2坯料的成型概论.docx

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2坯料的成型概论

2坯料的成型

2.1可塑泥团的成型

2.2泥浆的成型

2.3粉料的成型

2.4调整坯料性能的添加剂

成型概述P279

成型的目的：

将坯料加工成具有一定形状和尺寸、并具有一定的致密度和必要的强度的坯体。

常用成型方法：

包括可塑法成型、注浆成型和压制成型

可塑成型——塑性坯料

注浆成型——浆料

压制成型——粉料

可塑成型拉坯成型：

车坯成型

旋压成型

滚压成型

挤压成型

轧膜成型

适合成型带有回转中心的杯碟状、圆柱状、圆筒状等的制品。

注浆成型：

石膏模注浆成型

热压铸成型

流延法成型

适合成型形状复杂、规格尺寸比较大、坯体比较薄的产品

压制成型：

干压成型

半干压成型

等静压成型

适合成型形状简单的扁平状类制品

成型方法选择：

根据制品的形状、大小、厚薄、坯料性能、产品的产量和质量要求、成型设备及技术能力、经济效益等.

2.1可塑泥团的成型

可塑成型原理：

利用模具或刀具等的运动所造成的压力、

剪力，挤压等外力对具有可塑性的坯料进行加工，迫使坯料在外力的作用下发生可塑变形，制成坯体。

受外力

塑性泥团————塑性变形————坯体

2.1.1塑性坯料成型性能

2.1.1.1可塑泥团的流变特性

可塑性泥团由固相、液相、少量气相（空气<0.5％～1％）组成的弹性—塑性系统

可塑性泥团受到应力发生形变时既有弹性性质，又有假

塑性变形。

当σ＞σy，则出现假塑性变形，不可逆。

假塑性变形：

除去泥团受到

的应力，会部分地回复到原来状态（用εy表示），剩下的不可逆变形部分εn叫做假塑性变形。

屈服值：

由弹性变形过渡到假塑性变形的极限应力σy，称为流动极限（或称流限）

σ＞强度极限σp，泥团会开裂破坏

当应力很小时，受应力σ的作用产生形变ε，两者呈直线关系，且可逆。

泥团的成型性能的评价指标

一般可以近似地用屈服值和最大变形量的乘积

（σy*εp）评价泥料的成型能力。

——一定含水率

屈服值σy：

泥团开始假塑性变形时须加的应力；

σy高——防受偶然的外力产生变形，保证成型时有足够

的稳定性

屈服值随泥团中水分增加而降低变形量εp：

出现裂纹前的最大变形量。

εp高——使成型过程中变形虽大，但又不致出现裂纹

——含水量降低，σy提高，但εp降低了

2.1.1.2影响泥团可塑性的因素

矿物种类——粘土矿物的结构

伊利石<高岭石<蒙脱石

固相颗粒大小和形状颗粒愈细，分散度越大，比表面积愈大，颗粒表面形成水膜所需的水分愈多，产生的毛细管力越大，可塑性越好。

层状、短柱状颗粒比球状和立方状颗粒的可塑性好

吸附阳离子的种类粘土胶团间的吸引力大，则可塑性高H－粘土＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞K1+＞Na1+＞Li1+

