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| 陶瓷材料常用成型方法 | |||||||
| 大類 | 小類 | 成型方法 | 成型原理 | 概念 | 優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) | 主要適用范圍 |
| 干法成型 | 干壓成型 | 干壓成型 | 粉粒在模具內(nèi)受壓靠近并借內(nèi)摩擦力牢固地結(jié)合。 | 干壓成型就是在陶瓷粉料中加入一定量的有機(jī)添加劑（粘結(jié)劑、潤滑劑、可塑劑、消泡劑、減水劑等），將經(jīng)過造粒、流動(dòng)性好、顆粒級(jí)配合適的粉料裝入金屬模腔內(nèi)，通過壓頭施加壓力，壓頭在模腔內(nèi)位移，傳遞壓力，使模腔內(nèi)粉體顆粒重排變形而被壓實(shí)，形成具有一定強(qiáng)度和形狀的陶瓷素坯。 | 工藝簡單，操作方便，周期短，效率高，便于實(shí)行自動(dòng)化生產(chǎn)。坯體密度大，尺寸精確，收縮小，機(jī)械強(qiáng)度高。 | 在成型過程中，常會(huì)因?yàn)閺较?、軸向的壓力分布不均而引起坯體的分層、開裂、密度不均等現(xiàn)象。對大型坯體生產(chǎn)有困難，模具磨損大、加工復(fù)雜、成本高。 | 特別適宜于各種截面厚度較小的陶瓷制品制備，如陶瓷密封環(huán)、閥門用陶瓷閥芯、陶瓷襯板、陶瓷內(nèi)襯等。 |
| 等靜壓成型 | 冷等靜壓成型 | 使用橡膠套膜具，通過油泵施加各向同等的壓力。 | 是利用流體（水或油）作為傳遞介質(zhì)來獲得均勻靜壓力施加到材料上，利用液體介質(zhì)的不可壓縮性來均勻傳遞壓力性，從各個(gè)方向進(jìn)行加壓，獲得制品的成型方法。 冷等靜壓工藝可以對陶瓷或金屬粉末施加更高的壓力，在室溫或稍高的溫度(<93℃)下可達(dá)100-600MPa。對于金屬，冷等靜壓技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)約100%的理論密度，而更難壓縮的陶瓷粉末可以達(dá)到約95%的理論密度。 濕袋式等靜壓技術(shù)是將造粒陶瓷粉或預(yù)先成型的坯體放入可變形的橡膠包套內(nèi)，然后通過液體施加各向均勻的壓力，當(dāng)壓制過程結(jié)束，再將裝有坯體的橡膠包套從容器內(nèi)取出，這是一種間斷式成型方法。 干袋式等靜壓是將陶瓷粉末批量地填入柔性預(yù)成型模具內(nèi)，然后施以等靜壓，由于模具被固定在設(shè)備上，當(dāng)壓制完成后，成型制品被頂出，干袋式等靜壓成型周期短，模具使用壽命長，特別便于進(jìn)行大規(guī)模連續(xù)化工業(yè)生產(chǎn)。使用的模具材料有聚氨酯合成橡膠或硅橡膠。 |
能壓制具有凹形、空心、細(xì)長件以及其他復(fù)雜形狀的零件；摩擦損耗小，成型壓力低；壓力從各個(gè)方面?zhèn)鬟f，壓坯密度分布均勻、壓坯強(qiáng)度高，模具制作方便，壽命長，成本較低。提高制品的固結(jié)程度，增加產(chǎn)品的機(jī)械性能，生產(chǎn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)相對集中，能更安全地控制生產(chǎn)。 | 壓坯尺寸和形狀不易精確控制，生產(chǎn)率較低，且投資大，操作較復(fù)雜，成型在高壓下操作，容器及其它高壓部件需要特別防護(hù)。 | 大型薄壁、高精度、高性能的氧化鋁陶瓷天線罩及大型壁厚、形狀復(fù)雜、帶傘棱的97%氧化鋁陶瓷高頻端子絕緣瓷套；95%氧化鋁陶瓷真空開關(guān)滅弧室“管殼”系列產(chǎn)品、氧化鋁和氧化鋯陶瓷柱塞，以及石油鉆探用大尺寸氧化鋯陶瓷缸套；高壓鈉燈用透明氧化鋁陶瓷管、氧化鋁火花塞普遍使用干袋式等靜壓技術(shù)。 | |
