,主講人：于美杰副教授Tel：88396181Email：yumeijie,工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ),第七章粉末冶金與陶瓷材料的成形工藝,本章基本要求粉體的基本物理性能粉體成形原理了解幾種常用的成形工藝,第七章目錄,第一節(jié)粉體成形原理第二節(jié)粉體制備技術(shù)第三節(jié)粉末冶金的成形工藝第四節(jié)陶瓷材料的成形工藝第五節(jié)燒結(jié)第六節(jié)陶瓷與粉末快速成形工藝,第一節(jié)粉體成形原理,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,與材料液態(tài)鑄造成形與固態(tài)塑性成形方法不同，粉末冶金與陶瓷的成形方法是利用粉末特有的性能，通過坯體成形、燒結(jié)等系列工藝組成的。生產(chǎn)工藝過程:粉末冶金與陶瓷所用原材料都是“粉體”,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,一、粉料的基本物理性能粒度：d、等效直徑粒度分布、形貌（宏觀、微觀）拱橋效應(yīng)：粉體顆粒的形貌千差萬別，直接影響到粉體的流動(dòng)性和填充性。由于實(shí)際粉料不是球形，加上表面粗糙不平以及附著和凝聚的作用，顆粒之間相互咬合，形成拱橋形空間，增大了空隙率，使粉料自由堆積的空隙率往往比理論計(jì)算值大得多。,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,粉體顆粒的表面能和表面狀態(tài)表面能：晶體破碎后內(nèi)部原子在周圍原子的均等作用下處于能量平衡狀態(tài)，而表面原子只是一側(cè)受到內(nèi)部原子的引力，另一側(cè)則處于一種具有“過剩能量”的狀態(tài)，該“過剩能量”稱為表面能。吸附與凝聚,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,粉料的堆積（填充）特性與形狀有關(guān)：拱橋效應(yīng)，形狀越不規(guī)則，空隙率越高。與粒徑分布有關(guān)：粒徑分布越寬，空隙率越小，堆積密度越大。粉料的流動(dòng)性自然安息角越小，反映出流動(dòng)性越好球形粉末的流動(dòng)性好,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,二、粉體成形原理將粉體原料制成塊狀坯體一般采用三種不同的方法：壓制成形：直接將不含液體（水或有機(jī)溶劑）或含有少量液體的粉體加壓成形?？伤艹尚危簩⒎垠w加入適量的液體，做成可塑泥團(tuán)，通過塑性變形制成坯體。漿料成形：將粉體中加入足夠多的液體（含液量超過可塑泥團(tuán)），做成流體形的漿料，將其澆注至模具內(nèi)形成坯體。,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,（1）壓制成形原理：基于較大壓力成形過程中坯體的密度、強(qiáng)度、壓力發(fā)生變化。高而細(xì)的產(chǎn)品不適于壓制法成型,圖73單面加壓時(shí)坯體內(nèi)部壓力分布情況H坯體高度D坯體直徑,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,影響坯體密度的因素成形壓力加壓方式：單面、雙面、四面加壓速度：一輕、二重、慢提起潤滑劑等添加劑,加壓方式和壓力分布狀態(tài)圖(a)單面加壓；(b)雙面同時(shí)加壓；(c)雙面先后加壓；(d)四面加壓（等靜壓）,密度均勻程度增加,兩次之間有間隙，利于空氣排出,第一節(jié)粉體成形原理,對(duì)壓制用粉料的工藝性能要求(由于壓制成型時(shí)粉料顆粒必須能充滿模型的各個(gè)角落)良好的流動(dòng)性。