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应用技术现代技术陶瓷2010年第4期(总第126期)陶瓷成型加工技术新进展康永柴秀娟(陕西金泰氯碱化工有限公司技术部,榆林718100;陕西金泰氯碱化工有限公司,榆林718100)摘要:陶瓷材料以其优异的耐高温﹑高强度﹑耐磨损﹑耐腐蚀等性能和优点被广泛应用在各个领域中。文中介绍了陶瓷成型加工技术的新方式﹑新特点和新进展。关键词:陶瓷;离心沉积成型;电泳沉积成型;离心注浆成型;注射成型;胶态成型当前,随着陶瓷新材料应用领域的不断拓也可利用颗粒大小或质量的不同沉积出各层不展,对陶瓷材料性能的要求愈来愈苛刻。成型工同性质的材料。[1]艺是陶瓷材料制备过程的重要环节之一,在很大潘新对Al2O3/Ni复合粉末的浆料进行了程度上影响着材料的微观组织结构,决定了产品调制,同时对Al2O3/Ni梯度复合材料的离心成型的性能、应用和价格。传统的成型方法如注浆、制备的机理,工艺优化和物理性能进行了研究。可塑和干压成型技术及已成熟并获得应用的挤在试验的基础上优化了浆料中粘结剂和固相的出成型、等静压成型、流延成型等技术在陶瓷材最佳含量,以及浆料的最佳球磨时间。对梯度复料的规模生产中发挥了重要的作用。但上述方合材料试样的气孔率,三点抗折强度,硬度等物法已不能满足高精度、复杂形状和多层复相陶瓷理性能及其影响因素进行了研究。利用SEM手材料的制造要求,极大地限制和阻碍了高技术陶段分析了样品的内部显微组织和梯度分布。实瓷材料的应用和发展。验结果表明:配制浆料时,粘结剂(聚乙二醇)含现代科学技术的发展为陶瓷材料成型技术量为2w%t,固相含量为63vo%l,球磨时间为36h的进步带来了新的活力,尤其是材料化学、计算的浆料性能最佳。离心转速为3000r/m,离心时机技术的发展和应用,三大材料的互相渗透、交间为40min的试样经过1200预烧,在1300热融,促进了高技术陶瓷制备技术的发展。陶瓷成压烧结30min后,可以获得最小气孔率为0.4%,型技术在传统方法的基础上不断改进创新,离心最大强度为320MPa,并且式样的硬度呈明显的沉积成型、电泳沉积成型、离心注浆成型、注射成梯度分布的梯度材料。投过调整固相含量和粘型和胶态成型等新成型技术不断涌现。了解这结剂的含量,可以调控Al2O3/Ni梯度材料的成分些成型技术的基本原理、研究现状和特点,并在梯度,对组织结构进行设计和控制。其基础上加强应用研究,对于进一步研究探索新采用离心沉积成型层状材料具有以下特点:的成型工艺和方法,不断适应和满足高致密度、a、通过沉积不同的材料,可以改善材料的韧性;形状复杂、尺寸精准和具有复合功能的陶瓷材料b、沉积各层可以是电、磁、光性质的结合,具有多成型的需求有着重要的作用。功能性;c、可以制成各向异性的新型材料。1离心沉积成型2电泳沉积成型离心沉积成型是一种制备板状、层状纳米多电泳沉积成型是利用直流电场促使带电颗层复合材料的方法,其原理是不同的浆料依次在粒发生迁移,进而沉积到极性相反的电极上而成离心力的作用下一层层地均匀沉积成一个整体;型。沉积过程中在电泳迁移的作用下颗粒间的作者简介:康永(1981~),男,硕士,主要从事化工工艺技术研发.49 应用技术2010年第4期(总第126期)现代技术陶瓷距离缩短,VanderWaals吸引力起主要作用,浆料时,在Pt金属基底上电泳沉积得到的PNN-PZT的稳定分散性开始失去,粉体颗粒逐渐沉积到电厚膜,经过1200烧结30min后,SEM显微结构极上。电泳沉积成型分为颗粒电泳迁移和颗粒分析表明,厚膜致密,晶粒得到充分生长.电学性在电极上放电沉积两个相继的过程,为了使颗粒能测试显示此厚膜具有良好的铁电介电性能,其2能单独沉淀到电极上而不受其他带电颗粒的影剩余极化强度Pt可达20.81C/cm,介电损耗响,需要陶瓷浆料具有很好的分散性。