【大学课件】无机非金属材料成型工艺.ppt

第六章无机非金属材料成型工艺,http:/,本章主要内容：6.1 概述 6.2 注浆成型6.3 可塑成型6.4 压制成型6.5 玻璃熔体成型,http:/,6.1 概述,一、成型的概念 借助外力或模型将配合料制成的浆体、可塑泥团、半干粉料或熔融体，变成具有一定尺寸、形状和强度的坯体或制品的过程。二、成型步骤1、物料在外力作用下流动及变形2、通过不同机制而定形,http:/,各种无机胶凝材料浆体：形成水化产物而固化；陶瓷泥料的可塑成型：粘土的可塑性；陶瓷泥浆的注浆成型：石膏模吸取水分，泥浆变为可塑体；陶瓷粉料的压制成型：依靠压力使粉料颗粒靠拢产生范德华力和氢键；熔融体：依靠粘度随温度降低而迅速增长而定形。,http:/,三、成型辅助剂1、稳定剂 某些通过烧结成型的无机非金属材料在加热过程中由于生成新化合物或晶型转变而引起膨胀。为了阻止或减轻由于热加工中生成新化合物或晶型转变而引起的膨胀，须加入少量稳定剂。如氧化锆制品中加入少量CaO作为稳定剂。,http:/,2、促凝剂 使粘结剂凝结硬化的外加物。3、抑制剂 为抑制某些物理化学反应而加入的少量物质。4、增塑剂 能提高泥料可塑性的物质。5、减水剂 降低拌合料用水量的作用，或用水量不变的情况下，起到增大流动性或可塑性的作用。6、发泡剂 形成微小泡沫，使材料具有闭口（或连通）气孔结构。,http:/,7、膨胀剂 膨胀剂能部分消除制品在高温和冷却过程中由于收缩而造成的裂缝或剥落。8、分散剂 分散剂是能促使固体粒子的絮凝团或液滴分散为单体微粒子，并悬浮于液体之中。9、消泡剂 排除各种混合料中的气泡。10、脱模剂,http:/,6.2 注浆成型,一、注浆成型概念 注浆成型是利用石膏模的吸水性，将具有流动性的泥浆注入石膏模内，使泥浆分散地粘附在模壁上，形成与模型相同形状的泥层，并随着时间的延长而逐渐增厚，当达到一定程度时，经干燥收缩与模壁脱离，然后脱模取出，坯体制成。,http:/,二、注浆成型对泥浆的要求1、流动性好 此是注浆成型的首要条件。流动性好，浆料才能在管道中流动并能充满模型的各个部位。影响泥浆的流变性质的因素有：（1）固相含量、颗粒尺寸和形状,http:/,（2）温度（3）粘土及泥浆处理方法（4）稀释剂（电解质）具有水化能力强的一价阳离子；能提供OH-,使分散系统呈碱性；阴离子能与粘土中有些离子形成难溶的盐类。,http:/,http:/,2、稳定性好：久置各组分颗粒不会沉淀。3、适当的触变性：既要便于泥浆的输送，又要求脱模后的坯体不致受轻微振动就软塌。4、含水量少：保证流动性的前提下尽量减少含水量。5、滤过性好：使泥浆中的水分能顺利通过模型壁上的泥层被模型吸收。6、形成的坯体要有足够的强度,http:/,三、注浆成型的物理化学变化 注浆成型时既发生物理脱水过程，又发生化学凝聚过程，且前者是主要的。1、物理脱水过程 泥浆注入石膏模型后，在毛细管力的作用下，泥浆中的水沿着毛细管排出后被吸入石膏模毛细管内。可以认为毛细管力是泥浆脱水过程的推动力。,http:/,http:/,2、化学凝聚过程 泥浆与石膏接触时，在其接触表面上溶有一定数量的CaSO4，它与泥浆中的Na-粘土和水玻璃发生离子交换反应，使得靠近石膏模表面的一层Na-粘土变成Ca-粘土，泥浆由悬浮状态转变为聚沉。石膏起到絮凝剂的作用，促进泥浆絮凝硬化，缩短了成坯时间。Na-粘土+CaSO4+Na2SiO3 Ca-粘土+CaSiO3+Na2SO4,http:/,四、成型速度,http:/,提高吸浆速度的方法：（1）减少模型的阻力 模型的阻力主要通过改变模型制造工艺来加以控制。一般可以用增加熟石膏与水的比值；适当延长石膏浆的搅拌时间；真空处理石膏浆等方法。（2）减少坯料的阻力 坯浆料的阻力取决于其结构，而后者又由泥浆的组成、浓度及添加物的种类等因素所决定。适当减少塑性原料，增多瘠性原料；适当增加泥浆颗粒度；使用稀释剂。,http:/,（3）提高吸浆过程的推动力 压力注浆、离心注浆（4）提高泥浆和模型的温度 温度升高，水的粘度下降，泥浆粘度也因而降低，流动性增大。实践证明，若泥浆温度为35 40，模型温度为35左右，则吸浆时间可缩短一半，脱模时间也相应缩短。