液相的数量和种类——浸润能力和液相的粘度、表面张力坯料中加入水分适当时才呈现最佳的可塑性

表面张力大，可塑性高；粘度高，则可塑性高

2.1.2可塑成型方法

各种可塑成型方法比较

（一）滚压成型

1、成型工艺原理及特点模型和滚压头分别绕自己的

轴线以一定速度旋转。

滚压头—面转动—面对坯泥进行“滚”和“压”而成型。

滚压成型分为：

阳模滚压和阴模滚压

阳模滚压－外滚压：

滚压头决定坯体外形的大小，适合

扁平状、宽口且坯体内表面有花纹的产品。

阴模滚压－内滚压：

滚压头形成坯体内表面，适合内径小而较深的制品。

滚压成型特点：

1）组织结构均匀——泥料与滚压头接触面大，受压时间长，受力均匀

2）坯体致密均匀，强度较大。

3）坯体变形减少，质量高——不需加水赶光表面，减少变形

4）生产效率高——易于机械化、自动化生产

2、滚压成型工艺控制

1）泥料的要求：

水分和可塑性

阳模成型－泥料在模型外，水分应少些，可塑性强些。

阴模成型－可塑性可稍低，成型水分可稍多。

2）滚压过程的控制

滚头降至开始接触泥料时，动作要轻，速度要适宜。

动作太重和速度太快，则易压坏模型或排不出空气成“鼓气”缺陷；下压速度太慢，易引起坯料粘滚头

泥料压至要求的厚度，要求滚头的动作重而平稳；

滚头抬—离—坯通体过，滚要压求机缓的慢凸减轮轻机坯构料控所制受的压力。

3）主轴转速和滚头转速：

主轴转速n1滚头转速n2

n1↑提高产量，产品直径大，n1应稍小

阳模：

n1过大，泥料易脱离模型，底部花心，边缘破口

阴模：

n1可稍大，过小粘滚头

转速比i＝n1/n2反映成型对泥料与滚头的相对运动

4）滚压头及滚压机的调整

滚压头温度——热滚压的坯体表面光滑，质量提高，对泥料要求不严

滚压头的光滑程度——影响坯体表面质量

滚头倾角α：

滚头中心线和主轴中心线的夹角；

5）石膏模型的要求

模型温度

不能过干：

因湿泥遇到过干的模型，马上出现硬皮，则坯泥在模型内滑动；

不能过湿：

影响脱模，生产效率降低

模型的完好性——保证产品的形状

模型的使用寿命——老化、强度降低，吸水性差——一般

1～2个月左右更换模型。

6）工人操作

（二）可塑成型方法——旋压成型

石膏模、型刀；

粘土质坯料，塑性好，成型水分均匀，一般为21%～26%；

设备简单，操作要求高，坯体质量不如滚压。

（三）可塑成型方法——车坯成型

适用于外形复杂的圆柱状产品，如圆柱形的套管、棒形支柱和棒形悬式绝缘子的成型。

根据坯泥加工时装置的方式不同，车坯成型分为立车和横车。

根据所用泥料的含水率不同，又分为干车和湿车。

（三）可塑成型方法——车坯成型

车刀，卧式或立式车坯机

坯料为真空练泥机挤出的泥段，湿车水分

16%～18%，干车水分6%～11%干车粉尘大，生产效率低，刀具磨损大，已渐渐由湿车代替。

（四）可塑成型方法——挤压成型

挤压成型（extrusion）是采用真空练泥机、螺

旋或活塞式挤坯机，将可塑料团挤压向前，经过机嘴定形，达到制品所要求的形状。

通过更换机嘴，以挤出各种形状的坯体。

陶管、辊棒和热电偶套管等管状、棒状、断面和中孔一致的产品，均可采用挤压成型。

坯体的内、外形由机头及内部形状所决定，坯体的长度根据尺寸要求进行切割。

挤压成型便于与前后工序联动，可实现自动化生产。

（四）可塑成型方法——挤压成型

挤压成型应注意的工艺问题

①严格的真空处理，以除去坯料中气泡，以免挤出时气泡在坯体表面破裂，影响表面品质。

②要有合适的挤出力：

挤出力的大小主要取决于机头喇叭口的锥度。

③合适的挤出速度：

出坯过快，坯料的弹性滞后释放，容易引起坯体变形。

④管状产品壁厚须能承受其重力作用和适应工艺要求。

管壁过薄，则容易软塌，使管径变形成椭圆。

⑤承接坯体的托板必须平直光滑，以免引起坯体弯曲变形，尤其是长产品。

（四）可塑成型方法——挤压成型

金属机嘴；

粘土质坯料，瘠性坯料。

要求塑性良好，经真空处理；

产量大操作简单，坯体形状简单，可连续生产。

挤压成型设备

（五）可塑成型方法——塑压成型

塑压成型机；

粘土质坯料水分为20%左右，具有一定可塑性；

适于成型各种异形的盘、碟类制品，自动化程度高，对模具要求高。

可塑成型方法——塑压成型过程

操作：

靠压缩空气通入透气的石膏模中，将坯体从模中托起，达到脱模的目的。

其操作步骤如下:

