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ZrO2精細(xì)陶瓷材料濕法成型工藝概述
鄭州大學(xué) 李勇輝 2014/1/8 16:11:29
摘要
Zr02具有熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高、硬度大、常溫下為絕緣體、而高溫下為導(dǎo)體等良性質(zhì)。在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了氧化鋯陶瓷增韌材料，使氧化鋯陶瓷材料的力學(xué)性能獲得了大幅度的提高，極大的擴(kuò)展了Zr02在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用。
本文主要介紹了論述了氧化鋯精細(xì)陶瓷材料的濕法成型工藝的有關(guān)研究現(xiàn)狀，分析了不同工藝方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：氧化錯(cuò)；高性能陶瓷；制備；應(yīng)用
就目前陶瓷制備工藝的發(fā)展水平來看，成型工藝在整個(gè)陶瓷材料的制備過程中起著承上啟下的作用，是保證陶瓷材料及部件的性能可靠性及生產(chǎn)可重復(fù)性的關(guān)鍵，與規(guī)�；凸I(yè)化生產(chǎn)直接相關(guān)。下面介紹氧化鋯精細(xì)陶瓷材料濕法成型較為常用的幾種方法、
(1)注漿成型
注漿成型屬于傳統(tǒng)工藝，適合制備形狀復(fù)雜的大型陶瓷部件，但坯體質(zhì)量，包括外形、密度、強(qiáng)度等都較差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大且不適合自動(dòng)化作業(yè)。
(2)熱壓鑄成型
熱壓鑄成型是在較高溫度下使陶瓷粉體與粘結(jié)劑(石蠟)混合，獲得熱壓鑄用的漿料，漿料在壓縮空氣的作用下注入金屬模具，保壓冷卻，脫模得到蠟坯，蠟坯在惰性粉料保護(hù)下脫蠟后得到素坯，素坯再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成瓷。熱壓鑄成型的生坯尺寸精確。內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，模具磨損較小，生產(chǎn)效率高，適合各種原料。蠟漿和模具的溫度需嚴(yán)格控制，否則會(huì)引起欠注和變形，因此不適合用來制造大型部件，同時(shí)兩步燒成工藝較為復(fù)雜，能耗較高。
(3)流延成型
流延成型是把陶瓷粉料與大量的有機(jī)粘結(jié)劑、增塑劑、分散劑等充分混合，得到可以流動(dòng)的粘稠漿料，把漿料加人流延機(jī)的料斗，用刮刀控制厚度，經(jīng)加料嘴向傳送帶流出．烘干后得到膜坯。此工藝適合制備薄膜材料，為了獲得較好的柔韌性而加入大量的有機(jī)物，要求嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，否則易造成起皮、條紋、薄膜強(qiáng)度低和不易剝離等缺陷。所用的有機(jī)物有毒性，會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，應(yīng)盡可能采用無毒或少毒體系，減少環(huán)境污染。
(4)直接凝固注模成型
直接凝固注模成型是由蘇黎世聯(lián)邦工學(xué)院開發(fā)的一種成型技術(shù)。將溶劑水、陶瓷粉體和有機(jī)添加劑充分混合形成靜電穩(wěn)定、低粘度、高固相含量的漿料，在其中加入可改變漿料pH值或增加電解質(zhì)濃度的化學(xué)物質(zhì)，然后將漿料注入到無孔模中。工藝過程中控制化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，使注模前反應(yīng)緩慢，漿料保持低粘度，注模后反應(yīng)速度加快，使流態(tài)的漿料轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的坯體。得到的生坯具有很好的機(jī)械性能，強(qiáng)度可以達(dá)5×103Pa。生坯經(jīng)脫模、干燥、燒結(jié)后，形成所需形狀的陶瓷部件。其優(yōu)點(diǎn)是不需或只需少量的有機(jī)添加劑(小于1％)，坯體不需脫脂，密度均勻，相對(duì)密度高(55％～70％)，可以成型大尺寸、形狀復(fù)雜的陶瓷部件。其缺點(diǎn)是添加劑價(jià)格昂貴，反應(yīng)過程中一般有氣體放出。
(5)注射成型
注射成型在20世紀(jì)70年代末80年代初開始應(yīng)用于陶瓷零部件的成型。該方法通過添加大量有機(jī)物來實(shí)現(xiàn)瘠性物料的塑性成型，是陶瓷可塑成型工藝中最普遍的一種方法。在成形過程中，除了使用熱塑性有機(jī)物(如聚乙烯、聚苯乙烯)或熱固性有機(jī)物(如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂)，或水溶性的聚合物作為主要的粘結(jié)劑以外，還必須加入一定數(shù)量的增塑劑、潤滑劑和偶聯(lián)劑等工藝助劑，以改善陶瓷注射懸浮體的流動(dòng)性，并保證注射成型坯體的質(zhì)量。注射成型工藝具有自動(dòng)化程度高、成型坯體尺寸精密等優(yōu)點(diǎn)。但注射成型陶瓷部件的生坯中有機(jī)物含量多達(dá)50％(體積分?jǐn)?shù))，在后續(xù)燒結(jié)過程要排除這些有機(jī)物需要很長時(shí)間，甚至長達(dá)幾天到數(shù)十天，而且容易造成質(zhì)量缺陷。因此，排膠始終是制約其應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，至今尚未完全突破。
(6)膠態(tài)注射成型
為解決傳統(tǒng)注射成型工藝中有機(jī)物加入量大、排除困難等問題，清華大學(xué)創(chuàng)造性地提出了陶瓷膠態(tài)注射成型新工藝，并自主開發(fā)了膠態(tài)注射成型樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了瘠性陶瓷料漿的注射成型。其基本思路是將液態(tài)成型與注射成型相結(jié)合，利用專用的注射成型設(shè)備和膠態(tài)原位凝固成型的固化技術(shù)，進(jìn)行陶瓷材料的注射成型。這一新工藝，使用的有機(jī)物最多不超過4％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，利用水基懸浮體中少量的有機(jī)單體或有機(jī)化合物在注人模具后快速誘發(fā)有機(jī)單體聚合生成有機(jī)網(wǎng)絡(luò)骨架，將陶瓷粉體均勻包裹其中，不但使排膠時(shí)間大為縮短，同時(shí)也大大降低了排膠開裂的可能性。既具有膠態(tài)原位凝固成型坯體均勻性好，有機(jī)物含量低的特色，又具有注射成型自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，是膠態(tài)成型工藝的一種質(zhì)的升華，將成為高技術(shù)陶瓷走向產(chǎn)業(yè)化的希望所在。
不同的工藝方法試用與不同的領(lǐng)域和環(huán)境，只有采用事宜的方法，才能展現(xiàn)不同工藝的優(yōu)越性，提高產(chǎn)品性能。同時(shí)，不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)也給我們更多的啟示，為制造性能更為優(yōu)良的材料提供新的思路和方法。
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