tan为3.2%。[2]黄勇等研究了电极过程对SiCw/TZP复合电泳沉积成型具有以下特点:操作简单、灵材料电泳沉积成型动力学的影响。实验结果表活及可靠性高,因而适用于多层陶瓷电容器、传明:电泳沉积是由带电颗粒的电泳迁移和颗粒在感器、梯度功能陶瓷的成型方法,但对过程参数电极上放电沉积两个串联过程所组成,其中较慢的变化影响比较敏感。的步骤成为控制电泳沉积成型速率的关键步骤。3离心注浆成型电泳迁移遵循电泳规律,而沉积过程遵循电化学规律。随着pH值从低到高,电泳沉积成型由电离心注浆成型是在传统注浆成型基础上发泳控制向沉积控制转变,转变点处成型速率最展而来的。它通过调节pH值等工艺参数,使粉大。实验还发现电泳沉积成型也存在过电位,过体在液体中均匀分散,在高速旋转的离心力的作电位的大小取决于固体颗粒的化学组成和电极用下沉积成型。离心注浆成型将湿法化学粉末种类,TZP粉末和SiCw在聚丙烯酸铵为悬浮剂的制备与无应力致密化技术相结合,一方面可以防水溶液中在Al电极上的过电位分别为3V和5V。止粉体的团聚及其他缺陷;另一方面可以借助粉SiCw和TZP共沉积时沉积坯体的组成取决于电体的粒径的不同和转速不同达到分别沉积的目极种类和料浆中两者的配比浓度,其规律遵守的,可用于多层和梯度复合功能材料的制备。[5]Nernst方程,即过电位效应和浓度(活度)效应。张锐等选用SiC颗粒作为多孔陶瓷的骨料[3]赵文涛等采用电泳沉积法在石墨基体上材料,长石、石英、粘土组成的低共熔混合物形成制备厚度可控的Si涂层,考察了电泳沉积参数晶界玻璃相结合剂,活性炭作为成孔剂,采用注(电压、沉积时间、固含量及添加剂量)对涂层沉浆成型工艺,对多孔陶瓷的性能进行了研究。SiC积量的影响。所制备的Si涂层通过烧结与石墨骨料颗粒的Zeta电位等电点对应的pH值为基体发生在位反应形成SiC涂层。用SEM观察52,注浆浆料的pH值在8~12的范围内具有很涂层烧结前后的形貌,发现烧结后Si渗入基体内好的流动性和稳定性;烧成温度的提高,使SiC多部。孔径分布数据表明所形成的SiC涂层导致石孔陶瓷的气孔尺寸分布范围缩小,但基本孔径不墨孔径变小。实验提供了一种制备SiC涂层的新变;晶界玻璃相的高温粘性流动在SiC晶粒之间方法,电泳沉积一烧结可用于C/SiC复合材料的形成桥架结构,提高了两者之间的粘结能力;制备。在高温下,SiC颗粒的氧化产物参与晶界反应,生[4]曹瑞娟等利用电泳沉积法分别在Al2O3/成新的针状莫来石相,使SiC多孔陶瓷的强度出Pt和Pt金属基底上制备了厚度为10~40m的现异常提高。[6]0.3Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-0.7Pb(Zr,Ti)O3(PNN-郝洪顺等以氧化铝粉末为原料,采用注浆PZT)厚膜,研究了pH值、Zeta电位与PNN-PZT成型工艺制备高耐磨氧化铝陶瓷。采用正交设悬浮液稳定性的关系,探索了沉积电压、沉积时计的方法来优化胶态成型工艺参数,聚丙烯酸的间与电泳沉积量的关系。结果表明,当添加少量加入量(质量分数)为1.0%,球磨时间为10h,pH分散剂聚乙二醇时,pH值在3.5~5.5较宽的范值为11时浆料可达到最大的沉降高度。利用最围内,悬浮液具有较高的Zeta电位,容易制得稳佳注浆成型工艺,1200烧结1h和1540烧结定的悬浮液.沉积电压为21V,沉积时间为5min2h制备的氧化铝陶瓷结构致密,晶粒大小均匀,50 应用技术现代技术陶瓷2010年第4期(总第126期)3微孔较小,体积密度为3.86g/cm,硬度为硼、碳为烧结助剂,研究了利用注射成型技术生1/21102GPa,断裂韧性为3.31MPam。氧化铝产碳化硅陶瓷复杂件的工艺。选择了一种石蜡陶瓷烧结体的摩擦实验结果表明:在水润滑条件基多聚物粘结剂体系,在粉体体积分数为52%下的摩擦系数比在干摩擦时小得多,磨损量则较时,喂料的最佳注射参数是:注射温度160~大。