①将泥段切成泥饼，置于底模上；

②上下抽真空，施压成型；

③压缩空气从底模通入，使成型好的坯体脱离底模；液压装置返回至开启的工位，坯体被上模吸住；

④压缩空气通入上模，坯体脱离上模落入操作人员手中的托板上；

⑤压缩空气同时通入上模和底模，使模内水分排除；关闭压缩空气，揩干模型表面水分，即可进行下一个成型周期。

可塑成型方法——塑压成型过程

其它可塑成型方法

1.雕塑

对象：

异形产品，如人物、鸟兽或方形、多角形等器物，

方式：

手捏、雕塑、雕削、雕镶法成型。

雕镶法是先将练好的塑性泥料用印坯和拍打相结合的方法制成适当厚度的泥尺，然后切

成所需形状大小，再用刀、尺等工具进行修、

削以制成符合要求的式样和厚度，最后用泥浆

粘镶成坯体。

雕塑法示例：

将揉好无气泡的粘土用泥拍打成长方体。

按设计用线弓割出大体形状。

拿起坯体，用刮刀从底部挖去多余粘土。

仔细雕塑外形。

其它可塑成型方法

2.印坯

对象：

异形且精度要求不高的产品，如六角瓶、菱形花钵、人物禽兽中某些局部器形、琉璃瓦中的屋脊等都常常采用印坯法成型；

方法：

塑性泥料在石膏模中印制成型；

方式：

分单面印坯和双面印坯。

然后经过修整再和其它部分粘结成整个坯体。

优点：

不需要机械设备，手工操作，印坯成型，但效率低，且常由于印坯时施压不均，干燥收缩不匀而引起开裂变形。

3.拉坯

定义：

又称做坯，是一种万能成型法。

对象：

碗类、盘碟、壶类、杯类、瓶类等。

操作：

靠手掌力和手指力对塑性泥料进行拉、棒、压、扩等作用，使泥料变成所需要的器形。

拉坯时还可利用竹片、木棒及样板等进行刮、削、插孔，形成弧线等。

要求：

泥料屈服值不宜太高，延伸变形量则要求宽些。

坯料含水率稍高于其它塑性成型法。

拉坯成型示例

把扶正的粘土用双手的中指指起适当大小的一块。

双手扶住泥块，右手拇指从顶部中心点压下。

左手辅助，右手拇指从底部中心外扩，井平整底部。

左手在内，右手在外，左手中指与右手拇指相对，从底部向上缓缓提起，保持匀速，将坯体拉高。

双手指尖内外相对，左手稍用力外扩逐渐拉薄坯体，可反复保持坯体的薄厚均

匀。

将坯体拉高、修薄时注意整体带动，保持四线平整，形状固定后双手夹薄皮条将口缘压光。

用手指平稳利平底足台，除去多余的粘土。

拉坯机减慢速度，双手平行轮盘拉紧割线，轻轻靠近并嵌入底足部位约三分之一处，左手松开任割线卷入，拔出割线。

关闭电源，双手中指夹住坯体根部轻轻托起。

2.2泥浆的成型

定义：

注浆成型（传统）：

在石膏模的毛细管力作用下，含一定水分的粘土泥浆脱水硬化成坯的过程。

注浆成型（现代）：

具有一定液态流动性的成型方法

特点：

适用于各种陶瓷产品，形状复杂的、不规则的、薄壁的、

体积较大且尺寸要求不严的制品都可采用。

坯体结构较一致，收缩大，坯体强度相对较低。

生产周期长，占地面积大，产量相对较低，生产效率不高,但投产容易。

2.2.1注浆成型机理及注浆过程中的物理化学变化

1.注浆成型机理

注浆过程基本上可分成三个阶段

从泥浆注入石膏模吸水开始到形成薄泥层为第一阶段

形成薄泥层，泥层逐渐增厚，直到形成注件为第二阶段

从雏坯形成到脱模为收缩脱模阶段

注浆过程的推动力：

石膏模的毛细管力

２注浆过程中的物理—化学变化