粉料中氣體越少越好。以便得到較高的素坯密度。粉料的堆積密度越高越好。,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,（2）可塑成形原理主要用于形成陶瓷坯體，不用于粉末冶金可塑泥團(tuán)的流變特性彈性變形假塑性變形開裂y流限、屈服值p強(qiáng)度極限n假塑性形變y回復(fù)形變p最大變形量,可塑泥團(tuán)的應(yīng)力應(yīng)變曲線,少量空氣和有機(jī)增塑劑的作用,泥團(tuán)中顆粒產(chǎn)生相對(duì)位移所致,出現(xiàn)裂紋前的最大變形量,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,影響泥團(tuán)可塑性的因素固相顆粒大小和形狀：顆粒越粗，呈現(xiàn)最大塑性時(shí)所需水分愈少，最大可塑性愈低;顆粒愈細(xì)，比表面積愈大，每個(gè)顆粒表面形成水膜所需的水分與多，可塑性愈高。液相的數(shù)量和性質(zhì)：水分是泥團(tuán)出現(xiàn)可塑性的必要條件，當(dāng)水分適量時(shí)才能呈現(xiàn)最大可塑性。,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,可塑性評(píng)價(jià)指標(biāo)：yp。屈服值隨含水量增加而減少；最大變形量隨含水量增加而增加。,可塑泥團(tuán)的可塑性與含水量的關(guān)系,第一節(jié)粉體成形原理,可塑坯料的工藝性能要求可塑性好；含水量適當(dāng)；干燥強(qiáng)度高；收縮率??；顆粒細(xì)度適當(dāng)；空氣含量低。,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,（3）漿料成形原理將制備好的坯料泥漿注入多孔性模型內(nèi)，由于多孔性模型的吸水性，在貼近模壁的一層泥漿被模型吸水而形成一均勻的泥層，這泥層隨著時(shí)間的延長而逐漸加厚，當(dāng)達(dá)到所需的厚度時(shí)，可將多余的泥漿倒出。最后該泥層繼續(xù)脫水收縮而與模型脫離。從模型取出后即為毛坯。,第一節(jié)粉體成形原理,影響泥漿流變性能的因素泥漿濃度：濃度越高，在同一剪切速率下所需應(yīng)力越大，流動(dòng)性降低。固相顆粒大?。侯w粒越細(xì)，吸引力越大，流動(dòng)阻力越大；電解質(zhì)的作用：泥漿解凝泥漿的pH值：影響離解程度，或膠溶或絮凝,未解凝的可塑粘土泥漿濃度與流動(dòng)曲線的關(guān)系,第一節(jié)粉體成形原理,Formingtheoryofpowder,注漿成型對(duì)泥漿的總的工藝性能的要求流動(dòng)性好；穩(wěn)定性好；適當(dāng)?shù)挠|變性；含水量少；濾過性好；坯體強(qiáng)度高；脫模容易；不含氣泡。,第二節(jié)粉體制備技術(shù),Preparationtechnologiesofpowder,粉體制備方法粉碎法：機(jī)械粉碎、氣流粉碎不易制備1微米以下的微細(xì)顆粒設(shè)備定型化，產(chǎn)量大，容易操作，被廣泛地應(yīng)用于粉末生產(chǎn)中，屬于物理法機(jī)械合金化（高速高能球磨）合成法：通過離子、原子、分子反應(yīng)，成核、生長、收集、后處理獲得微細(xì)顆粒純度高粒度可控均勻性好顆粒微細(xì),第二節(jié)粉體制備技術(shù),Preparationtechnologiesofpowder,金屬粉末的合成方法還原法霧化法電解法化合物粉末的合成方法固相法化合反應(yīng)法熱分解反