陶瓷材料尤其是高性能陶瓷具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、抗氧化等一系列優(yōu)異性能，故而在航空航天、新材料、電子、生物工程等方面具有很好的應(yīng)用前景。陶瓷材料成型過(guò)程不但容易產(chǎn)生缺陷，而且很難通過(guò)后續(xù)工藝得以彌補(bǔ)；因此對(duì)陶瓷成型工藝環(huán)節(jié)的控制對(duì)于整個(gè)陶瓷材料的制備至關(guān)重要。

1.注漿成型

注漿成型是指泥漿注入具有吸水性能的模具中而得到坯體的一種成型方法。適于形狀復(fù)雜、薄的、體積較大且尺寸要求不嚴(yán)的制品。注漿成型后的坯體結(jié)構(gòu)較均勻，但含水量大，干燥與燒成收縮大。

其中注漿成型包括空心注漿、實(shí)心注漿、真空注漿以及離心注漿等。

1.1空心注漿

空心注漿指采用的石膏模沒(méi)有型芯，故亦稱單面注漿。適于薄壁類小型坯件的成型。圖1為空心注漿成型示意圖。

圖1 空心注漿示意圖

1.2實(shí)心注漿

實(shí)心注漿是將泥漿注入帶有型芯的模型中，泥漿在外模與型芯之間同時(shí)向兩側(cè)脫水，漿料需不斷補(bǔ)充，直至硬化成坯，亦稱雙面注漿。圖2 為實(shí)心注漿示意圖。

圖2 實(shí)心注漿示意圖

1.3真空注漿

真空注漿是利用在模型外抽取真空或?qū)⒕o固的模型放入負(fù)壓的空氣中，以降低模外壓力來(lái)增加模型內(nèi)外的壓力差，從而提高了注漿成型的質(zhì)量和速度，增加致密度，縮短吸漿時(shí)間。

真空注漿可顯著提高吸漿速度。但操作時(shí)要注意緩慢抽真空和進(jìn)氣，模型強(qiáng)度要高。

1.4離心注漿

離心注漿指向旋轉(zhuǎn)模型中注入泥漿，利用旋轉(zhuǎn)模型產(chǎn)生的離心力作用，加速泥漿脫水過(guò)程的工藝。

離心注漿具有厚度均勻、坯體致密的優(yōu)點(diǎn)，但顆粒尺寸波動(dòng)不能太大，否則會(huì)出現(xiàn)大顆粒集中在模表面的不均勻分布，造成坯體組織不均勻、收縮不一致的現(xiàn)象。模型轉(zhuǎn)速要視產(chǎn)品大小而定，一般小于100r／min。圖3為離心注漿成型示意圖。

圖3 離心將注漿成型示意圖

2. 流延成型

流延成型（Tape casting），又稱刮刀法或刀片涂覆法。流延成型制備陶瓷材料通常是將陶瓷粉體與有機(jī)添加劑按適當(dāng)配比混合制備出具有一定黏度的陶瓷漿料，漿料從容器中留下，被刮刀以一定厚度刮壓涂覆在專用基帶上，經(jīng)干燥、固化后從上剝下成為陶瓷生坯，然后根據(jù)成品的尺寸和形狀需求對(duì)陶瓷生坯進(jìn)行沖切、層合等加工處理，再高溫?zé)Y(jié)，最終獲得所需形狀、尺寸和性能（密度、強(qiáng)度、微觀結(jié)構(gòu)等）的陶瓷材料或制品。圖4為流延成型原理圖。

圖4 流延成型示意圖

流延成型與傳統(tǒng)陶瓷材料制備方法相比，具有以下優(yōu)勢(shì)：

? 流延法適于制備大面積、平板狀的陶瓷材料構(gòu)件；

? 流延成型工藝即可獲得致密，也可獲得多孔微觀組織的陶瓷材料；

? 理論上可得到任意厚度的陶瓷膜片；

? 流延成型工藝制備的陶瓷材料生坯具有一定的塑性和強(qiáng)度，可方便地進(jìn)行操作和切割，可制成各種不同形狀的陶瓷構(gòu)件。此外，制備出的生坯可進(jìn)行層壓操作，適于制備層狀結(jié)構(gòu)陶瓷材料；

? 流延成型工藝制備的陶瓷材料具有二維薄片結(jié)構(gòu)、材料缺陷少。

目前，流延成型已在制備單層及多層陶瓷膜中獲得了廣泛應(yīng)用。但是，流延成型制備陶瓷膜材料的過(guò)程主要包括陶瓷漿料制備、成型等工藝步驟，其中涉及到陶瓷漿料的分散性、穩(wěn)定性及其流變學(xué)性能，生坯的干燥動(dòng)力學(xué)以及生坯和燒結(jié)體物理機(jī)械性能等一系列物理化學(xué)、力學(xué)和材料科學(xué)等方面的問(wèn)題，是一個(gè)復(fù)雜的制備工藝過(guò)程，有待于更為細(xì)致的研究。