| 熱等靜壓成型 | 向制品施加各向同等的壓力，同時(shí)施以高溫，制品得以燒結(jié)和致密化。 | 是在指在高溫高壓下對工件進(jìn)行等壓成型燒結(jié)的等靜壓法。熱等靜壓工藝是通過惰性氣體(如氬氣或氮?dú)?向加工部件的外表面施加高壓(50-200MPa)和高溫(400-2000℃)，升高的溫度和壓力使材料通過塑性流動(dòng)和擴(kuò)散消除了表面下的空隙。起源于20世紀(jì)50年代，由美國Battelle研究所開發(fā)。熱等靜壓設(shè)備主要由高壓容器、加熱爐、壓縮機(jī)、真空泵、冷卻系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，其中，高壓容器為整個(gè)設(shè)備的關(guān)鍵裝置。熱等靜壓可以直接粉末成型，粉末裝入包套中（類似模具作用），包套可以采用金屬或陶瓷制作（低碳鋼、Ni、Mo、玻璃等），然后使用氮?dú)?、氬氣作加壓介質(zhì)，使粉末直接加熱加壓燒結(jié)成型的粉末冶金工藝；或者將成型后的鑄件；包括鋁合金；鈦合金；高溫合金等縮松縮孔的鑄件進(jìn)行熱致密化處理，通過熱等靜壓處理后，鑄件可以達(dá)到100%致密化，提高鑄件的整體力學(xué)性能。 | 增加制品密度，改善制品機(jī)械性能，提高生產(chǎn)效率，降低了廢品率和損耗。性能波動(dòng)減少，使用壽命更長(依靠合金系統(tǒng)，零件疲勞壽命增加近10倍)，能在不同材料之間形成冶金結(jié)合(擴(kuò)散結(jié)合)。 | 設(shè)備較昂貴。 | 熱等靜壓技術(shù)是一種致密化鑄造的生產(chǎn)過程，從金屬粉末的固結(jié)(如金屬注射成型、工具鋼、高速鋼)，到陶瓷的壓實(shí)環(huán)節(jié)，再到增材制造(3D打印技術(shù))等更多的應(yīng)用領(lǐng)域，都可以見到熱等靜壓技術(shù)的身影。典型的合金包括Ti-6Al-4V、TiAl、鋁、不銹鋼、鎳超級(jí)合金、貴金屬(如金、鉑)，以及重金屬和耐火材料(如鉬、鎢)。 | ||
| 熱壓成型 | 熱壓成型 | 加熱并同時(shí)加壓的條件下成型并燒結(jié)成制品 | 是指在加熱并同時(shí)加壓的條件下，使泥料成型并燒結(jié)成制品的方法。熱壓工藝是把泥料的成型和燒成結(jié)合為一個(gè)過程，這種方法在冶金工業(yè)中用于粉末冶金已有較長的歷史，在特殊耐火材料生產(chǎn)中已逐步推廣應(yīng)用.熱壓設(shè)備采用液壓機(jī)和石墨模型。石墨模型可經(jīng)受高溫并在高溫下承受較高的壓力。模具的加熱可用感應(yīng)線圈或電阻加熱，一般使用高頻感應(yīng)熱壓電爐。泥料裝入模具內(nèi)進(jìn)行熱壓，溫度可達(dá)1850℃或更高一些，壓力范圍為20~50MPa。 | 可獲得致密度很高的特殊制品，其密度值幾乎可達(dá)理論值。在高溫下加壓有助于坯體泥料顆粒之間的接觸與擴(kuò)散，從而降低燒結(jié)溫度，縮短燒結(jié)時(shí)間 | 效率較低。 | —— | |