應(yīng)法氧化物還原法,液相法生成沉淀法水熱法溶膠凝膠法溶劑蒸發(fā)法熔液法氣相法蒸發(fā)-凝聚法氣相化學(xué)反應(yīng)法,第三節(jié)粉末冶金成形工藝,Powdermetallurgy,粉末冶金成型工藝壓制成形：使用最廣泛粉漿澆注成形楔形壓制,第三節(jié)粉末冶金成形工藝,Powdermetallurgy,壓制成形（1）物料準(zhǔn)備粉末分級(jí)配料混合混合料濕磨：混合+研細(xì)（2）壓制工藝,稱料,裝模,壓制,脫模,第三節(jié)粉末冶金成形工藝,Powdermetallurgy,粉漿澆注成形將粉末預(yù)先制成懸浮狀或漿糊狀物質(zhì),然后注入石膏模中的成形方法,叫粉漿澆注.粉漿的制備模具材料:石膏(200度失去結(jié)晶水)澆注方法:手工澆注(傾倒?jié)沧?、壓縮空氣澆注,第三節(jié)粉末冶金成形工藝,Powdermetallurgy,楔形壓制成形楔形壓制又稱循環(huán)壓制。其方法是用一只楔形的上模沖，將粉末分段壓制而成制品.,第四節(jié)陶瓷材料成形工藝,Formingtechniquesofceramics,漿料成形注漿成形熱壓鑄成形流延成形：超薄型制品可塑成形滾壓成形塑壓成形擠壓成形軋膜成形,壓制成形模壓成形等靜壓成形,第四節(jié)陶瓷材料成形工藝,Formingtechniquesofceramics,（1）注漿成形：坯料具有一定液態(tài)流動(dòng)性基本注漿方法：空心注漿、實(shí)心注漿（單面注漿、雙面注漿）,小件、薄壁,外模,注口,型芯,注漿,出氣口,吸水,硬化脫模,大件、厚壁,第四節(jié)陶瓷材料成形工藝,Formingtechniquesofceramics,強(qiáng)化注漿方法：（提高吸漿速度和坯體強(qiáng)度）真空注漿離心注漿壓力注漿（2）熱壓鑄成形利用石蠟的熱流行特點(diǎn)，與坯料配合，是用金屬模具在壓力下成形，冷凝后坯體能夠保持其形狀。蠟漿料的制備：漿坯料加入到以石蠟為主的粘結(jié)劑中熱壓鑄高溫排蠟,第四節(jié)陶瓷材料成形工藝,Formingtechniquesofceramics,（3）滾壓成形盛放著泥料的石膏模具和滾壓頭分別繞著自己的軸線以一定的速度同方向旋轉(zhuǎn)。滾壓頭在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，逐漸靠近石膏模型，并對(duì)泥料進(jìn)行滾壓成形。坯體質(zhì)量好生產(chǎn)效率高日用品陶瓷,陽滾壓,陰滾壓,第四節(jié)陶瓷材料成形工藝,Formingtechniquesofceramics,（4）塑壓成形在模型內(nèi)常溫下壓制成坯抽真空擠壓成形，通壓縮空氣迅速脫模各種盤碟類制品坯體致密度高石膏模壽命短多孔樹脂膜、金屬膜高強(qiáng)模型,第四節(jié)陶瓷材料成形工藝,Formingtechniquesofceramics,（5）擠壓成形效率高適合管件、棒狀制品（6）軋膜成形厚度1mm以下的薄片制品橫向收縮大，易變形和開裂,第四節(jié)陶瓷材料成形工藝,Formingtechniquesofceramics,（5）模壓成形將流動(dòng)性好、顆粒級(jí)配合合適的粉料，裝入模具內(nèi)，通過施加外力，使粉料壓制成一定形狀的坯體。液壓成形機(jī)、自動(dòng)壓片機(jī)（6）等靜壓成形（靜水壓成形）利用液體介質(zhì)的不可壓縮性和均勻傳遞壓力性先將配好坯料裝入用塑料或橡膠做成的彈性模具內(nèi)，置于高壓容器內(nèi)，密封后，打入高壓液體介質(zhì)，壓力傳遞至彈性模具對(duì)坯料加壓。釋放壓力取出模具，得到坯件。形狀復(fù)雜、大件、細(xì)而長制品成型質(zhì)量高、密度高而均勻模具壽命長、成本低