陶瓷片干压有裂纹还可以冷等静压吗
近年来,随着科技的进步和经济的飞速发展,资源在不断减少,有的甚至接近了枯竭的边缘,所以需要不断探求新材料,以满足可持续发展的要求。新型结构陶瓷材料氮为典型的耐高温、高硬度及高耐蚀材料〔1〕,如碳化硅、化硅等。在特种陶瓷制品生产过程中,成形是塑造制品形体的手段。用户对陶瓷制品的性能和质量要求各异,这就使陶瓷制品的形状、大小、厚薄等不同,因此,成形方法是多种多样的。特种陶瓷的成形方法有多种,如注浆成形法(坯料含水量或含调和剂量<38%)、可塑成形法(坯料含水量或含调和剂量<26%)、压制成形法(坯料含水量或含调和剂量<3%)等。压制成形可分为干压成形(粉料含水量为3%~7%)和等静压成形(粉料含水量为3%以下),多用于圆形、片状、简单不规则形状部件的生产。
干压成形时,由于压力分布不均匀而造成素坯内部密度分布不一致,从而影响制品的各种性能。为了提高素坯的密度,在实际生产中,常采用不断增大压力的方法。压力增大,无疑会提高素坯的密度,但并不是压力越大越好,当超过极限压力时,压力反而会使素坯密度下降,其原因是由于层裂引起的。本文针对这一问题,探讨了新的—干压结合冷等静压的成形方法,研究了其压制方法——
对陶瓷力学性能的影响。
2.2粉料检测2.2.1粒度
粉料粒度检测采用美国Honeywell公司的Micro-
tracX-100激光粒度仪。被测SiC粉料的粒径为D50=0.693um,绝大部分粉料粒径<2um。由此得出该粉料属
亚微米级范畴,且颗粒级配适当。
2.2.2松装密度及流动性
取一定量的粉料,采用北京钢铁研究总院生产的流动性及松装密度检测仪,
测得粉体松装密度为
0.91g/cm3,流动性为16.35s/30g。2.2.3显微分析
由图1SiC原始粉末的SEM照片看出粉料颗粒细小,级配较好,但还有少量团聚现象存在。经喷雾造粒后的粉料综合性能得到了明显改善,其SEM照片如图2所示。
2实验
图1
2.1粉料选择
SiC原始粉末的SEM图
6
FOSHANCERAMICS
Vol.17No.11(SerialNo.132)
室温800℃(脱胶)!2150℃(保温
30min,烧成)
图3
烧结工艺流程图
3试验结果讨论
根据所测坯体的素坯密度、烧后密度与其抗弯强度
测量数值,分析比较各种组合下的综合性能,找出最优
图2
喷雾造粒后SiC粉末的SEM图
组合。
2.3试验方法
干压成形操作方法方便简洁,技术、资金投入少,但因其有压制制品形状简单、压制受力不均、易变形等多种缺点,所以一般与其他成形方法结合使用〔2〕。冷等静压成形的坯体强度大、密度高而均匀,可以成形长径比大、形状复杂的零件,尤其可以实现坯体近、净尺寸成形,在改善产品性能,减少原料消耗,降低成本等方面,都具有显著的优点〔3〕。结合上述两种成形方法的优点,本实验采用干压结合冷等静压的成形方法。取一定量的粉料,将其装入金属模具中预压制成50mm×50mm×10mm的方块,分别记为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#,其中
温度不同。冷等静压和热等静压是使物料经受等静压的工艺技术,两种技术所处的温度环境是有很大差异的,不同的温度所适合的介质材料也会不同,因此采用的压力传递介质会不同。等静压是将造粒瓷料加入到模具中,模具材质一般为具有一定弹性的塑料或橡胶,在等静压机中对模具施以各向均匀的数十至数百兆帕的压力,使模具中造粒瓷料压实成型。
真空热压--真空热压法是利用热能和机械能使陶瓷材料致密化的工艺,可生产密度为91%~96%的高密度ITO陶瓷靶材.过程如下:加热模具,加入样品,将模型固定在加热板上(控制熔化温度和时间),然后将样品熔化、硬化、冷却,最后就可以取出成品了出去.
热等静压--热等静压 (HIP)可以认为是加压烧结或高温压制.与传统的无压烧结相比,热等静压法可以在较低的温度下(一般为材料熔点的0.5~0.7倍左右)使材料完全致密.它可以很好地控制结构,抑制晶粒长大并获得均匀、各向同性的结构.热等静压制备ITO靶材的过程如下.首先,将ITO固溶体粉末在一定的还原气氛(如H2、N2和H2的混合物)和300~500℃的温度下进行部分还原.然后,通过模塑或冷等静压将还原的粉末压制成预制件.预制件被放置在不锈钢容器中,它们之间有绝缘材料.然后将容器抽真空并密封.最后,将容器放入800~1050℃、50~200MPa的热等静压炉中2~6小时,制备ITO靶材.
常温烧结--室温烧结是1990年代初期发展起来的一种靶材制备方法.它采用预压法(或浆液浇注法)制备高密度靶材预制件,然后在一定气氛和温度下烧结.常压烧结法的主要工艺过程是:将In2O3粉体(具有一定振实密度)与SnO2粉体混合,制备成泥浆浇铸用的料浆.然后在300~500℃的温度下进行长时间的脱水脱脂处理,最后在纯氧或空气气氛下,在1个大气压以上的压力下进行烧结,烧结温度为1450 至 1550 °C.
