特種陶瓷的成型方法有多種,如干壓成型、注漿成型、注射成型、凝膠澆注成型等。由于干壓成型擁有粘結(jié)劑含量低,不經(jīng)干燥可直接燒結(jié),生產(chǎn)工序簡單,效率高,坯體收縮小,可自動化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。因此,在特種陶瓷生產(chǎn)中最常用的方法是干壓成型。
如何制備致密度高且密度梯度均勻的坯體是研究的重點(diǎn),從整體上看,干壓成型時影響坯體密度的因素有干壓工藝和粉體性能兩方面。
干壓工藝的影響
干壓工藝主要指加壓方式、加壓壓力、加壓速度以及保壓時間等。
加壓方式
在干壓成型中,加壓方式有單向加壓和雙向加壓。加壓方式不同,壓力在模具內(nèi)的傳遞與分布也不同。
加壓方式對坯體密度的影響
加壓壓力
一般來說,坯體的密度隨著壓力的增大而提高。在壓制過程中,壓力對生坯的密度、強(qiáng)度、孔隙率性能的影響,比其它因素更重要,同時對生坯燒結(jié)后的性能也有明顯影響。
壓力太小,坯體達(dá)不到最大致密化,以至于影響燒結(jié)致密化過程;壓力過大,又會出現(xiàn)類似于層裂的缺陷;只有壓力適中,才會壓制出理想的坯體。
加壓速度及保壓時間
加壓速度和保壓時間對坯體性能有很大的影響,即與壓力的傳遞和氣體的排出有很大的關(guān)系,如果加壓過快,保壓時間又短,氣體就不容易排除。同樣,當(dāng)壓力沒有傳遞到應(yīng)有的深度時,外力就已經(jīng)去掉,也難以得到理想的坯體質(zhì)量。當(dāng)然,如果加壓速度太慢,保壓時間又太長,便會降低生產(chǎn)效率。故應(yīng)根據(jù)坯體的大小、形狀和厚薄來調(diào)整加壓速度和保壓時間。
粉體性能的影響
粉體的性能主要指顆粒粒度、顆粒級配、粘結(jié)劑及水分的含量、粉料的流動性等。
顆粒粒度及顆粒級配
在相同壓力作用下,粒度大的粉體壓坯密度大,粒度小的粉體燒結(jié)密度大;同一粒度粉體,壓坯密度和燒結(jié)密度均隨壓力增大而增大。由此,顆粒粒度的增大有利于坯體致密度的提高。
粘結(jié)劑及水分含量的影響
特種陶瓷干壓成型時首先需要對符合要求的陶瓷粉末進(jìn)行造粒,然后對造粒粉進(jìn)行壓制,最終得到坯體。造粒粉的性能如假顆粒的形狀、尺寸、尺寸分布、粉體的流動性等將最終影響陶瓷坯體的致密度,而粘結(jié)劑的含量則影響著造粒粉的性能。
在陶瓷干壓成型過程中,粘結(jié)劑主要起粘合作用,增大假顆粒粒徑,增加顆粒強(qiáng)度。在造粒過程中,如果粘結(jié)劑含量過高,會增加漿料的粘度系數(shù)、噴霧霧化角變小,霧滴經(jīng)干燥造粒后易團(tuán)聚在一起,達(dá)到粒度分布范圍廣,流動性差的粉體,從而干壓成型時難以獲得高致密度的坯體。如果粘結(jié)劑含量過低,坯體的強(qiáng)度就達(dá)不到加工的要求。
水分的含量對坯體的致密度也有很大的影響:含水量過大則干燥收縮大,對生坯的尺寸控制就困難,并且成型時粉料易與模具發(fā)生粘連,從而影響坯體的致密度;含水量過小,又會影響造粒粉的破碎性能,不利于得到高致密度的坯體。
粉料流動性
良好的流動性可保證干壓成型時顆粒間的內(nèi)摩擦小,粉料能順利地填滿模型的各個角落,同時也有利于增加粉料的填充密度,從而在較小的壓力下獲得密實(shí)而均勻的陶瓷坯體。
參考資料:
李曉東等.影響陶瓷干壓成型坯體致密度的因素
李世波等.特種陶瓷的成型與坯體密度的關(guān)系