材料成型工艺基础 教学课件 作者 刘建华 6-10第7章.ppt

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1、第7章　工业陶瓷及其成型7.1工业陶瓷7.2工业陶瓷的生产过程7.1工业陶瓷7.1.1陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能主要取决于以下两个因素：第一是物质结构，主要是化学键和晶体结构，它们决定了陶瓷材料本身的性能，如电性能、热性能、磁性能和耐腐蚀性能等；第二是组织结构，包括相分布、晶粒大小和形状、气孔大小和分布、杂质、缺陷等，它们对陶瓷材料的性能影响极大。1.陶瓷材料的力学性能陶瓷材料的弹性模量和硬度是各类材料中最高的，比金属高若干倍，比有机高聚物高2~4个数量级，这是由于陶瓷材料具有强大的化学键所致。陶瓷材料的塑性变形能力很低，在室温下几乎没有塑性，这是因为陶瓷晶体中的滑移系很少，

2、共价键有明显的方向性和饱和性，离子键的同号离子接近时斥力很大，当产生滑移时，极易造成键的断裂，再加上有大量气孔的存在，所以陶瓷材料呈现出很明显的脆性特征，韧性极低。因为陶瓷内有气孔、杂质和各种缺陷的存在，所以陶瓷材料的抗拉强度和抗弯强度均很低，而抗压强度非常高，这是由于在受压时裂纹不易扩展所致。2.陶瓷材料的物理性能1）陶瓷材料的热性能　　陶瓷材料的熔点高，大多在2000℃以上，具有比金属材料高得多的抗氧化性和耐热性，并且高温强度好，抗蠕变能力强。此外，它的膨胀系数低，导热性差，是优良的高温绝热材料。但大多数陶瓷材料的热稳定性差，这是它的主要弱点之一。2）陶瓷材料的电性能　

3、　陶瓷材料的导电性变化范围很广。由于离子晶体无自由电子，因此大多数陶瓷都是良好的绝缘体。但不少陶瓷既是离子导体，又有一定的电子导电性，因而也是重要的半导体材料。此外，近年来出现的超导材料，大多数也是陶瓷材料。3）陶瓷材料的光学特性　　陶瓷材料一般是不透明的，随着科技发展，目前已研制出了诸如固体激光器材料、光导纤维材料、光存储材料等透明陶瓷新品种。3.陶瓷材料的化学性能陶瓷的组织结构很稳定，这是由于陶瓷以强大的离子键和共价键结合，并且在离子晶体中金属原子被包围在非金属原子的间隙中，从而形成稳定的化学结构。因此陶瓷材料具有良好的抗氧化性和不可燃烧性，即使在1000℃的高温下也不会

4、被氧化。此外，陶瓷对酸、碱、盐等介质均具有较强的耐蚀性，与许多金属熔体也不发生作用，因而是极好的耐蚀材料和坩埚材料。7.1.2常用的工业陶瓷陶瓷的种类繁多，大致可以分为传统陶瓷（也叫普通陶瓷）和特种陶瓷（也叫近代工业陶瓷）两大类。虽然它们都是经过高温烧结而合成的无机非金属材料，但其在所用粉体、成型方法和烧结制度及加工要求等方面却有着很大的区别。两者的主要区别见表7－1。传统陶瓷是以黏土、长石和石英等天然原料，经粉碎、成型和烧结制成的，主要用作日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷，以及工业上应用的电绝缘陶瓷、过滤陶瓷、耐酸陶瓷等。　　特种陶瓷是以人工化合物为原料的陶瓷，如氧化物陶瓷、氮

5、化物陶瓷、碳化物陶瓷、硅化物陶瓷、硼化物陶瓷，以及石英质、刚玉质、碳化硅质陶瓷等，主要用于化工、冶金、机械、电子、能源和某些高技术领域。　　特种陶瓷是20世纪发展起来的，在现代化生产和科学技术的推动和培育下，它们发展得非常快，尤其在近30年，新品种层出不穷，令人眼花缭乱。7.2工业陶瓷的生产过程7.2.1坯料制备1.配料制作陶瓷制品，首先要按瓷料的组成，将所需各种原料进行称量配料，它是陶瓷工艺中最基本的一环。称料务必精确，因为配料中某些组分加入量的微小误差也会影响到陶瓷材料的结构和性能。2.混合制备坯料配料后应根据不同的成型方法，混合制备成不同形式的坯料，如用于注浆成型的水悬

6、浮液，用于热压注成型的热塑性料浆，用于挤压、注射、轧膜和流延成型的含有机塑化剂的塑性料，用于干压或等静压成型的造粒粉料等。坯料混合一般采用球磨或搅拌等机械混合法。图7－1陶瓷的生产工艺过程7.2.2成型1.湿塑成型湿塑成型是在外力作用下，使可塑坯料发生塑性变形而制成坯体的方法，包括刀压、滚压、挤压和手捏等。这是最传统的陶瓷成型工艺，在日用瓷和工艺瓷中应用最多。2.注浆成型注浆成型是将陶瓷悬浮料浆注入石膏模或多孔质模型内，借助模型的吸水能力将料浆中的水吸出，从而在模型内形成坯体。该方法适用于形状复杂、大型薄壁、精度要求不高的日用陶瓷、建筑陶瓷和美术陶瓷制品，电子陶瓷行业由于禁用黏

7、土，因而很少使用该方法成型。　　注浆成型工艺简单，但劳动强度大，不易实现自动化，且坯体烧结后的密度较小，强度较差，收缩、变形较大，所得制品的外观尺寸精度较低，因此性能要求较高的陶瓷一般不采用此法生产。但随着分散剂的发展，均匀性好的高浓度低黏度浆料的获得，以及强力注浆的发展，注浆成型制品的性能与质量在不断提高。3.模压成型模压成型也叫干压成型，是将造粒工序制备的团粒(水的质量分数小于6%)松散装入模具内，在压机柱塞施加的外压力作用下，团粒产生移动、变形、粉碎而逐渐靠拢，所含气体同时被挤压排出