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陶瓷胶态成型方法大全,看看哪个适合您的产品
2022年04月18日 发布 分类:w88加工技术 点击量:196
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陶瓷成型方法分为干法和湿法两大类。由于湿法成型的陶瓷料是由陶瓷原料粉末和其他介质(水、有机物等)组成的胶态体系,因此湿法成型也称为胶态成型。与干法成型相比,胶态成型可成型大尺寸、形状复杂的部件,并且特殊的胶态成型工艺可以很好地控制成型过程中部件内部的各种杂质(夹杂物、团聚体等),制造出高可靠性的陶瓷部件。

陶瓷胶态成型工艺

图例:祖传的陶瓷胶态成型工艺

手捏的陶瓷千陶千面,个性十足。但对于工业应用来说,精准的尺寸及高效的产出速度、复制粘贴般的雷同样相貌才能符合大多数工业应用场景的应用需求。


多胞胎似的工业产品

下文就一起来看看,工业上用的陶瓷材料类流行什么样的胶态成型方法。

一、传统胶态成型

1、流延成型

流延成型是使浆料均匀地流到或涂到衬底上,经干燥后形成一定厚度的均匀素坯膜的一种浆料成型方法。该法设备简单,坯带易于加工,工艺稳定,可连续操作,生产效率高,可实现高度自动化,适于成型大型薄板陶瓷或金属部件,基片的厚度可薄至10μm以下,厚至1mm以上。


流延成型工艺简介:将陶瓷w88、溶剂、粘接剂、增塑剂的混合浆料通过刮刀浇筑在一个平面基体上,均匀铺展、溶剂挥发后,形成具有一定强度和柔韧性的陶瓷坯片(生片)

流延成型法是制备大面积、超薄陶瓷基片的重要方法,被广泛应用在电子工业、能源工业等领域,在制备Al2O3AlN电路基板,BaTiO3基多层陶瓷电容器(MLCC)及ZrO2固体燃料电池等。流延成型技术为电子元件的微型化以及超大规模集成电路的实现提供了广阔的前景。

传统流延成型工艺所使用的有机溶剂(如甲苯、二甲苯等)具有一定的毒性,生产条件恶劣并污染环境,而且生产成本也较高。目前的新型工艺主要有水基流延成型、紫外引发聚合流延成型和凝胶流延成型。

水基流延成型

克服了有机溶剂体系环境污染严重,成本高,生坯密度低,脱脂过程中坯体易变形开裂等缺点。但水的挥发性较差,水基浆料在干燥过程中比有机溶剂浆料更容易开裂,卷曲,尤其是在干燥速度较快的情况下更为明显。

凝胶流延成型

在加热条件下由引发剂引发有机单体的氧化还原反应,导致浆料的凝胶化而实现固化成型。该工艺极大地降低了浆料中有机物的使用量,提高了浆料的固相含量,因而生坯的密度和强度高,同时环境污染小,生产成本低。

 

紫外引发聚合流延成型工艺

在陶瓷浆料中加入紫外光敏单体和紫外光聚合引发剂,对流延后的浆料实施紫外光辐射,引发单体聚合,使浆料原位固化成型。该法不使用溶剂,因而可以不需干燥而直接脱模,避免干燥收缩和开裂,提高了生产效率。

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2、注射成型

陶瓷注射成型(CeramicInjectionMoulding,简称CIM)是通过加入一定量的聚合物及添加剂组元,赋予金属粉末、陶瓷粉末跟聚合物相似的流动性。

CIM工艺过程

图例:CIM工艺过程

流程简述:CIM的第一步始于将超细陶瓷粉原料与聚合物粘合剂等助剂混合成原料 ,随后原料会塑化并在高压下注入模腔,成型后根据实际需求例如去除注射点或添加成型时无法实现的其他功能简单机加工过程,下一步是在炉子中进行排胶或采用化学试剂去除粘合剂,即脱脂工艺过程,脱脂后进入烧结流程 ,在此步骤中,陶瓷颗粒融合在一起并成为致密的特种陶瓷陶瓷组件,在这一阶段,陶瓷已经具有出色的陶瓷性能。最后根据产品指标要求,可进一步采取其他表面处理,例如抛光,喷砂和激光加工,以完成零件/产品的定制。