物理脱水过程（主要地位）

泥浆注入石膏模，石膏模吸水形成薄泥层——石膏模-颗粒间、颗粒-颗粒间的范德华力

推动力：

石膏模的毛细管力阻力：

石膏模阻力和坯体阻力

注浆开始时，模型的阻力起主要作用——取决于毛细管的大小

和分布（水膏比）、模型干燥程度及使用次数等

随坯体厚度继续增加，坯体阻力起主导作用——含塑性原料多的泥浆脱水阻力大，形成的坯体密度大，其阻力也大

当水：

石膏=78：

100时，总阻力最小而相应的吸浆速度

化学凝聚过程（次要地位）

泥浆溶解少量的CaSO4，CaSO4和泥浆中的Na—粘土、水玻璃发生离子交换。

Na-粘土+CaSO4+Na2SiO3→Ca-粘土+CaSiO3↓+Na2SO4

靠近石膏模表面的一层Na-粘土变成Ca-粘土，生成沉淀的CaSiO3，使泥浆由悬浮状态转为聚沉。

——石膏作为絮凝剂

水溶性Na2SO4被吸进模型的毛细管中。

当烘干模型时，Na2SO4

以白色丛毛状结晶的形态析出。

2.2.2影响泥浆浇注性能的因素

1.流动性

固相含量、颗粒大小和形状

泥浆的温度——T↑粘度↓流动性↑

粘土及泥浆处理方法（水化膜的厚度）

电解质的作用

——改变泥浆中胶团的双电层的厚度和ξ电位

陈腐——稳定注浆性能、提高流动性和增加坯体强度

泥浆的pH值（主要用于提高瘠性料浆的流动性）

——调节PH值，使胶粒ζ电位最大值

2.吸浆速度

减少模型的阻力——控制模型制造工艺

降低泥层阻力——泥浆性质和坯体结构适当减少塑性原料，增加瘠性原料减少细颗粒的含量，增加粗颗粒的含量减少水分含量——加稀释剂

提高吃浆过程的推动力石膏模：

具有最大的毛细管力采用压力注浆、真空注浆、离心注浆等加速注浆方法

提高泥浆的温度，提高模型的的温度

3脱膜性

离模系数：

吸浆完到离模时坯体中固体粒子所占体积百分比的变化——反映水分变化

G大：

坯体致密，水分含量少，强度大。

G小：

坯体疏松，水分含量大，强度低。

影响离模系数的因素：

透水性——透水性小，G小模型和坯体界面的结合力——界面结合力小，G大坯体的形状

4挺实能力

脱模时，坯体有足够的硬度和湿强度，不致变形的能力

5加工性——与生坯强度有关

2.2.3注浆成型方法

1基本注浆方法：

包括空心注浆和实心注浆

空心注浆（单面注浆）泥浆注满模型后放置一段时间，待模型内壁粘附一定厚

度的坯体后，将多余泥浆倒出，然后带模干燥。

坯体外形－模型工作面坯体厚度－吸浆时间（模温，湿度，泥浆性质）

适于：

小件，薄壁产品

对泥浆性能要求：

空心注浆：

比重小，稳定性好，触变性稍小，细度可稍细

实心注浆（双面注浆）

泥浆注入模型中，石膏模从内外两个方向同时吸水。

注浆过程中泥浆量不断减少。

须不断补充泥浆，直至全部硬化成坯。

坯体外形－外模工作面坯体内形－模芯工作面坯体厚度－外模与模芯的空腔

适于：

坯体内外表面形状、花纹不同，大型，厚壁的产品对泥浆性能要求：

比重大，触变性稍大，泥浆颗粒可稍粗

2加速注浆法

包括压力注浆、离心注浆和真空注浆等

压力注浆：

通过提高泥浆压力来提高注浆过程推动力加速水分扩散，可缩短注浆时间，减少坯体干燥收缩和脱模后坯体的水分。

加压方式：

提高浆桶高度或引入压缩空气

压力注浆特点：

缩短注浆时间；减少坯体干燥收缩，提高坯体致密度；