| 濕法成型 | 漿料成型(膠態(tài)澆注成型) | 注漿成型 | 多孔模具吸取介質(zhì) | 是將具有較高固相含量和良好流動(dòng)性的料漿注入多孔模具（通常用石膏模具），因?yàn)槟＞叨嗫仔运哂械牡拿?xì)管吸力，模具內(nèi)壁從漿料中吸取水分從而沿模壁形成固化的坯體，待坯體形成一定的強(qiáng)度即可脫模。 | 工藝成本低，過程簡單，易于操作和控制?？沙尚捅”凇?fù)雜形狀部件。是一種非常簡便且靈活性很強(qiáng)的成型技術(shù) | 成型形狀粗糙，注漿時(shí)間較長，坯體密度、強(qiáng)度也不高，均勻性差。 | 衛(wèi)浴陶瓷等。 |
| 注射成型 | 有機(jī)物凝固脫脂 | 是將聚合物注射成型方法與陶瓷制備工藝相結(jié)合而發(fā)展起來的一種制備陶瓷零部件的新工藝。 | 效率高，坯體質(zhì)量好，原材料利用率高,可快速自動(dòng)地進(jìn)行批量生產(chǎn)；可制備體積小、形狀復(fù)雜、尺寸精度高的異形件；生坯密度均勻，燒結(jié)產(chǎn)品性能優(yōu)越；生產(chǎn)成本低。 | 脫脂時(shí)間長 | 尺寸精度高、形狀復(fù)雜的陶瓷制品的大批量生產(chǎn)。氧化鋯陶瓷插芯等。 | ||
| 熱壓鑄成型 | 石蠟?zāi)堂撓?/td> | 是利用石蠟受熱熔化和遇冷凝固的特點(diǎn)，將無可塑性的瘠性陶瓷粉料與熱石蠟液均勻混合形成可流動(dòng)的漿料，在一定壓力下注入金屬模具中成型，冷卻待蠟漿凝固后脫模取出成型好的坯體。坯體經(jīng)適當(dāng)修整，埋入吸附劑中加熱進(jìn)行脫蠟處理，最后經(jīng)燒結(jié)成最終制品。 | 成型復(fù)雜部件，效率高 | 坯體性能差 | 應(yīng)用于各種復(fù)雜形狀的工程陶瓷零部件。 | ||
| 凝膠注模成型 | 有機(jī)單體交聯(lián)、漿料凝固、脫脂 | 是美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的研究者在20世紀(jì)90年代初首先發(fā)明的一種新的膠態(tài)快速成型工藝。這一方法首先是將陶瓷粉料分散于含有有機(jī)單體的溶液中，制備成高固相體積分?jǐn)?shù)的懸浮體（＞50%），然后注入一定形狀的模具中，在一定的催化（固化劑、交聯(lián)劑）、溫度條件下，有機(jī)單體聚合，形成凝膠，從而導(dǎo)致懸浮體原位凝固，最后經(jīng)過干燥可得較高強(qiáng)度的坯體。 | 坯體強(qiáng)度高，部件精度高，便于機(jī)械加工。 | 致密化過程中坯體的收縮率比較大，導(dǎo)致坯體彎曲變形，且所使用的有機(jī)單體有毒性，反應(yīng)氣氛不易控制。 | —— | ||
| 直接凝固注模成型 | 原位減小Zeta電位，漿料凝固 | 是20世紀(jì)90年代瑞士蘇黎世聯(lián)邦技術(shù)學(xué)院Gauckler教授的研究小組將生物酶技術(shù)、膠態(tài)化學(xué)與陶瓷工藝學(xué)相結(jié)合而發(fā)明的一種全新概念的凈尺寸原位陶瓷成型技術(shù)。 是將膠體化學(xué)和陶瓷工藝融為一體的一種新型的陶瓷凈尺寸膠態(tài)成型方法，該技術(shù)主要是采用采用生物酶催化陶瓷漿料中相應(yīng)的反應(yīng)底物，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而改變漿料PH值或壓縮雙電層，使?jié){料中固體顆粒間的排斥力消除，產(chǎn)生范德華吸引力，可使?jié)沧⒌椒强啄＞邇?nèi)的高固相含量、低黏度的陶瓷漿料產(chǎn)生原位凝固，凝固后的陶瓷濕坯有足夠的強(qiáng)度進(jìn)行脫模。 |
