工业陶瓷制品的成形方法

4.2.2　工业陶瓷制品的成形方法

4.2.2.1　可塑法成形

在可塑法（plastic deformation）成形时，在坯料中加入一定量的水或塑化剂，使坯料成为具有良好塑性的料团，然后利用外力的作用使可塑坯料发生塑性变形而制成坯体。可塑法成形主要包括挤压法、刀压法、滚压法、车坯法和轧膜法等。

1.挤压法成形

挤压（squeezing action）法成形主要用来制造壁厚0.2mm左右的各种管状产品（如高温炉管、热电偶套管、电容器瓷管等）和截断面形状规则的瓷棒或轴（如圆形、方形、椭圆形、六角形瓷棒等）。随着粉料质量和泥料可塑性的提高，也可用来挤制长100～200 mm、厚0.2～0.3mm的片状坯膜，半干后再冲制成不同形状的片状制品，或用来挤制每平方厘米100～200个孔的蜂窝状或筛格式穿孔陶瓷制品。

图4-11　挤压法成形过程示意图

1—活塞　2—挤压筒　3—瓷料　4—型环　5—型芯　6—挤嘴

挤压法成形过程如图4-11所示。将真空炼制的泥料放入挤制机内，该机一头可以通过活塞对泥料施加压力，另一头装有机嘴（即成形模具）。通过更换机嘴，能挤出各种形状的坯体，也可直接将挤嘴安装在真空炼泥挤压机上，成为真空炼泥挤压机，其制品性能更好。挤出的坯体待晾干后可切割成所需长度的成品。

挤压法成形类似于金属模锻，它的生产效率高、产量大、操作简便。但挤嘴结构复杂，加工精度要求较高。

2.刀压法成形和滚压法成形

刀压（cutter blank）法成形也称旋压法成形，如图4-12所示，它是利用型刀和石膏模型进行成形的一种方法。成形时取定量的可塑泥料，投进旋转的石膏模中，然后将型刀渐渐压入泥料。由于型刀与旋转着的模型之间存在相对运动，随着模型的旋转及型刀的挤压和刮削作用，将坯泥沿石膏模型的工作面上展开形成坯件。刀口的工作弧线形状与模型工作面的形状构成了坯体的厚度。这种方法又可分为阴模法和阳模法。阴模法成形时石膏模内凹，模内壁决定坯体的外形，型刀决定坯体的内部形状；阳模法成形时石膏模凸起，坯体内表面形状由模型决定，外表面由型刀旋压决定。

图4-12　刀压法成形示意图

滚压（spinning）法成形是由刀压法成形演变而来的，它与刀压法成形的不同之处是将扁平的型刀改为回转型的滚压头。成形时，滚压头和盛放泥料的模型分别绕自己的轴线以一定速度同方向旋转。滚压头—面旋转—面逐渐压入泥料，泥料受“滚”和“压”的作用而成形制品。与刀压法成形相似，滚压法成形可分为阳模滚压成形和阴模滚压成形两种。

3.车坯法成形

车坯（turning）法成形是利用挤压出的圆柱形泥团作为坯料，在卧式或立式车床上加工成形。车床的结构与金属切削加工的普通车床相似。根据泥团所含水分的多少，又分为干车成形和湿车成形两种；前者泥料水的质量分数为6%～11%，后者泥料水的质量分数为16%～18%。尺寸精度要求较高的产品多采用干车成形，但干车成形时粉尘多，生产率低，刀具损耗大。湿车成形的优缺点正好与干车成形相反。

车坯法成形适合加工形状较为复杂的圆形制品，特别是大型的圆形制品。

4.轧模法成形

轧模（roll down）法成形是将准备好的坯料拌以一定量的有机粘结剂（一般用聚乙烯醇），并混合均匀后置入轧模机的两轧辊之间进行加工。通过调整轧辊间距，经过多次辊轧，最终达到所要求的厚度。轧好的坯片需经冲切工序制成所需的坯件。

由于在辊轧过程中，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。干燥和烧结时，横向收缩大，易产生变形和开裂，坯体性能也呈各向异性。轧模法成形适合生产厚度为1mm以下的薄片状产品，但对厚度小于0.08mm的超薄片，难以用此法轧制且质量也不易控制。

