成型机中经加热熔融后获 匀后 或挤出切片造粒后 进入注射成型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， 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型。 短时间内冷却固化而得以成型。 注射成型可以成型形状复杂的部件， 注射成型可以成型形状复杂的部件，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。 生产，并且具有高的尺寸精度和均匀的显微结构。但是注射 成型有机载体含量较高，在烧结之前必须进行素坯的脱脂， 成型有机载体含量较高，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 大型坯件常会导致有机物的富集和颗粒的重排， 性变差，易于开裂， 性变差，易于开裂，所以这是目前采用注射成型工艺时亟待 解决的问题。 解决的问题
陶瓷成型新工艺
引言
当前，随着陶瓷新材料应用领域的不断拓展， 当前，随着陶瓷新材料应用领域的不断拓展，对陶瓷材料性 能的要求愈来愈苛刻。 能的要求愈来愈苛刻。成型工艺是陶瓷材料制备过程的重要 环节之一，在很大程度上影响着材料的微观组织结构， 环节之一，在很大程度上影响着材料的微观组织结构，决定 了产品的性能、应用和价格。传统的成型方法如注浆、 了产品的性能、应用和价格。传统的成型方法如注浆、可塑 和干压成型技术及已成熟并获得应用的挤出成型、 和干压成型技术及已成熟并获得应用的挤出成型、等静压成 型、流延成型等技术在陶瓷材料的规模生产中发挥了重要的 作用。但上述方法已不能满足高精度、 作用。但上述方法已不能满足高精度、复杂形状和多层复相 陶瓷材料的制造要求， 陶瓷材料的制造要求，极大地限制和阻碍了高技术陶瓷材料 的应用和发展。 的应用和发展。
直接凝固注模成型是由苏黎世联邦工业学院开发的一种成型 方法，是一种生物酶技术、 方法，是一种生物酶技术、胶态化学和陶瓷材料学溶为一体 的成型技术。它利用在极性水介质中， 的成型技术。它利用在极性水介质中，陶瓷粉体表面带有相 当高的同性电荷，浆料悬浮体处于稳定分散状态。 当高的同性电荷，浆料悬浮体处于稳定分散状态。通过调节 pH值或增加粒子强度来改变悬浮粉体的表面电荷，使颗粒 值或增加粒子强度来改变悬浮粉体的表面电荷， 值或增加粒子强度来改变悬浮粉体的表面电荷 间的Vander Waals吸引力大于排斥力，颗粒凝聚成型。 吸引力大于排斥力， 间的 吸引力大于排斥力 颗粒凝聚成型。 这种工艺对成型坯体没有尺寸要求， 这种工艺对成型坯体没有尺寸要求，浆料具有极好的流变性 不需或只需少量的有机添加剂，坯体组织均匀， 质，不需或只需少量的有机添加剂，坯体组织均匀，相对密 度高，无须脱脂即能烧结。但生物酶添加剂价格较高。 度高，无须脱脂即能烧结。但生物酶添加剂价格较高。
气体辅助注射成型是在传统注射成型的基础上发展起来的一 种新技术， 种新技术，其基本工艺过程是先向模具型腔里预注入固定量 的成型物料，再将可控制的高压惰性气体(一般为氮气 一般为氮气)由喷 的成型物料，再将可控制的高压惰性气体 一般为氮气 由喷 嘴注入模具型腔内，以气体推动物料完成模具型腔的充填。 嘴注入模具型腔内，以气体推动物料完成模具型腔的充填。 当充填过程完成以后，进行保压， 当充填过程完成以后，进行保压，以解决物料冷却过程中的 体积收缩。开模前应抽出注入的气体以防开裂， 体积收缩。开模前应抽出注入的气体以防开裂，脱模后得到 成型体。工艺过程如图。 成型体。工艺过程如图。
气体辅助注射成型技术克服了传统注射成型的局限性， 气体辅助注射成型技术克服了传统注射成型的局限性，具有 很多优点： 很多优点： a、可以获得很薄管壁的制品，降低了原料成本； 、可以获得很薄管壁的制品，降低了原料成本； b、加快冷却速度，降低注射压力和锁模力，从而大大降低 、加快冷却速度，降低注射压力和锁模力， 生产成本； 生产成本； c、在产品质量方面，它可以减小制件的内应力和翘曲变 形， 、在产品质量方面， 同时由这种方法生产的产品的抗弯强度是一般方法的2倍 同时由这种方法生产的产品的抗弯强度是一般方法的2倍。 气体辅助注射成型较之传统注射成型过程而言， 气体辅助注射成型较之传统注射成型过程而言，需要考虑更 多的工艺参数，如气体注入点、气体压力、物料注射量、 多的工艺参数，如气体注入点、气体压力、物料注射量、注 射物Fra Baidu bibliotek与注射气体之间的延迟时间、气体保压时间等。 射物料与注射气体之间的延迟时间、气体保压时间等。
水解辅助固化成型结合了凝胶注模成型和直接凝固注模成型 等方法的优点，通过在悬浮液中引入AlN粉体，利用 粉体， 等方法的优点，通过在悬浮液中引入 粉体 利用AlN在 在 热激发条件下能加速水解从而提高浆料粘度和加速固化的一 种成型方法。 种成型方法。 水解辅助固化成型具有固化过程快速， 水解辅助固化成型具有固化过程快速，成型坯体具有较高的 密度，适合于形状复杂的小尺寸制品的成型。 密度，适合于形状复杂的小尺寸制品的成型。但也存在着时 间的限制性、温度的稳定性及固化过程的热交换等问题， 间的限制性、温度的稳定性及固化过程的热交换等问题，不 能适用于所有类型的陶瓷制备。 能适用于所有类型的陶瓷制备。
现代科学技术的发展为陶瓷材料成型技术的进步带 来了新的活力，尤其是材料化学、 来了新的活力，尤其是材料化学、计算机技术的发展和应 三大材料的互相渗透、交融， 用，三大材料的互相渗透、交融，促进了高技术陶瓷制 备技术的发展。 备技术的发展。陶瓷成型技术在传统方法的基础上不断 改进创新，离心沉积成型、电泳沉积成型、离心注浆成型、 改进创新，离心沉积成型、电泳沉积成型、离心注浆成型、 注射成型和胶态成型等新成型技术不断涌现。 注射成型和胶态成型等新成型技术不断涌现。了解这些成型 技术的基本原理、研究现状和特点， 技术的基本原理、研究现状和特点，并在其基础上加强应用 研究，对于进一步研究探索新的成型工艺和方法， 研究，对于进一步研究探索新的成型工艺和方法，不断适应 和满足高致密度、形状复杂、 和满足高致密度、形状复杂、尺寸精准和具有复合功能的陶 瓷材料成型的需求有着重要的作用。 瓷材料成型的需求有着重要的作用。