不需或只需少量的有機(jī)添加劑(小于1wt%)，坯體不需脫脂，坯體密度均勻，相對密度較高，而且可成型大尺寸復(fù)雜形狀的陶瓷部件。 | 坯體強(qiáng)度往往不夠高。 | —— | ||
| 快速凝固成型 | 流體冰凍、低溫升華排介質(zhì) | —— | 部件精度高，坯體質(zhì)量好，工藝過程可靠 | —— | —— | ||
| 流延成型 | 涂覆、干燥固化 | 流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑等成分，得到分散均勻的穩(wěn)定漿料，在流延機(jī)上制得所要求厚度薄膜的一種成型方法。是將具有合適黏度和良好分散性的陶瓷漿料從流延機(jī)漿料槽刀口處流至基帶上，通過基帶與刮刀的相對運(yùn)動(dòng)使?jié){料鋪展，在表面張力的作用下形成具有光滑上表面的坯膜，坯膜的厚度主要由刮刀與基帶之間間隙來調(diào)控。坯膜隨基帶進(jìn)入烘干室，溶劑蒸發(fā)后有機(jī)黏結(jié)劑在陶瓷顆粒間形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成具有一定強(qiáng)度和柔韌性的坯片，干燥的坯片與基帶剝離后卷軸待用。 | 設(shè)備簡單、可連續(xù)操作、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化水平高、工藝穩(wěn)定、坯體性能均一等。 | 粘結(jié)劑含量高，因而收縮率可達(dá)20％～21％。只能成型薄板部件。 | 應(yīng)用有獨(dú)石電容器瓷片、厚膜和薄膜電路用Al2O3基片、壓電陶瓷膜片、結(jié)構(gòu)陶瓷薄片、電容器、熱敏電阻、鐵氧體和壓電陶瓷坯體，混合集成電路基片等。流延成型可制備出幾個(gè)微米至1000μm平整光滑的陶瓷薄片材料，是當(dāng)今制備單層或多層薄片材料最重要和最有效的工藝。 | ||
| 膠態(tài)振動(dòng)注模成型 | 凝結(jié)漿料振動(dòng)注模，靜止凝固 | 膠態(tài)振動(dòng)注模成型是1993年alifornia大學(xué)SantaBarbara分校F.F.Lange教授發(fā)明的一種膠態(tài)成型技術(shù)。將制備好的含有高離子強(qiáng)度的稀懸浮體(20%～30%(vol))通過壓濾或離心獲得高固相含量的坯料，然后在振動(dòng)作用下進(jìn)行澆注，實(shí)現(xiàn)原位固化。 | 可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，并可成型復(fù)雜形狀的陶瓷部件。 | 素坯強(qiáng)度較低，脫模時(shí)坯體易于開裂和變形。應(yīng)用范圍小。 | —— | ||
| 電泳沉積成型 | 粉料電場下沉降 | 是利用直流電場促使帶電顆粒發(fā)生遷移，進(jìn)而沉積到極性相反的電極上而成型。 | 操作簡單、靈活及可靠性高；可控制坯體顯微結(jié)構(gòu)。 | 對過程參數(shù)的變化影響比較敏感。成型簡單形狀。 | 適用于多層陶瓷電容器、傳感器、梯度功能陶瓷的成型方法。 | ||
| 溫度誘導(dǎo)絮凝成型 | 低溫分散劑失效，漿料凝固 | 溫度誘導(dǎo)絮凝成型是瑞典L.Bergstrom1994年發(fā)明的一種凈尺寸膠態(tài)成型方法，DCC及膠態(tài)振動(dòng)注模成型利用的是膠體的靜電穩(wěn)定特性而這種方法利用了膠體的空間(位阻)穩(wěn)定特性。 | 脫模后不合格的坯體可作為原料重復(fù)使用，可用于成型幾乎所有陶瓷粉體體系。可成型復(fù)雜部件 | 坯體密度較低。 | —— | ||
