特种陶瓷课件2章特种陶瓷成型工艺.ppt
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1、第第2章章 特种陶瓷成型工艺特种陶瓷成型工艺第一节第一节 配料计算与制备配料计算与制备一、配料计算一、配料计算 常用的配料计算方法有两种:一种是按化学计量式常用的配料计算方法有两种:一种是按化学计量式进行计算,一种是根据坯料预期的化学组成进行计算。进行计算,一种是根据坯料预期的化学组成进行计算。1、按化学计量式计算、按化学计量式计算Ca(TiZr)O3,(BaSr)TiO3 上上述述化化学学分分子子式式的的特特点点:与与ABO3相相似似,A位位置置上上和和B位位置置上上各各元元素素右右下下角角系系数数的的和和等等于于1。例例如如,(CaBa)TiO3可可以以看看成成是是CaTiO3中中有有15
2、%摩摩尔尔的的Ca被被Ba取取代代了了。同同样样,Ca(TiZr)O3为为CaTiO3中有中有46%的的Ti被被Zr取代了。取代了。n明确化学分子式的意义后,就可以通过化学分子明确化学分子式的意义后,就可以通过化学分子式计算各原料的质量分数,以及各原料的质量分式计算各原料的质量分数,以及各原料的质量分数组成。这种方法也叫数组成。这种方法也叫化学式计量方法化学式计量方法。n已知:已知:物质的质量物质的质量=该物质的摩尔数该物质的摩尔数 该物质的摩尔质量该物质的摩尔质量n以以原原料料纯纯度度100%计计算算,但但实实际际原原料料不不可可能能有有这这么高的纯度,精确计算时应予以修正。么高的纯度,精确
3、计算时应予以修正。m(实际的质量)实际的质量)=m(理论质量理论质量)/P(纯度)纯度)n 原料中如有水分则需烘干,否则要扣除水分。原料中如有水分则需烘干,否则要扣除水分。例例1:配配方方为为(BaCa)TiO3,采采用用BaCO3,CaCO3,TiO2原原料料进进行行配配料料,计计算算出出各各原原料料的的质质量量百百分分比。比。见表见表2-1(P44)2、根据坯料预定的化学组成进行配料计算。、根据坯料预定的化学组成进行配料计算。n例例2:已知坯料的化学组成如下:已知坯料的化学组成如下n用原料氧化铝、滑石、碳酸钙、苏州高岭土配制,求出其质用原料氧化铝、滑石、碳酸钙、苏州高岭土配制,求出其质量百
4、分组成。量百分组成。n解解 设:氧化铝、碳酸钙的纯度为设:氧化铝、碳酸钙的纯度为100%;滑石为纯滑石;滑石为纯滑石(3MgO 4SiO2 H2O),其理论组成为),其理论组成为%,SiO2 63.5%,H2O 4.8%;苏州高岭土为纯高岭土(苏州高岭土为纯高岭土(Al2O32SiO2 2H2O),),其理论组成为其理论组成为Al2O3 39.5%,SiO2 46.5%,H2O 14%。化学组成化学组成Al2O3MgOCaOSiO2wt%931.31.04.7nCaO只能由只能由CaCO3引入,因此引入质量为引入,因此引入质量为1(以(以100为基准)为基准)的的CaO,需需CaCO3的质量为
5、:的质量为:M CaCO3=1/0.5603=1.78 nMgO只能由滑石引入:只能由滑石引入:M滑石滑石nSiO2由高岭土和滑石同时引入:由高岭土和滑石同时引入:M高岭土高岭土SiO2n工业纯工业纯Al2O3 的引入质量为:的引入质量为:M Al2O3=93-由高岭土引入的质量由高岭土引入的质量=93-4.510.395=91.22 n引入原料的总质量为:引入原料的总质量为:n 配方用原料的质量百分数为:配方用原料的质量百分数为:CaCO3100%=1.75%m 100%=4.03%m100%=4.44%m100%=89.77%二、原料煅烧二、原料煅烧煅烧的主要目的:煅烧的主要目的:去除原料
