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        工業陶瓷的制作工藝

        工業陶瓷成型方法有很多種,生產中應根據工業陶瓷產品的形狀選擇成型方法,而不同的成型方法需選用的粘合劑不同。
          1、工業陶瓷成型方法與粘合劑的選擇

          工業陶瓷成型方法有很多種,生產中應根據工業陶瓷產品的形狀選擇成型方法,而不同的成型方法需選用的粘合劑不同。常見工業陶瓷成型方法、粘合劑種類及用量如下:
        工業陶瓷

          工業陶瓷成型方法 粘合劑舉例 <粘合劑用量(質量%)

             工業陶瓷干壓法 聚乙烯醇縮丁醛等 1~5

          工業陶瓷澆注法 丙烯基樹脂類 1~3

          工業陶瓷擠壓法 甲基纖維素等 5~15

          工業陶瓷注射法 聚丙烯等 10~25

          工業陶瓷等靜壓法 聚羧酸銨等 0~3

          工業陶瓷粘合劑可分為潤滑劑、增塑劑、分散劑、表面活性劑(具有分散劑和潤滑功能)等,為滿足成型需要,通常采用多種有機材料的組合。選擇粘合劑,要考慮以下因素:

          l)、工業陶瓷粘合劑能被粉料潤濕是必要條件。當粉料的臨界表面張力或表面自由能比粘合劑的表面張力大時,才能很好地潤濕。

          2)、好的工業陶瓷粘合劑易于被粉料充分潤濕,且內聚力大。當粘合劑被粉料潤濕時,在相互分子間發生引力作用,粘合劑與粉料間發生紅結合(一次結合),同時,在粘合劑分子內,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,不是好的粘合劑。

          工業陶瓷按各種有機材料內聚力大小順序,用基表示可排列如下:
          
          <CONH1>-CONH2>一COOH>一OH>-NO2>-COOC2H5> COOCH5>-CHO>=CO>-CH3>= CH2>-CH2
          
          3)、工業陶瓷粘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,使粘合劑更加柔軟,便于成型。

          4)、為保證工業陶瓷產品質量,還需要防止從粘合劑、原材料和配制工序混人雜質,使產品產生有害的缺陷。
          
          在工業陶瓷原料配制中,用粉碎、混合等機械方法和粘合劑、分散劑配合,達到分散,盡可能不含有凝聚粒子。粘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。在成型工序中,粘合劑給原料以可塑性,具有保水功能,提高成型體強度和施工作業性。一般來說,粘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、工業陶瓷注射成型和成型用粘合劑
          
          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型技術之一,有陶瓷注射成型法(高壓)。其工藝流程如下:
          
          工業陶瓷成型工藝中,不能產生由成型材料的流動性、金屬模型溫度等引起的溝線和由成型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,陶瓷注射成型使用的有機材料由粘合劑、助劑、可塑劑構成,粘合劑可使用聚丙烯(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具有優異的成型性;EVA與其他樹脂的相溶性好,流動性、成型性也好;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。成型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。當脫脂具有粘合劑的含量多時,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。

          工業陶瓷注射成型使用的有機材料應選擇使得成型材料的流動性和成型體的脫脂性兩個特性達到最佳化。
          
          3、工業陶瓷擠壓成型和成型用粘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,可用擠壓成型法來制造。
          
          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。成型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,作為擠壓成型后的蜂窩狀體,為了保持形狀,坯土的屈服值高者好,也就是說,選擇粘合劑應使坯土的流動性和自守性兩個性能達到最佳化。
          
          工業陶瓷原料粉末、粘合劑、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型。一般來說,擠壓成型使用的粘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 廣泛地用于各種成型。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。
          
          工業陶瓷缺乏可塑性,具有膨脹特性的坯土使擠壓不夠光滑,表面缺陷增加。因此,對粘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,可得出粘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,粘合劑配合量的增加有助于原料的可塑性增加。
          
          有機材料是工業陶瓷的主要粘合劑,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、產品的形狀、成型方法綜合進行選擇。
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        本文“工業陶瓷的制作工藝”由科眾陶瓷編輯整理,修訂時間:2014-08-27 16:33:19
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