在传统的机械加工技术中,对于复杂的零件,先成型出来,再雕刻雕刻,但这对于具有硬脆特性的陶瓷材料而言,显然不太合理,经过大尺度的“粗暴”机加工后,难保陶瓷材料会留下微裂纹,影响后续的产品稳定性。

CIM工艺的原料利用率高,可快速、自动地进行批量生产,可制备体积小,三维形状复杂,厚度较薄,尺寸精度高的异型部件,机加工量少,坯体均一,表面光滑,适合大规模生产,制备成本成本低,因而成为当今国际上发展最快、应用最广的陶瓷零部件精密制造技术。

CIM法脱脂时间长,且脱脂过程中坯体易产生开裂、起皮、分层、变形等各种缺陷,不仅降低整个工艺的成品率,还进一步影响到坯体的完好烧结。针对这一问题,目前的解决方法是改变有机载体或选用新的脱脂方法,如超临界脱脂。另外,适合CIM的微细粉生产成本高,在小批量生产形状简单的零件时不经济。受脱脂限制,CIM工艺也无法制备厚壁的大零件。

粉末共注成型技术

使用双料筒注射成型机,把粉末和粘结剂混合料相继注入模腔。

水溶液注射成型

采用水溶性的聚合物作为有机载体,因此能够降低注射时的温度和压力。

气体辅助注射成型

是把气体引入聚合物熔体中而使成型过程更易进行,该技术能够得到更薄的管壁,降低了原料成本,且该法生产的产品的抗弯强度是一般方法的2倍。

快速凝固注射成型

快速凝固成型,它首先将陶瓷w88分散于孔隙流体中,采用有机聚电解质作分散剂,制备体积分数55%~56%的陶瓷浓悬浮体,然后注入非孔封闭的模腔中,降低温度至孔隙流体的冷冻点以下,使陶瓷浓悬浮体固化,然后降低压力,使孔隙流体升华,从而获得均匀的坯体。

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3、电泳沉积成型功能陶瓷涂层

电泳沉积功能陶瓷基本原理:悬浮于溶液中的带电粒子在电场作用下发生定向移动的现象称之为电泳。悬浮液中荷电的固体陶瓷微粒在电场作用下发生定向移动并在电极表面沉积的现象称之为电泳沉积。

随着现代科学和技术的发展,功能陶瓷/金属复合材料在各方面应用极为广泛。用一定的工艺将各种功能陶瓷均匀地涂覆在基底金属(或合金)材料表面,得到的复合材料既具有金属(或合金)良好的物理机械性能,又兼具各种功能材料的优点,如耐热性、耐磨性、耐蚀性、超导性及生物活性等,因而受到世界各国科学家和工程技术人员的高度重视。制备功能陶瓷/金属复合材料目前主要采用的涂层技术有等离子喷涂、物理和化学气相沉积、电泳沉积(ElectrophoreticDeposition,EPD)、电化学沉积、粉末冶金及自蔓延高温合成等方法。

电泳沉积技术是一种温和的表面涂覆方法,可避免高温过程引起的相变和脆裂,有利于增强基底金属与陶瓷涂层之间的结合力;电泳沉积过程是非直线过程,可以在形状复杂和表面多孔的金属材料表面制备均匀的功能陶瓷沉积层,适用于制备不同膜厚的涂层,可控厚度范围宽(100nm-1mm)。

电泳沉积法能可用于制备单层复合材料、颗粒补强薄层复合材料、含多孔层薄片、含非平面层薄片、连续纤维补强陶瓷复合材料以及功能梯度材料等材料。

4、注浆成型

注浆成型是借助将料浆注入到以石膏磨具做成的多孔模具,利用多孔性模具的吸水(溶液)性,使料浆在贴近模壁的一侧被模型吸水而形成一均匀的坯料层,并随时间的延长而加厚,当达到所需厚度时,将多余的浆料倾出,最后该坯料层继续脱水收缩而与模型脱离,从模型去除后即为料坯。

注浆成型整体工艺流程

图例:注浆成型整体工艺流程

注浆一般有空心注浆、实心注浆、压力注浆、真空辅助注浆、离心注浆等等方式,根据不同的需求进行合理的选择。由于浆液需要在模具内进行固化成型,因而要求浆料必须具备较高故相含量以及较为良好的流动性没,一般颗粒的尺寸介于5μm~10μm。而模具的制作是这种工艺的关键,通过各种特殊的模具(包括多孔塑料、无机填料、素陶、多孔金属等)可以做出形状复杂的陶瓷制品,但也因为需要定制的原因,在大规模生产上效率比较低下,而且其形状的精密度控制稍显不足。