,http:/,五、成型方法1、基本注浆方法空心注浆（单面注浆）单面注浆是将泥浆注入模型中，待泥浆在模型中停留一段时间形成一定厚度的坯体后，倒出多余的泥浆。随后带模干操，待注件干燥收缩脱模后，取出注件。适于薄壁类小型坯件的成型。,http:/,http:/,实心注浆（双面注浆）实心注浆是将泥浆注入石膏外模与模芯之间，泥浆被模型与模芯的工作面两面吸水，坯体的内部形状由模芯决定。注浆后，不需倒出余浆。,http:/,http:/,2、加速注浆的方法（1）压力注浆：将施有一定压力的泥浆通过管道压入模型内，待坯体成型后再取消压力。微压注浆：泥浆的压力可通过提高泥槽高度，利用泥浆自身的位能提供，对石膏模无特殊要求。中、高压注浆：泥浆的压力通过压缩空气引入，需考虑模型的承受能力。,http:/,（2）离心注浆 该方法是在模型旋转运动的情况下，将泥浆注入模型中。由于离心力的作用，泥浆紧靠模壁脱水后形成坯体。这种方法得到的坯体厚度较均匀，变形较少。（3）真空注浆 一种方式是在石膏模外面抽取真空，增大模型内外压力差；另一种方式是在真空室中全部处于负压下注浆。真空注浆可加速坯体形成，提高坯体致密度和强度。,http:/,6.3 可塑成型,一、概念 可塑成型法是利用模具或刀具等运动所造成的压力、剪力、挤压等外力对具有可塑性的坯料进行加工，迫使坯料在外力作用下发生可塑变形而制成一定规格坯体的成型方法。,http:/,二、可塑成型工艺原理 可塑成型主要依赖于坯料具有可塑性，其成型的基本原理是当可塑坯料泥团受到高于某一数值剪切应力的作用后，泥团就会产生延伸变形，即塑性变形，随着应力加大和时间延长，变形量增加，当达到要求的变形量时去除外加应力，变形的泥团能永久保持其形状。,http:/,三、影响可塑性的因素1、矿物种类的影响 伊利石高岭石蒙脱石。2、固体颗粒大小和形状的影响3、吸附阳离子种类的影响Al3+Ba2+Mg2+Ca2+NH4+K+Na+Li+4、液体介质数量和性质的影响,http:/,http:/,四、成型方法 1、挤压成型 挤压成型法，是将可塑坯料团经真空挤压成型机的螺旋或活塞挤压向前，再经过机头模具挤压成各种管状、棒状，及断面和中孔一致的产品。,http:/,http:/,http:/,2、车坯成型 车坯成型，是在车床上将挤压成型的泥段再加工成外形复杂的柱状制品。干车，泥段含水611。干车坯体尺寸精确，但粉尘大，效率低，刀具磨损大，已逐渐由湿车替代。湿车，泥段含水1618。精度低，有变形。,http:/,3、旋坯成型 主要利用作旋转运动的石膏模与只能上下运动的样板刀来成型。操作时，将经过真空练泥的塑性泥料适量放在石膏模中，石膏模随着旋压机上的模座转动，然后样板刀徐徐压下接触泥科，由于石膏模的旋转和样板刀的压力，泥料均匀地分布于模型内表而余泥则贴在样板刀向上爬，及时清理掉。,http:/,http:/,内旋：石膏模内凹，模型内壁决定坯体的外形，型刀决定坯体内部形状。适用于杯、碗等深腔制品成型。外旋：石膏模突起，坯体的内表面取决于模型的形状，坯体的外表面由型刀旋压出来。适用于盘、碟等扁平制品成型。,http:/,4、滚压成型 滚压成型是由旋坯法发展而得，把扁平的型刀改变成尖锥形或圆柱形的回转体滚压头。内滚 外滚,http:/,6.4 压制成型,一、压制成型概念 压制成型是指将具有一定可塑性的泥料（坯料）置于金属模具中，然后施加一定压力而制得所需的形状、尺寸和致密度的产品（坯体）。砖瓦、耐火材料、建筑陶瓷、磨具、人造石及部分特种陶瓷等。,http:/,二、压制成型工艺原理1、粉料的工艺性质（1）粒度和粒度分布 粒度是指粉料的颗粒大小，压制粉料的粒度是由许多小颗粒组成的粒团，比真实的固体颗粒大得多，因而要先经过“造粒”。粒度分布是指不同大小颗粒所占的百分比。,http:/,（2）粉料的流动性 当粉料堆积到一定高度后，会向四周流动，始终保持为圆锥体且自然安息角保持不变的性质。,http:/,（3）粉料的含水率 粉料的含水率可直接影响压制成型时的性能。适当 均匀（4）粉料的拱桥效应 粉料自由堆积的孔隙率往往比理论计算值大得多。这是因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙，结果颗粒相互交错咬合，形成拱桥形空间，增大孔隙率，这种现象称为拱桥效应。