工业陶瓷制品的成形基础

4.2.1　工业陶瓷制品的成形基础

工业陶瓷产品种类繁多，生产工艺过程各不相同，但是一般都要经历以下三个阶段：坯料制备、成形、烧结。

坯料的制备过程随原料的种类、成形工艺对坯料性能要求的不同而不同。坯料制备的优劣将直接影响成形加工性能和陶瓷制品的使用性能。因此，各种各样的坯料制备工艺都围绕提高成形加工工艺性能和制品的使用性能为中心。例如，为去除坯料杂质而对原料进行精选，为控制制品晶粒粗细而要将原料粉碎、磨细到一定的粒度，为控制制品的性能还要按一定的比例配料。

经过坯料制备以后，根据成形工艺的要求，原料可以是粉料、浆料或可塑泥团。它们可按各种成形方法制成所需要的形状和尺寸的陶瓷制品。这样得到的陶瓷制品称为生坯。

陶瓷的生坯是由许多固体粒子堆积起来的聚集体。颗粒之间除了点接触外，尚存在许多空隙，强度很低，必须经过高温烧结后才能使用。生坯经过初步干燥之后即可涂釉，或直接烧结。

陶瓷生坯在高温下的致密化过程称为烧结。在烧结过程中主要发生晶粒气孔尺寸及其形状的变化，烧结现象示意图如图4-10所示。陶瓷生坯中通常含有占总体积百分之几十的空隙，颗粒之间只有点接触。在表面能减少的动力作用下，物质向颗粒间的颈部和空隙部位填充，使颈部渐渐长大并逐步减少气孔所占的体积。这样，连通的空隙不断缩小，两颗粒间的晶界与相邻晶界相遇，构成晶界网络。随着温度的提高和时间的延长，固体颗粒相互键联，晶粒长大，空隙和晶界渐趋减小。通过物质的传递，颗粒之间结合增强，使体积收缩，密度增加，强度、硬度提高，最后成为坚硬的并具有特定显微结构的多晶烧结体。

图4-10　烧结现象示意图

物质在烧结过程中的移动和扩散需要一定的能量，因此需要一定的烧结温度和时间。如温度过低，则物质的扩散和转移不够；如温度过高，则会出现晶粒长大。无论前者还是后者，都将降低陶瓷的质量和强度。不同品种的陶瓷，它们的烧结温度是不同的，通常都在1 200℃以上，而且对升温速度、炉内气氛、保温时间和冷却速度等均有一定的要求。

由于陶瓷制品品种繁多，形状规格大小不一，所用配料性能也有所不同，一次采用的成形加工方法多种多样，给成形工艺带来一定的复杂性。

选用何种方法成形，可以从以下几方面考虑：

1）坯料的性能。可塑性较好的坯料可采用可塑法成形，可塑性较差的坯料可采用注浆法或压制法成形。

2）制品的形状、大小和薄厚。一般形状复杂、尺寸精度要求不高的制品或一些薄壁、厚壁制品可采用注浆法成形，简单的回转体形常用可塑法刀压成形和滚压成形。

3）制品的产量和质量要求。生产批量小的制品可采用注浆法成形，生产批量大的制品可采用可塑法成形，生产批量小且质量要求不高的制品可采用手工可塑法成形。

4）其他。选择陶瓷制品的成形方法还应考虑生产的技术经济指标、工人的操作技能和工厂的设备条件等。