真空注浆：

模外抽真空，或模型放于负压的真空室中。

由于模内外压力差，提高注浆推动力，提高吸浆速度，减少坯体气孔，针眼。

离心注浆：

向旋转的模型内注入泥浆，在离心力作用下，

泥浆紧靠模型脱水成坯。

特点：

致密度高，厚度均匀，变形较小对泥浆要求：

粒度分布窄，否则大颗粒集中表面，

小颗粒集中内部，导致制品收缩不均。

2.3粉料的成型

原理：

压制成型是将坯料加入到模具中，在压机上压成一定形状

的坯体的方法。

优点：

生产过程简单，致密度高，制品尺寸精确，表面质量高，设备机械化、自动化程度高，可以连续化生产。

局限性：

对于制品形状复杂的制品难于成型，模具磨损大；压力分布不均，致密度不均。

2.3.1粉料的工艺性质

1粒度和粒度分布直接影响坯体的致密度、收缩率、强度。

很细或很粗的粉料，在一定压力下被压紧成型的

能力较差。

——造粒

2粉料的堆积特性——最紧密堆积

粒度

>20目

20-40目

40-60目

60-80目

＜100目

含量（%）

＜2.0

25-30

45-55

15-25

＜5

3粉料的含水率

太大会粘模，太小坯体密度不够。

4粉料的拱桥效应原因：

粉料非球形，表面粗糙；表面有电荷；任何球体都难形成自由堆积

颗粒越小，表面积越大越易发

生拱桥效应；原因：

粉料非球形，表面粗糙；表面有电荷；任何球体都难形成自由堆积

颗粒越小，表面积越大越易发

生拱桥效应；

5粉料的流动性

粉料由分散度高的固体小颗粒组成，具有一定的流动性。

安息角越小流动性越好

粉料的流动性影响粉料在模型中的填充速度和填充程度

影响流动性的因素：

颗粒的大小——大，流动性好颗粒形状——球形颗粒流动性好粒径分布

2.3.2粉料的致密化过程

1密度的变化

密度随压力增大迅速增加——排除假颗粒间空隙

密度随压力增大变化缓慢——排除真颗粒间空隙

密度随压力增大迅速增加——密实阶段

2强度的变化

颗粒间接触不大，强度较小。

弹性—塑性阶段，颗粒间接触增大，强度直线上升

强度变化不大。

致密化过程中出现的现象：

坯体中压力的分布不均

问题:

坯体中压力分布不均匀，——导致坯体各部分的密度不均匀——烧成时收缩不一样——产品变形或开裂

原因：

A坯粉料颗粒移动和重新排列时，颗粒之间产生内摩擦力。

B颗粒与模型之间有外摩擦力——妨碍了压制压力的传递——压力衰减。

现象：

离开如压面的距离愈大，刚受到的压力愈小，H/D比值愈大，则压力不均匀分布现象愈严重。

2.3.3影响坯体密度的因素

1成型压力

压制过程中的总压力P=P1+P2

P1：

净压力。

克服粉料的阻力P2：

消耗压力。

克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力

应保证坯体质量好、生产效率高的同时，选用尽量高的成型压力。

——考虑原料成分、坯料水份、制品的形状和尺寸

2加压方式

单面加压：

压力分布不均，有低压区，死角双面加压：

消除底面的低压区，死角。

但空气易被挤到坯体中间部位，使中部密度小。

双面先后加压

3加压速度和保压时间

低压区：

速度稍快使空气消除；

高压区：

应缓慢加压以免残余气体无法排出，多次加压以保证压力均匀

“一轻、二重、慢提起”