3.注射成型

陶瓷注射成型(Ceramic Injection Molding，簡(jiǎn)稱CIM)是近代粉末注射成型(Powder Injection Molding，簡(jiǎn)稱PIM)技術(shù)的一個(gè)分支，具有很多特殊的技術(shù)和工藝優(yōu)勢(shì)；可快速而自動(dòng)地進(jìn)行批量生產(chǎn)，且對(duì)其工藝過(guò)程可以進(jìn)行精確的控制;由于流動(dòng)充模，使生坯密度均勻;由于高壓注射，使得混料中粉末含量大幅提高，減少燒結(jié)產(chǎn)品的收縮，使產(chǎn)品尺寸精確可控，公差可達(dá)士0.1%-0.2%，性能優(yōu)越;無(wú)須機(jī)械加工或只需微量加工，降低制備成木；可成型復(fù)雜形狀的，帶有橫孔、斜孔、凹凸面、螺紋、薄壁、難以切削加工的陶瓷異形件，有著廣泛的應(yīng)用前景。

陶瓷注射成型作為一種近凈尺寸成型技術(shù)，不僅具有成型復(fù)雜形狀制品和尺寸精度、表面光潔度高等優(yōu)點(diǎn)，而且具有自動(dòng)化程度高，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)。因此至今仍是成型復(fù)雜形狀部件的一種有效方法。圖5為注射成型工藝制備的ZrO2陶瓷坯體。

圖5 注射成型工藝制備的ZrO2陶瓷坯體

注射成型具有如下特點(diǎn)：

? 可近凈尺寸成型各種形狀復(fù)雜、尺寸要求高的異形件，無(wú)需（或很少）進(jìn)行機(jī)械加工；

? 成型產(chǎn)品生坯密度均勻，生坯強(qiáng)度高，燒結(jié)體性能優(yōu)異且產(chǎn)品質(zhì)量的一致性好；

? 成型產(chǎn)品具有極高的尺寸精度和表面光潔度，表面粗糙度可達(dá)5μm；

? 成型過(guò)程機(jī)械化和自動(dòng)化程度高，成型周期短，生產(chǎn)效率高。

4. 注凝成型

注凝成型技術(shù)將傳統(tǒng)的陶瓷工藝和有機(jī)聚合物化學(xué)結(jié)合，將高分子單體聚合的方法靈活地引入到陶瓷成型工藝中，通過(guò)制備低粘度、高固相含量的陶瓷漿料來(lái)實(shí)現(xiàn)凈尺寸成型高強(qiáng)度、高密度、均勻性好的陶瓷坯體。該工藝的基本原理是在低粘度高固相含量的漿料中加入有機(jī)單體，在催化劑和引發(fā)劑的作用下，使?jié){料中的有機(jī)單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使?jié){料原位固化成型。然后再進(jìn)行脫模、干燥、去除有機(jī)物、燒結(jié)，即可得到所需的陶瓷零件。圖6為注凝成型技術(shù)工藝流程圖。

圖6注凝成型技術(shù)工藝流程圖

凝膠注模成型是一種實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù),它具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：

? 可適用于各種陶瓷材料,成型各種復(fù)雜形狀和尺寸的陶瓷零件；

? 由于定型過(guò)程和注模操作是完全分離的,定型是靠漿料中有機(jī)單體原位聚合形成交鏈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠體來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以成型坯體組分均勻、密度均勻、缺陷少；

? 漿料的凝固定型時(shí)間較短且可控。根據(jù)聚合溫度和催化劑的加入量不同,凝固定型時(shí)間一般可控在5～60min；

? 該工藝所用模具為無(wú)孔模具,且對(duì)模具無(wú)特殊要求,可以是金屬、玻璃或塑料等。

? 坯體中有機(jī)物含量較小,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為3%～5%。但強(qiáng)度較高,一般在10MPa以上。可對(duì)坯體進(jìn)行機(jī)加工(車、磨、刨、銑、鉆孔、鋸等),從而取消或減少燒結(jié)后的加工；

? 這是一種凈尺寸成型技術(shù)。由于坯體的組分和密度均勻,因而在干燥和燒結(jié)過(guò)程中不會(huì)變形,燒結(jié)體可保持成型時(shí)的形狀和尺寸比例；

? 所用陶瓷料為高固相(體積分?jǐn)?shù)不小于50%)、低粘度(小于1Pa?s)。漿料的固相含量是影響成型坯體的密度、強(qiáng)度及均勻性的因素,粘度的大小關(guān)系到所成坯體形狀的好壞及漿料的排氣效果。這也是應(yīng)用該技術(shù)的難點(diǎn)和能否成功的關(guān)鍵。

作者：小龍

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