6、中易挥发的杂质、化学结合和物理吸附去除原料中易挥发的杂质、化学结合和物理吸附的水分、气体、有机物等,从而提高原料的纯度。的水分、气体、有机物等,从而提高原料的纯度。使原料颗粒致密化及结晶长大,可以减少在以后使原料颗粒致密化及结晶长大,可以减少在以后烧结中的收缩,提高产品的合格率。烧结中的收缩,提高产品的合格率。完成同质异晶的晶型转变,形成稳定的结晶相,完成同质异晶的晶型转变,形成稳定的结晶相,如如-Al2O3煅煅烧成成-Al2O3三、原料的混合三、原料的混合 配料是否均匀混合,是技术的关键。配料是否均匀混合,是技术的关键。1)加料的次序:)加料的次序:先加用量多原料先加用量多原料+微量原料微量
7、原料+另一种用另一种用量较多原料,这样,可防止用量少的原料粘在球磨筒壁量较多原料,这样,可防止用量少的原料粘在球磨筒壁上或研磨体上。上或研磨体上。2)加料的方法:)加料的方法:a.某些少量的多元化合物的添加剂,某些少量的多元化合物的添加剂,宜先合成为某一种化合物,然后再加进去为好。这样,宜先合成为某一种化合物,然后再加进去为好。这样,可减少偏差。可减少偏差。b.用混法混料时,比重大的在稀液中易分用混法混料时,比重大的在稀液中易分层,故宜用干法为好。层,故宜用干法为好。3)球磨筒的使用:)球磨筒的使用:球磨筒(或混合用器)最好能够专球磨筒(或混合用器)最好能够专用,或者至少同一类型的坯料专用。否
8、则,容易引进杂用,或者至少同一类型的坯料专用。否则,容易引进杂质影响到配方组成,从而影响到制品的性能。质影响到配方组成,从而影响到制品的性能。四、粉料的塑化四、粉料的塑化n1)为什么?)为什么?传统陶瓷中有可塑性粘土,本身有良好的成型性能。传统陶瓷中有可塑性粘土,本身有良好的成型性能。但特陶中,几乎不含粘土,都是化工原料,这些原料没有可塑但特陶中,几乎不含粘土,都是化工原料,这些原料没有可塑性。因此,成型之前先要塑化。性。因此,成型之前先要塑化。n2)可塑性:)可塑性:是指坯料在外力作用下发生无裂纹的形变,当外力是指坯料在外力作用下发生无裂纹的形变,当外力去掉后再恢复原状的性能。去掉后再恢复原
9、状的性能。n3)塑化:)塑化:是指利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过是指利用塑化剂使原来无塑性的坯料具有可塑性的过程。程。n4)塑化剂通常为有机塑化剂和无机塑化剂)塑化剂通常为有机塑化剂和无机塑化剂,对于特陶,一般采,对于特陶,一般采用有机塑化剂。塑化剂通常由三种物质组成:用有机塑化剂。塑化剂通常由三种物质组成:a.粘结剂:能粘结粉料,如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、羧甲基纤粘结剂:能粘结粉料,如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、羧甲基纤维素等。维素等。b.增塑剂:溶于粘结剂中使其易于流动,通常为甘油等。增塑剂:溶于粘结剂中使其易于流动,通常为甘油等。c.溶剂:能溶解粘结剂、增塑剂并能和坯料组成胶状物
10、质,通常溶剂:能溶解粘结剂、增塑剂并能和坯料组成胶状物质,通常有水、无水乙醇、丙酮、苯等。有水、无水乙醇、丙酮、苯等。n5)塑化机理塑化机理n无机塑化剂无机塑化剂:主要指粘土物质加水后能形成带电的粘土:主要指粘土物质加水后能形成带电的粘土-水系统,从而使其具有可塑性和悬浮性。水系统,从而使其具有可塑性和悬浮性。n有机塑化剂有机塑化剂:一般也是水溶性的,亲水的,有极性,在水:一般也是水溶性的,亲水的,有极性,在水中能生成水化膜,可被坯料粘结吸附;而且在瘠性粒子的中能生成水化膜,可被坯料粘结吸附;而且在瘠性粒子的表面上,既有一层水化膜,又有一层粘性强的有机高分子表面上,既有一层水化膜,又有一层粘性
11、强的有机高分子(呈蜷曲状),能把松散的粒子粘结在一起。水化膜使其(呈蜷曲状),能把松散的粒子粘结在一起。水化膜使其具有流动性,从而使坯料具有可塑性。具有流动性,从而使坯料具有可塑性。五、粉料的造粒五、粉料的造粒n 1)为什么?为什么?对于特陶的粉料,一般希望越细越对于特陶的粉料,一般希望越细越好,但对于成型,尤其是干压成型,粉料的假颗好,但对于成型,尤其是干压成型,粉料的假颗粒度越细,流动性反而不好,不能充满模子,成粒度越细,流动性反而不好,不能充满模子,成形后气孔较多,致密度不高。所以成型前要进行形后气孔较多,致密度不高。所以成型前要进行造粒。造粒。n2)造粒:在很细的粉料中加入一定的塑化剂