利用扫描电镜对干摩擦和水润滑条件下磨170,注射压力为100~110MPa,采用溶剂脱脂损实验后的氧化铝陶瓷的微观形貌进行了分析,加上热脱脂的二步法脱脂工艺,在氩气氛下,将发现在干摩擦条件下,主要是黏着脆性磨损;在烧结坯体于2100,保温1h进行固相烧结后,得3水润滑条件下,主要是化学腐蚀磨损。到的碳化硅陶瓷复杂件密度为3.08g/m,致密度[7]黄丽芳等采用注浆成型方法,通过加入为96%。MnO2-TiO2-MgO复相添加剂,1350空气气氛注射成型技术特点:可以成型形状复杂的部中常压烧结,获得了相对密度最大为95.7%的氧件,且易于自动化和大规模生产,并且具有高的化铝陶瓷。研究了MnO2-TiO2-MgO复相添加尺寸精度和均匀的显微结构。但是注射成型有剂对氧化铝陶瓷显微结构与力学性能的影响。机载体含量较高,在烧结之前必须进行素坯的脱在添加质量分数为3%MnO2,0.5%MgO的情况脂,大型坯件常会导致有机物的富集和颗粒的重下,比较添加不同质量分数的TiO2(1.0~3.0%)排,使坯体均匀性变差,易于开裂,所以这是目前对氧化铝陶瓷烧结性能的影响。通过对比发现,采用注射成型工艺时亟待解决的问题。该复相添加剂能有效降低氧化铝陶瓷的烧结温5胶态成型度,在同一温度下,随着TiO2的增加,烧结体密度也随之增加,强度也有明显差别。结果表明:凝胶注模成型是上世纪90年代由美国橡树1350下Al2O3+0.5%MgO+3%MnO2+1.5%岭国家重点实验室研发的一种成型新技术。它TiO2体系烧结效果最好,断口为沿晶断裂,无明显将传统注浆工艺和聚合物化学有机结合,采用由气孔,晶粒分布均匀,平均粒径为2m,无晶粒异高分子网络产生聚合作用使陶瓷颗粒聚集在一3常长大现象。烧结体密度达到3.80g/cm,抗弯起而形成陶瓷坯体的一种成型方法。在悬浮介强度为243MPa。质中加入乙烯基有机单体,利用催化剂和引发剂离心注浆成型具有以下特点:对制备的悬浮的作用陶瓷浆料浇注后有机单体发生原位聚合体的固相量没有严格要求,几乎无须粘结剂,减反应,聚合凝固成陶瓷坯体。凝胶注模成型是一少了脱脂工艺造成的不良影响;成本较低,便于种实用性很强的技术,显著优点在于成型后的坯控制,特别适合大型规则几何旋转体的净尺寸成体均匀性好及成型坯体具有较高的强度,可直接型。但当制备均一材料时,配料粒径相差过大,进行机加工获得合适的尺寸,而且烧成后收缩颗粒的离心加速度不同,容易导致坯体的成份不小,适合精准尺寸的成型。。陶瓷胶态注射成型均和分层;需要离心成型设备。解决了两个重要的关键技术:陶瓷浓悬浮体的快速原位固化和注射过程的可控性。通过深入研4注射成型究发现压力可以快速诱导陶瓷浓悬浮体的原位陶瓷的热塑性注射成型技术是从塑料成型固化,从而发明了压力诱导陶瓷成型技术。[9]技术发展而来的,是将陶瓷粉料与热塑性树脂、郝洪顺等以氮化硅粉末为原料,采用水溶石蜡、增塑剂、溶剂等加热混匀后(或挤出切片造性胶态成型工艺制备高耐磨氮化硅陶瓷。采用粒后)进入注射成型机中经加热熔融后获得塑性正交设计的方法来优化制备高品质注浆料,并研在一定的压力下从喷嘴高速喷注入金属模腔内,究了掺杂分散剂后Zeta电位的变化。同时,还对在极短时间内冷却固化而得以成型。氮化硅陶瓷烧结体的显微结构、力学性能和耐磨[8]张勇等以高纯SiC微粉为原料,添加碳化性能进行了研究。结果表明:当氮化硅浆料中固51 应用技术2010年第4期(总第126期)现代技术陶瓷相体积分数为45%时,可制得体积密度较高的精成型工艺的采用中应考虑到材料的分散性,浆料细氮化硅陶瓷材料,断裂韧性可达7.21MPa配比对工艺的影响性,材料的功能性以及材料的1/2m,硬度为9.30GPa.通过抗耐磨损实验研究表纳米化对工艺过程的作用,以全面利用新型工艺明:干摩擦条件下,氮化硅陶瓷发生了晶粒脆性的优势赋予陶瓷新的性能,新的功能和新的作断裂和脱落;水润滑条件下,摩擦表面产生了氢用。