| 壓濾成型 | 施加壓力，多孔模排出液體 | —— | 坯體質(zhì)量好 | 只能成型簡單形狀部件 | —— | ||
| 塑性成型(濕壓法) | 擠壓成型 | 擠壓可塑性泥料使其通過孔模 | 將粉料、粘接劑、潤滑劑等與水均勻混合充分混練，然后利用液壓機(jī)推動(dòng)活塞，將已塑化的坯料從擠壓嘴擠出。由于擠壓嘴的內(nèi)型逐漸縮小，活塞對泥團(tuán)產(chǎn)生很大的擠壓力，使坯料致密并成型。是將陶瓷粉與可提供塑性的黏土或有機(jī)黏結(jié)劑與水一起混合和反復(fù)混煉，并通過真空除氣和陳腐等工藝環(huán)節(jié)使待擠出的坯料獲得良好的塑性和均勻性，然后在擠出螺旋或柱塞的作用下，通過擠壓機(jī)嘴處的模具擠出得到所需形狀的產(chǎn)品。 | 適于制造圓形、橢圓形、多邊形和其他異形斷裂面的管材或棒材。 | 物料強(qiáng)度低容易變形，并可能產(chǎn)生表面凹坑和起泡、開裂及內(nèi)部裂紋等缺陷。 | 目前廣泛應(yīng)用于制備陶瓷爐管、絕緣子、催化劑載體或支撐體、熱交換器管、汽車尾氣過濾用蜂窩陶瓷載體，陶瓷輥棒等各種陶瓷產(chǎn)品，同時(shí)也可用于片狀電容器、磁性材料基板、電子基片的成型。 | |
| 壓延成型 | 借助于輥筒使物料多次受到擠壓和延展作用 | 將粉料、添加劑和水均勻混合制成塑性物料，然后將物料經(jīng)兩個(gè)相向轉(zhuǎn)動(dòng)軋輥軋制，從而成為板狀素坯的成型方法。軋膜成型所得坯體密度高，適于片狀、板狀物件的成型。 | —— | —— | —— | ||
| 無模成型 | 增材制造 | 陶瓷3D打印 | 計(jì)算機(jī)建模切片逐層打印 | 3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代中期，實(shí)際上是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。直接利用計(jì)算機(jī)CAD設(shè)計(jì)結(jié)果，將復(fù)雜的三維立體構(gòu)件經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件切片分割處理，形成計(jì)算機(jī)可執(zhí)行象素單元文件，然后通過計(jì)算機(jī)輸出的外部設(shè)備，將要成型的陶瓷粉體快速形成實(shí)際的像素單元，一個(gè)一個(gè)單元疊加的結(jié)果即可直接成型出所需要的三維立體構(gòu)件。 | 高度柔性，技術(shù)的高度集成，快速性，自由成型制造等。 | 設(shè)備價(jià)格高，軟件開發(fā)，材料開發(fā)，成型精度和質(zhì)量等問題。效率較低。 | —— |
說明：
1.本數(shù)據(jù)由m.kecegen.com整理，更新日期為2023年1月4日；
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據(jù)圖表2_400_300-150x150.jpg "先進(jìn)無機(jī)非金屬材料上市企業(yè)2023年前3季度營收和利潤圖表")
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