,http:/,2、压制过程中坯体的变化（1）密度变化 第一阶段：密度急剧增加，迅速形成坯体；第二阶段：压力继续增加时，坯体密度增加缓 慢，后期几乎无变化；第三阶段：压力超过某一数值后，坯体密度又 随压力增大而提高。,http:/,提高压制成型坯体密度的几种途径：（1）减少粉料装模时自由堆积的孔隙率。（2）增加压制压力，可使坯体孔隙率减少。（3）延长加压时间，可以提高坯体的致密度，降低坯体的气孔率。（4）减小颗粒间内摩擦力，能使坯体气孔率降低。,http:/,（2）强度变化第一阶段：压力较低，颗粒接触面积小，强度 来自于颗粒之间的机械咬合作用，强 度不大；第二阶段：压力增加，颗粒发生变形，接触面积 大大增加，出现原子间力的相互作用，强度直线增加；第三阶段：强度变化平坦。,http:/,http:/,（3）坯体中压力的分布 问题：坯体压力分布不均匀，导致各部位密度不均匀。原因：内、外摩擦力阻碍了压力的传递 现象：上面大，下面小；中间大，两边小；H/D越大，压力分布越不均匀；结果：各部位密度不同，烧成时收缩不同，易产生变形和开裂。,http:/,http:/,3、加压制度及压制操作对坯体质量的影响（1）填料方式与填料操作 快速而均匀（2）成型压力的确定净压力：克服粉料的阻力P1。包括内摩擦力和变形所需的力。消耗压力：克服颗粒与模壁摩擦所消耗的力P2。成型压力是P1+P2的总和。,http:/,（3）加压方式和加压操作加压方式：单面加压 双面加压 等静压 加压操作：多次加压，一轻、二重、慢提起,http:/,三、成型方法1、干压或半干压成型 干压或半干压成型是以坯料的含水量来划分，干压成型压力较大时，要求粉料的含水率要低、反之应高些。成型时将坯料置于钢模中，由压机加压即可。,http:/,2、等静压成型 等静压成型是近几十年来发展起来的新型压制成型方法。它是利用液体、气体或弹性体等的不可压缩性和均匀传递压力的特性来实现均匀施压成型。,http:/,等 静 压 成 型 示 意 图,http:/,6.5 玻璃熔体成型,一、概述玻璃的成型是指从熔融的玻璃液转变为具有固定几何形状的制品的过程。成型方法有吹制法(空心玻璃制品)、压制法(某些容器玻璃)、压延法(压花玻璃)、浮法(平板玻璃)、拉制法(平板玻璃)等。,http:/,二、日用玻璃的成型 1、人工成型 目前最常用的是人工吹制法。主要工序：挑料、吹小泡、吹制、加工 2、机械成型法 机械成型可以分为供料与成型两大部分。,http:/,供料：液流供料：利用池窑中玻璃液本身的流动性进行连续供料。如平板玻璃池窑的通路。真空吸料：在真空作用下将玻璃液吸出池窑进行供料。吸料头吸料和雏形模吸料滴料供料：玻璃液流出，达到所要求的成型温度，由供料机制成一定重量和形状料滴送入成型机的模型中。,http:/,成型：通常有压制法与吹制法两种。压制法,http:/,吹制法：压-吹法、吹-吹法,http:/,http:/,http:/,三、平板玻璃的成型 平板玻璃的成型方法主要有：浮法、垂直引上法、平拉法、压延法。1、浮法定义：是指熔窑熔融的玻璃液流入锡槽后在熔融金属锡液的表面上漂浮成型平板玻璃的方法。,http:/,成型原理：让处于高温熔融状态的玻璃液浮在比它重的金属液表面上，受表面张力作用使玻璃具有光洁平整的表面，并在其后的冷却硬化过程中加以保持，生产出接近抛光表面的平板玻璃。,http:/,http:/,工艺要求：（1）浮抛介质的选择在1050温度下的密度要大于玻璃。金属的熔点应低于600，沸点高于1050，1000 左右的蒸汽压应尽可能低。在1000 左右温度下，不与玻璃发生化学反应。,http:/,（2）浮法玻璃的自身抛光,http:/,http:/,（3）浮法玻璃的自由厚度,http:/,玻璃液的表面张力,锡液的表面张力,玻璃液与锡液的界面张力,http:/,http:/,（4）玻璃的拉薄玻璃带难以拉薄的原因：玻璃横断面受力不够；玻璃表面张力的增厚。采取的措施：冷却玻璃带；设置拉边辊拉薄工艺：高温拉薄和低温拉薄,http:/,http:/,http:/,作业,1、简述注浆成型时的物理化学变化。2、名词解释：粉料的流动性、拱桥效应。3、简述压制成型过程中坯体的变化。4、注浆成型对泥浆的要求有哪些？5、提高吸浆速度的方法有哪些？6、浮法成型对浮抛介质的要求有哪些？为什么？,http:/,