5、轧膜成型

轧膜成型(doughrolling)是将准备好的陶瓷粉末拌以定量的有机粘结剂和溶剂,通过粗轧和精轧成膜后,再进行冲片成型。其工艺过程主要包括粗轧和精轧两部分。

轧膜成型工艺流程

图例:轧膜成型工艺流程

粗扎:将预烧过的w88(注:预烧环节是为了使粉末颗粒在加热时产生气体的分解和体积变化过程提前完成,在后续的脱胶和烧结过程中不再发生,同时使颗粒的比表面积尽可能减小来减少塑化成型剂的用量)磨细过筛,并拌以一定量的有机黏结剂、增塑剂和溶剂,置于两辊之间进行混炼,使粉料、黏结剂或溶剂等成分充分混合均匀。再将其进行热风干燥,使溶剂逐步挥发,形成一层厚膜。

精轧:精轧是逐步调小两轧辊之间缝隙间距并进行多次折叠,90°转向反复轧炼以达到良好的均匀度、致密度、粗糙度和厚度。轧好的坯片要放在一定的环境中储存,防止其干燥脆化,以便进行下一步的冲切工艺。

轧膜成型示意图

图例:轧膜成型示意图

6、挤压成型法

挤压成型(也可叫挤出成型,“压”可以体现w88的三向压应力状态;“出”可以体现w88从挤压嘴被挤出的运动形式,叫法不同而已)是将真空炼制的泥料放入挤制机内,在外力的作用下通过挤压嘴(也叫压模嘴)挤成一定形状的坯体。在挤压成型方法中,挤压嘴就是成型模具,通过更换挤压嘴可以挤出不同形状的坯体,也有将挤压嘴直接安装在真空练泥机,称为真空练泥挤压机。

挤出成型

图例:挤出成型

实际生产中,挤出成型适合于成型管状和截面一致的制件,挤出的制件长度方向上几乎不受限制,并且可以通过更换挤压嘴来控制挤出的形状。由于挤出成型依靠w88的塑性流动,因此希望w88的颗粒度要细,形状最好为球形。片状颗粒在挤压力的作用下会发生定向排列使得成型坯体呈现各向异性,对制件的性能是不利的。

案例:蜂窝陶瓷的生产常采用挤压成型法来实现,其配套的设备生产也非常成熟。蜂窝陶瓷是在现代工业各领域中应用非常广泛的一类材料。利用蜂窝陶瓷的大表面积、优良抗菌性能、耐腐蚀、耐磨损特点,可作为熔融金属的过滤、油类的分离过滤、水的净化以及焦炉煤气、甲烷等气体的分离;利用蜂窝陶瓷结构紧凑的传热面、较好的流通性以及不易积灰堵塞的特点,可用作蓄热体材料;此外,还可作为催化剂载体、保温隔热材料等。

7、热压铸成型

热压铸成型是在热压铸机上进行的,它的基本原理是利用石蜡受热熔化后具有塑性和流动性、冷却后能凝固的特点,将瘠性陶瓷原料与热石蜡熔液混合均匀,形成流动性良好的可塑浆料,使用金属模具,在一定的压力下将浆料压入模具内,并在持续压力下充满整个模具且凝固,除去压力拆除模具后,即得到所需形状的蜡坯,蜡坯在冷凝状态时能保持其形状不变。

热压铸成型设备投资小,生产规模可大可小,比较灵活,在成型形状复杂的小件产品时具有明显的优势,是生产小件复杂、异形陶瓷制品的主要成型方法之一。热压铸成型操作简单,成型时间短、效率高:其成型的产品尺寸较准确,光洁度好,结构紧密,基本不需要后续加工;对生产设备要求不高,可用原料比较多,如一般氧化物原料、非氧化物原料、各种矿物原料及复合原料均可用。该成型方法现已广泛用于制造中小尺寸、形状复杂、精度要求较高的工业陶瓷产品,如结构陶瓷、纺织陶瓷、电子陶瓷、密封陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷零部件以及抗热震陶瓷制品等,其应用广泛,单位生产成本相对较低。热压铸成型的缺点是产品密度和质量稳定性偏低.后续的排蜡工序周期长、能源消耗大.甚至对环保能带来一定的影响,是不宜成型壁薄的、大而长的产品。