4.2.2.2　注浆法成形

注浆法成形是在石膏模中进行的。石膏模具多孔且吸水性强，能很快吸收陶瓷浆料的水分，达到成形的目的。

注浆法成形过程可以视为吸浆成坯和巩固脱模两个阶段。吸浆成坯阶段由于石膏模的吸水作用，先在靠近模型的工作面上形成一薄泥层，随后泥层逐渐增厚达到所要求的坯体厚度。成形的动力是模型的毛细管力。此时不能马上脱模，需继续放置，即进入巩固阶段，模型继续吸水及坯体表面水分蒸发并伴有干燥收缩。当水分降低到某一数值时，坯体内水分减少的速度会急剧变小，此时由于坯体收缩并有了一定的强度，脱模就比较容易。注浆法成形有三种基本方法：空心注浆法、实心注浆法以及热压注浆法。为了强化注浆过程，生产中还使用压力注浆、离心注浆和真空注浆等。

1.空心注浆法

空心（hollow）注浆法所用的石膏模是空心的（即无型芯），泥浆注满模腔经过一定时间后，石膏模腔内部粘附一定厚度的坯体，将多余的泥浆倒出，坯体形状便在模内形成。坯体的厚薄取决于吸浆时间、模型的湿度和温度以及浆料的性质。空心注浆适用于小型薄壁的产品。空心注浆的工艺过程如图4-13所示。

图4-13　空心注浆的工艺过程

a）空石膏模　b）注浆　c）放浆　d）坯体

2.实心注浆法

实心（solid）注浆法所用石膏模具由外模和模芯组成，泥浆注入外模与模芯之间，坯体的表面由外模腔决定，内部形状则由模芯决定（见图4-14）。这样，泥浆注满后，模型从两个方向吸收泥浆的水分，往往造成靠近模壁处坯体致密，而坯体中心较疏松，这与泥浆性能和浇注操作有关，所以应精心制作泥浆和严格操作工艺。

注浆法成形对制品的适应性较强，得到的制品致密，强度也高，但因坯件含水量较大，其干燥收缩较大，生产时要消耗较多的石膏模，占用场地也较大。

3.热压注浆法

热压注浆（die-cast）法和熔模铸造中蜡模的制造工艺相似。它是在原料中加入塑化剂石蜡制成蜡浆，然后在适当的温度下以一定的压力将蜡浆注入金属模具中，等到坯体冷却凝固后再进行脱模。由于在通常所用浆料中石蜡的质量分数在13%以上，高温下石蜡软化会引起坯体变形，因此在烧结之前先要排蜡，即将坯体埋在吸附剂中，在低于烧结温度的高温下，使石蜡熔化、渗透、扩散到吸附剂中蒸发掉，并使坯体初步发生化学反应而具有一定的强度。排蜡后的坯体再经高温烧结成陶瓷制品。

图4-14　实心注浆的工艺过程

a）空石膏模　b）注浆　c）吸浆　d）坯体

热压注浆法成形是工业陶瓷制品的一种常用成形方法，此法制得的产品尺寸较准确，表面光洁、结构紧密。常用来制造形状复杂、尺寸和质量要求都较高的工业陶瓷制品。

4.2.2.3　压制法成形

压制（pressing）法成形又叫粉料成形法。它是将含有一定水分和添加剂的粉料，在金属模具中用较高的压力压制成形。它和粉末冶金成形方法完全一样。在压制成形过程中，随着压力增加，粉料颗粒产生移动和变形而逐渐靠拢，粉料中所含的气体同时被挤压排出，模腔中松散的粉料形成较致密的坯体。

图4-15　加压方式对坯体密度的影响

a）单面加压　b）双面加压　c）双面加压并用润滑剂

压制法成形一般是在油压机上进行的。其加压方式可以是单面加压，也可以采用双面加压，从图4-15所示的加压方式对坯体密度的影响可看出，在三种情况下密度分布是不同的。坯料经造粒（在粉料中加入一定的塑化剂制成流动性好的粒子），再加润滑剂，采用双面加压，坯体密度最均匀。

在压制法成形工艺中，成形压力是影响制坯质量的一个极重要的因素。成形压力不够，则坯体密度低、强度小、收缩率大，从而导致制品变形、开裂等。成形时加压速度不能过快，开始加压时，压力不能过大。否则，由于粉料中的气体没有充分的时间排出，将会造成坯体开裂。所以，生产中常采用先小后大、多次（两到三次）加压的操作方法。工业陶瓷制品的成形压力一般为40～100MPa。

与可塑法、注浆法成形相比，压制法成形由于坯体采用粉料，水分和粘结剂的量较少，压成后坯体的强度较大、变形小，烧结后收缩小，产品尺寸精度高，并易于实现机械化和自动化，劳动生产率高。缺点是模具磨损大，产品的体积和尺寸有一定限制。压制法成形是工业陶瓷制品生产中常用的一种成形方法。