氧化硅反应膜,降低了磨损,是化学腐蚀磨损。[10]参考文献罗杰盛研究了一种新的凝胶成型工艺,将硅溶胶-凝胶特性成功运用于陶瓷部件胶态成1潘新.离心成型制备Al2O3/Ni梯度复合材料[D].长春:东型。该成型过程是正硅酸乙酯(TEOS)在强碱性北师范大学,20042黄勇,张宗涛,张立明,等.SiCw/TZP陶瓷复合材料电泳沉条件下水解得到硅溶胶,硅溶胶通过凝胶化反应积电极反应动力学研究[J].硅酸盐学报,1995,23(2):121生成Si-O-Si网络空间结构的凝胶,进而固定-127悬浮体中陶瓷颗粒形成陶瓷坯体。运用该方法3赵文涛,蒲延芳,吴永涛,等.电泳沉积-烧结制备石墨材成型得到的坯体具有较高的强度,均匀的显微结料SiC涂层的研究[J].材料导报,2010,(1):471-473构。此外,该方法具有毒性低,固化速度快等优4曹瑞娟,李国荣,赵苏串,等.电泳沉积PNN-PZT陶瓷厚膜及其电学性能研究[J].无机材料学报,2009,(6):1183-点。1188胶态注射成型技术特点:可以获得高密度、5张锐,高濂,等.注浆成型SiC多孔陶瓷的工艺和性能研究高均匀性和高强度的陶瓷胚体,这种成型技术可[J].无机材料学报,2002,17(4):725-730以消除陶瓷粉体颗粒的团聚体,减少烧结过程中6郝洪顺,徐利华,仉小猛,等.注浆成型工艺制备高耐磨氧复杂形状部件的变形、开裂,从而减少最终部件化铝陶瓷[J].硅酸盐学报,2008,36(11):1615-16197黄丽芳,郑治祥,吕珺,等.以MnO2-TiO2-MgO为添加剂的机加工量,获得高可靠性的陶瓷材料与部件。注浆成型低温烧结Al2O3陶瓷[J].硅酸盐学报,2008,27该工艺对成型体没有尺寸和厚度的限制。避免(1):77-81了传统陶瓷注射成型使用大量有机物所导致的8张勇,何新波,曲选辉,等.注射成型制备碳化硅陶瓷材料排胶困难,实现了胶态成型的注射过程。适合于[J].稀有金属材料与工程,2007,36(1):326-329规模化生产,是高技术陶瓷产业化的核心技术。9郝洪顺,徐利华,仉小猛,等.水溶性胶态成型工艺制备氮化硅耐磨结构陶瓷[J].无机材料学报,2008,23(5):955-6结语95910罗杰盛,谢志鹏,马景陶,等.硅溶胶-凝胶化反应在陶瓷目前,陶瓷成型新技术不断涌现,但采用的胶态成型中的应用[J].无机材料学报,2003,18(6):1205-新的成型技术还存在着某些不足。在以后新型1209TheNewProgressofCeramicsContourMachiningTechnology12KangYongChaiXiujuan1(TheResearchDepartmentofShaanxiJintaiChlor-alkaliChemicalCo.,LTD.Yulin718100China;2ShaanxiJintaiChlor-alkaliChemicalCo.,LTD.Yulin718100China)Abstract:Ceramicswasusedinallfieldsbecauseofitsexceptionalperformanceofstandfire、highstrength、standwearandtearandcorrosion-resistan.tItwassummarizedthenewtechnology、newcharacter-isticandnewprogressinthisarticle.Keywords:ceramics;centrifugaldepositionforming;electrophoreticdepositionforming;centrifugalcas-tingforming;injectionforming;colloidalforming52
