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        特種陶瓷的制作工藝
        發布時間:2010-06-23 瀏覽量:1557
        1、成形方法與結合劑的選擇
            特種陶瓷成形方法有很多種,生產中應根據制品的形狀選擇成形方法,而不同的成形方法需選用的結合劑不同。常見陶瓷成形方法、結合劑種類及用量如下所示:特種陶瓷成形方法、結合劑種類和用量
        成形方法   結合劑舉例            結合劑用量(質量%)
        千壓法     聚乙烯醇縮丁醛等      1~5
        澆注法     丙烯基樹脂類          1~3
        擠壓法     甲基纖維素等          5~15
        注射法     聚丙烯等              10~25
        等靜壓法   聚羧酸銨等            0~3
            結合劑可分為潤滑劑、增塑劑、分散劑、表面活性劑(具有分散劑和潤滑功能)等,為滿足成形需要,通常采用多種有機材料的組合。選擇結合劑,要考慮以下因素:
        l)結合劑能被粉料潤濕是必要條件。當粉料的臨界表面張力(yoc)或表面自由能(yos)比結合劑的表面張力(yoc)大時,才能很好地潤濕。
        2) 好的結合劑易于被粉料充分潤濕,且內聚力大。當結合劑被粉料潤濕時,在相互分子間發生引力作用,結合劑與粉料間發生紅結合(一次結合),同時,在結合劑分 子內,由于取向、誘導、分散效果而產生內聚力(二次結合)。雖然水也能把楊料充分潤濕,但水易揮發,分子量較小,內聚力小,不是好的結合劑。按各種有機材 料內聚力大小順序,用基表示可排列如下:
        一CONH一>-CONH2>一COOH>一OH>-NO2>-COOC2H5>一COOCH5>-CHO>=CO>-CH3>= CH2>-CH2
        3) 結合劑的分子量大小要適中。要想充分潤濕,希望分子量小,但內聚力弱。隨著分子量增大,結合能力增強。但當分子量過大時,圍內聚力過大而不易被潤濕,且易 使坯體產生變形。為了幫助分子內的鏈段運動,此時要適當加入增塑劑,在其容易潤濕的同時,使結合劑更加柔軟,便于成形。
        4)為保證產品質量,還需要防止從結合劑、原材料和配制工序混人雜質,使產品產生有害的缺陷。
        在 原料配制中,用粉碎、混合等機械方法和結合劑、分散劑配合,達到分散,盡可能不含有凝聚粒子。結合劑受到種類及其分子量,粒子表面的性質和溶劑的溶解性等 影響,吸附在原料粒子表面上,通過立體穩 定化效果,起到防止粉末原料凝聚的作用。在成形工序中,結合劑給原料以可塑性,具有保水功能,提高成形體強度和施工作業性。一般來說,結合劑由于妨礙陶瓷 的燒結,應在脫脂工序通過加熱使其分解揮發掉。因此,要選用能夠易于飛散除去以及不含有害無機鹽和金屬離子的有機材料,才能確保產品質量。
        2、陶瓷注射成形和成形用結合劑
            氮化硅由于具有高強度、高耐磨性、低密度(輕量化)、耐熱化、耐腐蝕性等優良性能,所以適用于制造渦輪加料機葉輪、搖臂式燒嘴、輔助燃燒室等汽車用陶瓷部件。這些部件要求復雜的形狀、高精度尺寸和高可靠性。不允許有內在缺陷(裂紋、氣孔、異物等)和表面缺陷。
        滿足這些質量要求的成形技術之一,有陶瓷注射成形法(高壓)。其工藝流程如下:
             成形工藝中,不能產生由成形材料的流動性、金屬模型溫度等引起的溝線和由成形條件引起的穴孔等缺陷;在脫脂工藝中,不使其產生由有機材料組成和熱分解速度引起的脫脂裂紋。有機材料的選定也得滿足這些質量要求。
            一般來說,陶瓷注射成形使用的有機材料由結合劑、助劑、可塑劑構成,結合劑可使用聚丙烯(PP)、無規則聚丙烯(APP)、聚乙烯(PE)、乙烯一醋酸乙 烯共聚體(EVA)、聚苯乙烯(PS)、丙烯酸系樹脂等。其中PE具有優異的成形性;EVA與其他樹脂的相溶性好,流動性、成形性也好;APP具有與其他 樹脂相溶性好、富于流動性和脫脂性的特征;PS流動性好。助劑有蠟石石蠟、微晶石蠟、變性石蠟、天然石蠟、硬脂酸、配合劑等。成形材料的流動性可以使用高 式流動點測定器和熔化分度器進行評價。當脫脂具有結合劑的含量多 時,則脫脂性有降低的傾向,助劑的石蠟多者,脫脂性好。如果有機材料在特定的溫度區域不能全部飛散掉,就會影響陶瓷的燒結,因此,需要考慮熱分解特性,加 以選擇。
            陶瓷注射成形使用的有機材料應選擇使得成形材料的流動性和成形體的脫脂性兩個特性達到最佳化。
        3、陶瓷擠壓成形和成形用結合劑
            堇青石由于具有耐熱性、耐腐蝕性、多孔質性、低熱膨脹性等優良材料特性,所以廣泛用作汽車尾氣凈化催化劑用載體。堇青石蜂窩狀物利用原料粒子的取向,產生出蜂窩狀結構體的低熱膨脹,可用擠壓成形法來制造。
            根據堇青石分子組成(2MgO·2Al2O3·5SiO2),原料可選用滑石、高嶺土和氧化鋁。成形用坯土從口蓋里面的供給孔進入口蓋內,經過細分后,向 薄壁擴展,再結合,由此求得延伸性和結合性好的質量。另外,作為擠壓成形后的蜂窩狀體,為了保持形狀,坯土的屈服值高者好,也就是說,選擇結合劑應使坯土 的流動性和自守性兩個性能達到最佳化。
            原料粉末、結合劑、助劑(潤滑劑、界面活性劑等)及水經機械混練后,用螺桿擠壓機連續式擠壓或用油壓柱塞式擠壓機擠壓成形。一般來說,擠壓成形使用的結合 劑只要用低濃度水溶液,便可顯示出高粘性的結合性能。常用的有甲基纖維素(MC)、羧甲基纖維素(CMC)、聚氧乙烯(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、羥 乙基纖維素(HEC)等。MC能很好溶于水中,當加熱時很快膠化。CMC能很好溶于水中,分散性、穩定性也高。PVA 廣泛地用于各種成形。潤滑劑可減少粉體間的磨擦,界面活性劑可提高原料粉末與水的潤濕性。
        缺乏可塑性,具有膨脹特性的坯土使擠壓不夠光滑,表面缺 陷增加。因此,對結合劑的性能應有評價指標。評價還土的可塑性方法,有施加扭曲、壓縮、拉伸等應力,求出應力與變形之間的關系,用毛細管流變計的方法、粘 彈性的方法等。用這種方法可以評價坯土的自守性和流動性。在用粘彈性的方法評價時,可得出結合劑配合量增加到一定程度時,自守性和流動性均會增加的結果。 也就是說,結合劑配合量的增加有助于原料的可塑性增加。
            有機材料是特種陶瓷的主要結合劑,合理選用這些有機材料是保證產品質量的關鍵。在生產中,應根據粉料的特性、制品的形狀、成形方法綜合進行選擇。
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