4添加剂的选用

减少粉料颗粒间及粉料与模壁的摩擦-润滑剂

增加粉料颗粒间的粘结作用－粘结剂

促进粉料颗粒间吸附，湿润或变形－表面活性剂

2.3.4压制成型方法

（一）干压成型

1.成型工艺原理

填料方式：

防止不均匀；

压力确定：

工业成型40～100Mpa，含黏土10～

60Mpa。

加压方式：

单向和双向（双向同时、双向先后）；

加压速度和时间：

先轻后重多次加压，在最大压力下保压

脱模：

脱模加压不易过快。

2.干压成型设备

（1）手动压制——摩擦式压砖机

（2）自动压制

（二）等静压成型

原理：

利用液体介质的不可压缩性和均匀传递压力性，从

各个方向进行加压，获得制品的成型方法。

分类：

热等静压成型（HIP）

等静压成型湿式冷等静压

冷等静压成型（CIP）

干式冷等静压

特点：

优点：

1）坯体密度大，结构均匀，烧成收缩小，制品尺寸

准确。

2）生坯强度大

3）可压制形状复杂的大型制品。

4）粉料可不加或少加粘合剂。

缺点：

1）设备费用高，投资大。

2）成型速度慢。

3）高压操作，需有保护措施。

等静压成型

2.4调整坯料性能的添加剂

2.4.1添加剂的种类

1解凝剂（解胶剂，稀释剂）用来改善泥浆的流动性，使其在低水分的情况下粘度适当便于浇注。

2结合剂用来提高可塑泥团的可塑性，增强生坯的强度。

3润滑剂用于提高粉料的湿润性。

减少粉料颗粒间及粉料与模壁之间的摩擦，以促进压制坯体密度增大和均匀化。

各种添加物的共同要求

和坯料颗粒不发生化学反应，不会影响产品性能；

分散性好，便于和坯料混合均匀；

希望有机物在较低温度下烧尽，灰分少，氧化分解的温度范围宽些，以防引起坯体开裂。

2.4.2解凝剂（稀释剂）

1作稀释剂的电解质所必需具备的条件

能离解成水化能力强的一价阳离子（如Na+）。

能直接离解或水解，提供足够的OH-，使粘土质泥浆呈碱性。

它的阴离子能与料浆中引起絮凝的有害离子形成难溶的盐类或稳定的络合物。

稀释机理

原因：

水化能力：

一价阳离子大于二价阳离子和三价阳离子，使胶团的扩散层增大，促使系统ξ电位增加。

吸附能力：

一价阳离子低于二价和三价离子，其进入胶团的吸附层离子数较少，整个胶粒呈现的负电荷较多。

加入电解质把原本带负电荷的粘土-水系统变成碱性，可防止颗粒表面因带不同电荷而互相吸引导致聚沉

阴离子与料浆中引起絮凝的有害离子形成难溶的盐类或稳定的络合物，促使反应向右进行，将絮凝的有害离子Ca2+、Mg2+原来吸附的水膜释放成自由水，流动性提高。

2稀释剂的分类

①无机电解质（最常用，适用粘土质泥浆）如水玻璃、碳酸钢、磷酸钠、六偏磷酸钠等。

一般来说，电

解质用量为干坯料质量的0.3%—0.5%。

②有机酸盐类（非粘土质泥浆和黏土质都适用）如腐殖酸钠（用量一般＜0.25%）、单宁酸钠（用量一般为

0.3%—0.6%左右）、柠檬酸钠、松香皂等。

③聚合电解质（常用于不含粘土原料的泥浆）常用的有阿拉伯树胶、桃胶、明胶、羧甲基纤维钠盐等有机

胶体，其用量少时会使浆料聚沉，适当增多时会稀释浆料，用

量一般在0.3%左右。

2.4.3塑化剂

定义：

使坯料具有可塑性能力的物质。

分类：

1）无机塑化剂：

粘土等

2）有机塑化剂：

粘结剂（如聚乙烯醇）

有机塑化剂增塑剂（如甘油）

溶剂（如无水乙醇）

塑化机理

1）无机塑化剂加水后形成带电的粘土－水系统，使其具有可塑性

和悬浮性。

——形成适当厚度的水化薄膜；粘土颗粒间形成毛细管，水膜成为张紧膜

2）有机塑化剂

①在水溶液中生成水化膜，对坯料表面有活性作用；

②有机高分子被坯料的粒子表面所吸附，把瘠性粒子粘结在一起。

应力－应变与泥团含水量的关系

同一种粘土或坯料，加入不同的水量，其屈服值与变形量的变化不同：

含水量多，则屈服值降低，变形量增大。

可塑性与含水率的关系

•含水率过大或过小，屈服值与变形量乘积都小。

•含水率合适，乘积大。

•通常用屈服值与变形量的乘积来表示可塑性

——可塑性指标

固相含量、颗粒大小和形状对流动性的影响

固相颗粒含量高，固相颗粒移动时碰撞阻力增大，则流动性降低；

固相颗粒越细，颗粒间的平均距离越小，颗粒间吸引力越大，则流动时所需克服引力作用增大，流动性减少；

颗粒愈不规则，形状系数愈大则愈会提高悬浮液的阻力，降低其流动性。

作业

1、普通陶瓷的成型方法有哪些？

2、名词解释

可塑成型、等静压成型

3.哪些制品适合注浆成型？

注浆成型的特点？

4.要缩短注浆成型的时间加快成坯速度，提高注件质量可采取什么措施？