12、(如)造粒:在很细的粉料中加入一定的塑化剂(如水),制成粒度较粗,具有一定颗粒级配、流动水),制成粒度较粗,具有一定颗粒级配、流动性好的粒子(约性好的粒子(约20目目80目)。目)。n3)造粒的方法)造粒的方法 A.一般造粒法一般造粒法:将坯料加入适当的塑化剂后,经:将坯料加入适当的塑化剂后,经混合过筛,得到一定大小的团粒。混合过筛,得到一定大小的团粒。B.加压造粒法加压造粒法:将坯料加入塑化剂后,经预压成:将坯料加入塑化剂后,经预压成块,然后破碎过筛而成团粒。块,然后破碎过筛而成团粒。C.喷雾造粒法喷雾造粒法:把坯料与塑化剂混合好(一般用:把坯料与塑化剂混合好(一般用水)形成料浆,再用喷雾器
13、喷入造粒塔进行雾化、水)形成料浆,再用喷雾器喷入造粒塔进行雾化、干燥,出来的粒子即为较好的团粒。干燥,出来的粒子即为较好的团粒。D.冻结干燥法冻结干燥法:将金属盐水溶液喷雾到低温有机:将金属盐水溶液喷雾到低温有机液体中,液体立即冻结,然后使冻结物在低温减液体中,液体立即冻结,然后使冻结物在低温减压条件下升华,脱水后进行热分解,可获得所需压条件下升华,脱水后进行热分解,可获得所需的成型粉料。的成型粉料。n以上四种造粒方法以喷雾造粒的质量好。以上四种造粒方法以喷雾造粒的质量好。第二节第二节 特陶的成型特陶的成型一、注浆成型一、注浆成型适应于制造大型的、形状复杂的、薄壁的产品。适应于制造大型的、形状
14、复杂的、薄壁的产品。对浆料性能的要求:对浆料性能的要求:1)流动性要好。即粘度小,以利于料浆能充满模型的各个角落。)流动性要好。即粘度小,以利于料浆能充满模型的各个角落。2)稳定性要好。即料浆能长期保持稳定,不易沉淀和分层。)稳定性要好。即料浆能长期保持稳定,不易沉淀和分层。3)触变性要小。即料浆经过一段时间后,粘度变化不大,脱模后)触变性要小。即料浆经过一段时间后,粘度变化不大,脱模后的坯体受微外力的影响仍能保持坯体的形状。的坯体受微外力的影响仍能保持坯体的形状。4)含水量要尽可能小。即在保证流动性的情况下,含水量尽可能)含水量要尽可能小。即在保证流动性的情况下,含水量尽可能小,可以减少成型
15、时间和干燥收缩,减少坯体的变形和开裂。小,可以减少成型时间和干燥收缩,减少坯体的变形和开裂。5)渗透性要好。即料浆中的水分容易通过形成的坯层,能不断被)渗透性要好。即料浆中的水分容易通过形成的坯层,能不断被模壁吸收,使泥层不断加厚。模壁吸收,使泥层不断加厚。6)脱模性要好。)脱模性要好。7)浆料应尽可能不含气泡。)浆料应尽可能不含气泡。二、热压铸成型二、热压铸成型 它是利用石蜡的热流性特点,与坯料配合,使用金属模具它是利用石蜡的热流性特点,与坯料配合,使用金属模具在压力下进行成型的,冷凝后坯体能保持其形状,在特种在压力下进行成型的,冷凝后坯体能保持其形状,在特种陶瓷成型中普遍采用。陶瓷成型中普
16、遍采用。1、蜡浆料的制备、蜡浆料的制备为什么?为什么?目的是为了将准备好的坯料加入到以石蜡为主的目的是为了将准备好的坯料加入到以石蜡为主的粘结剂中制成蜡板以备成型用。粘结剂中制成蜡板以备成型用。制备过程:制备过程:将石蜡(按配比)称取一定量(一般为将石蜡(按配比)称取一定量(一般为12.5%13.5%)后加热熔化成蜡液,同时将称好的粉料在)后加热熔化成蜡液,同时将称好的粉料在烘箱内烘干,使含水量不大于烘箱内烘干,使含水量不大于0.2%(why?这是因为粉料这是因为粉料内含水量大于内含水量大于1%时,水分会阻碍粉料与石蜡完全浸润,粘时,水分会阻碍粉料与石蜡完全浸润,粘度增大,难以成型。另外在加热
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