[发明专利]一种大型陶瓷件冷等静压二次成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型陶瓷件冷等静压二次成型方法，属于陶瓷材料成型和制 作领域。

背景技术

冷等静压成型是一种常用的陶瓷成型方法，陶瓷粉末冷等静压成型后的坯 料密度均匀一致且机械强度高，经高温烧结后，可得到高致密度且均匀一致的 陶瓷烧结体。

冷等静压成型的基本过程是，将陶瓷粉末装入橡胶套后，密封橡胶套，然 后放入金属丝网做成的笼中，再浸入冷等静压机缸体内的液体中，通过液体从 所有方向等压压缩粉体成型，加压过程缓慢。在压力作用下，陶瓷粉末在橡胶 套中会收缩成型(如图1所示)，收缩的百分比取决于陶瓷粉末松散程度。对于 经喷雾造粒后的氧化物陶瓷粉末，收缩比通常在23～25％左右。如果制作中空的 陶瓷件，需要在粉末中放入金属内芯，如图2所示。

冷等静压机通常极其昂贵，且其缸体内径及高度越大，价格越高。冷等静 压机缸体内径及高度的大小决定了一个公司能生产的最大的陶瓷件尺寸，成为 公司的一个生产瓶颈。如何利用现有冷等静压机，生产出更大尺寸的陶瓷件， 成为很多公司的实际需求。本发明采用二次等静压成型的方法，配合相关配方， 使用同一冷等静压机，可以使成型的坯料尺寸增加10.0～12.0％。

在已有的相关发明中，二次成型方法被用于改善陶瓷的致密度或均匀性， 制作过程复杂，且设备改进投资大。出版号为JP3162905的日本专利，采用二 次成型，即一次模压成型，二次冷等静压成型的方法，提高了陶瓷产品的致密 度和组织结构的均匀性。但是由于一次成型时采用模压成型，模压成型对产品 的长度和长径比有一定的限制，所以采用此二次成型方法生产的产品不具有大 的尺寸和高的长径比，无法实现大尺寸陶瓷件的生产。除此之外，因为需要模 压成型设备的关系，提高设备投资，也增加了材料成本。出版号为US20090256285 A1的美国专利采用了一种类似直接凝固注模成型的二次成型工艺，即一次凝固 注模工艺，二次冷等静压成型。这种成型方法最大的优点是可获得近净成型的 产品，且产品的致密度高。但是此工艺中工序较多，且除泡工序需要在真空中 进行、干燥工序时对温度和湿度要求严格，所以此工艺投入较大，产品成本也 相当较高。

有关对冷等静压成型方法本身的通用性改进的文献和发明基本是空白。本 发明提出一种冷等静压成型方法的改进方法，适用于多种材料和形状的产品成 型，不增加设备投资，工艺直接简单。

发明内容

等静压机的造价非常昂贵，缸体的内径和高度决定了一个等静压机能制备的 陶瓷件尺寸大小，也是一个企业的在陶瓷件尺寸方面的瓶颈，因此如何利用现 有的等静压机制造尽可能大的陶瓷件具有切实的经济意义。本发明在不需增加 任何额外设备和模具投资的情况下，采用二次成型的方法，可以使成型的陶瓷 坯料最大尺寸增加10.0～12.0％。

氧化物陶瓷在物化造粒后形成的颗粒，在118MPa的成型压力下，经一次成 型后收缩率在23～25％之间。本发明将整个成型过程分成二次完成，第一次等静 压施加20～25MPa的压力，因粉体开始处于完全松散的状态，颗粒之间有较大的 空隙，将有较大的收缩率，粉体产生14～16％的收缩。此时物化造粒形成的颗粒 之间的间隙已完全消失，且颗粒产生一定程度的收缩变形，在造粒后粉体颗粒 中粘结剂的作用下紧密结合在一起。在已初步收缩成型的坯料表面以喷雾的方 法喷撒浓度为15.5％的聚乙烯醇，至表面微潮，但无液体在表面。在此基础上向 胶套内继续加入粉料，填满第一次成型过程中收缩形成的空间，再采用118MPa 正常压力进行二次等静压成型，这样压制的陶瓷坯料比只有一次等静压成型压 制的制品的尺寸大10.0～12.0％(如图3所示)，达到充分利用现有设备生产较大 尺寸产品的目的。第一次成型压力通过收缩率-压力曲线确定。为保证第一次和 第二次粉末之间好的结合度和成型后坯料均匀度和强度，对造粒后粉体的湿度、 颗粒度、颗粒形状以及所用粘结剂都有要求，且对不同氧化物陶瓷的要求有所 不同。

附图说明：

图1：实心陶瓷坯料一次等静压成型示意图

图2：空心陶瓷坯料一次等静压成型示意图

图3：实心陶瓷坯料二次等静压成型示意图

图4：高纯(99.8％)氧化铝物化造粒后粉体收缩率-压力曲线