8、水解辅助固化成型

水解辅助固化成型方法建立于AIN等物质在热激发下的加速水解。AIN加入陶瓷浆料之后发生热水解,浆料中的水被消耗,固相体积分数增高。同时,氨气的产生使浆料的pH值升高而引起陶瓷浆料的固化。另一方面,作为AIN的水解产物AI(OH)3在加热时可以胶态化,从而起到辅助固化、增加坯体强度的目的。AI(OH)3的存在对固相烧结陶瓷的微观结构及机械性能有轻微的影响,但对液相烧结陶瓷没有影响。

二、原位凝固胶态成型工艺

原位凝固胶态成型工艺(Colloidal Forming by Consolidationin-situ),是制备形状复杂的结构陶瓷最有希望的技术,不仅可制备形状复杂的瓷体,而且可以减少或消除诸如硬团聚、气孔和裂纹之类的降低结构部件可靠性的缺陷。与注浆成型和流延成型等其他胶态成型工艺相比,这些工艺最主要的优点是它们的料浆可原位固化,达到近净尺寸成型的效果。

工艺原理:该工艺主要是通过制备低黏度、高固相体积分数的浆料,再将浆料中的有机单体聚合使浆料原位凝固,从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯体。

凝胶注模成型工艺流程

图例:凝胶注模成型工艺流程

凝胶注模成型用凝胶体系

①非水基凝胶体系。非水基凝胶体系使用的是有机溶剂,环境不友好型。有机溶剂除作为单体的溶剂外,还应具备以下两个特点:在交联反应温度时具有低的蒸汽压;本身黏度较低。

②水基凝胶体系。水基凝胶体系的优点:降低了浆料黏度,干燥过程更容易控制,避免了有机溶剂造成的空气污染。丙烯酸酯体系需要共溶剂,且有相分离现象,引发预混液凝胶反应不彻底,并且分散效果不佳。目前普遍使用的是丙烯酰胺体系。

凝胶注模成型

 

在催化剂和引发剂的作用下,将低粘度、高固相体积分数的浓悬浮体中的有机单体交联聚合成三维网状结构,从而使浓悬浮体原位固化成型。

直接凝固注模成型技术

利用生物酶催化反应来控制陶瓷浆料的pH值和电解质浓度,使其在双电层排斥能最小时依靠范德华力而原位凝固。

温度诱导成型

 

利用物质溶解度随温度的变化,来产生凝胶化的一种近净尺寸原位凝固胶态成型方法。它利用了胶体的空间(位阻)稳定特性。

胶态振动注模成型

 

胶态振动注模成型是1993年由加州大学Santabarbara分校的F F lange教授在压滤成型和离心注浆成型基础上提出的一种原位凝固胶态成型方法。lange利用这一特性,在固相体积分数为20%左右的陶瓷悬浮体中加入NH4Cl使颗粒形成絮凝态,然后采用压滤或离心的办法使悬浮体形成密实的结构。

三、陶瓷3D打印

增材制造技术,俗称3D打印技术,其首先将所需打印的零件建立三维模型,将模型按试验需求进行切片并传输到3D打印机,以激光烧结、光固化等技术,将陶瓷、金属等材料由下至上逐层成型,形成三维结构。在2012年被奥巴马在公开演讲中提到3D打印技术,希望以此技术作为振兴美国制造业的手段之一,从而被国内外的学者、企业家广泛关注。

3D打印陶瓷件全过程

3D打印陶瓷件全过程

和树脂材料、金属材料的3D打印技术相比,陶瓷3D打印技术起步较晚,发展速度较慢,但因其具有巨大发展潜力而受到研究所和企业的热捧。陶瓷件的3D打印包括配置陶瓷浆料、绘制三维模型并切片、3D打印成型、烧结等流程。

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参考来源:

1、陶瓷胶态成型方法研究新进展;李淑静、李楠;武汉科技大学高温陶瓷与耐火材料湖北省重点实验室。

2、电泳沉积功能陶瓷涂层技术;张建民、杨长春、石秋芝、程鹏里;郑州大学化学化工学院。


w88官网app编辑:Alpha

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