冷等静压--冷等静压(CIP)在常温下以橡胶或塑料为覆盖模具材料,以液体为压力介质传递超高压.在低压氧气氛的保护下,将ITO粉体通过冷等静压压制成大型陶瓷预制棒,然后在0.1~0.9 MPa的纯氧环境中,在1500~1600℃的高温下烧结.这种方法理论上可以生产出密度为95%的陶瓷靶材.
1、配方为:石英、粘土、钠长石、钾长石、滑石、硅酸锆、煅烧粘土、硅灰石、氧化铁、工业氧化锰、氧化铬和羧甲基纤维素钠。
2、一种制备权利要求所述的一种电工陶瓷用等静压釉料的方法,其特征在于,首先按照重量百分比组成称取原料,加入至球磨机内进行球磨,控制球磨后的颗粒粒径小于10μm,球磨后所得的釉浆中水份含量为28到32%,最后将釉浆过200目筛。
等静压工作原理为帕斯卡定律:“在密闭容器内的介质(液体或气体)压强,可以向各个方向均等地传递。” 等静压技术已有70多年的历史,初期主要应用于粉末冶金的粉体成型;近20年来,等静压技术已广泛应用于陶瓷铸造、原子能、工具制造、塑料、超高压食品灭菌和石墨、陶瓷、永磁体、高压电磁瓷瓶、生物药物制备、食品保鲜、高性能材料、军工等领域。 冷等静压技术,(Cold Isostatic Pressing,简称CIP)
是在常温下,通常用橡胶或塑料作包套模具材料,以液体为压力介质 主要用于粉体材料成型,为进一步烧结,煅造或热等静压工序提供坯体。一般使用压力为100~ 630MPa。 热等静压技术(hot isostatic pressing,简称HIP)
HIP ,是一种在高温和高压同时作用下,使物料经受等静压的工艺技术,它不仅用于粉末体的固结.传统粉末冶金工艺成型与烧结两步作业一并完成,而且还用于工件的扩散粘结,铸件缺陷的消除,复杂形状零件的制作等。在热等静压中,一般采用氩、氨等惰性气体作压力传递介质,包套材料通常用金属或玻璃。工作温度一般为1000~2200℃ ,工作压力常为100~200MPa。 等静压技术作为一种成型工艺,与常规成型技术相比,具有以下特点:a.等静压成型的制品密度高,一般要比单向和双向模压成型高5 ~l5 。热等静压制品相对密度可达99 8%~99.09% 。
b.压坯的密度均匀一致。在模压成型中,无论是单向、还是双向压制,都会出现压坯密度分布不均现象。这种密度的变化在压制复杂形状制品时,往往可达到10% 以上。这是由于粉料与钢模之间的摩擦阻力造成的。等静压流体介质传递压力,在各方向上相等。包套与粉料受压缩大体一致,粉料与包套无相对运动,它们之间的摩擦阻力很少,压力只有轻微地下降,这种密度下降梯度一般只有1% 以下,因此,可认为坯体密度是均匀的。
c-因为密度均匀.所以制作长径比可不受限制,这就有利于生产棒状、管状细而长的产品。
d.等静压成型工艺,一般不需要在粉料中添加润滑剂,这样既减少了对制品的污染,又简化了制造工序。
e.等静压成型的制品,性能优异,生产周期短,应用范围广。等静压成型工艺的缺点是,工艺效率较
低,设备昴贵。本文着重介绍冷等静压技术的应用,以及冷等静压设备的一些情况。
将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在1μm以下,若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在99.99%外,还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时,粉料中需引入粘结剂与可塑剂,一般为重量比在10-30%的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在150-200温度下均匀混合,以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型,对粉体有特别的工艺要求,需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状,以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外,为减少粉料与模壁的摩擦,还需添加1~2%的润滑剂,如硬脂酸,及粘结剂PVA。
欲干压成型时需对粉体喷雾造粒,其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Al203喷雾造粒的粘结剂,在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散,流动角摩擦温度小于30℃。颗粒级配比理想等条件,以获得较大素坯密度。 氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。
摘其常用成型介绍:
1、干压成型:氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过1mm,长度与直径之比不大于4∶1的物件。成型方法有单轴向或双向。压机有液压式、机械式两种,可呈半自动或全自动成型方式。压机最大压力为200Mpa。产量每分钟可达15~50件。由于液压式压机冲程压力均匀,故在粉料充填有差异时压制件高度不同。而机械式压机施加压力大小因粉体充填多少而变化,易导致烧结后尺寸收缩产生差异,影响产品质量。因此干压过程中粉体颗粒均匀分布对模具充填非常重要。充填量准确与否对制造的氧化铝陶瓷零件尺寸精度控制影响很大。粉体颗粒以大于60μm、介于60~200目之间可获最大自由流动效果,取得最好压力成型效果。
2、注浆成型法:注浆成型是氧化铝陶瓷使用最早的成型方法。由于采用石膏模、成本低且易于成型大尺寸、外形复杂的部件。注浆成型的关键是氧化铝浆料的制备。通常以水为熔剂介质,再加入解胶剂与粘结剂,充分研磨之后排气,然后倒注入石膏模内。由于石膏模毛细管对水分的吸附,浆料遂固化在模内。空心注浆时,在模壁吸附浆料达要求厚度时,还需将多余浆料倒出。为减少坯体收缩量、应尽量使用高浓度浆料。
氧化铝陶瓷浆料中还需加入有机添加剂以使料浆颗粒表面形成双电层使料浆稳定悬浮不沉淀。此外还需加入乙烯醇、甲基纤维素、海藻酸胺等粘结剂及聚丙烯胺、阿拉伯树胶等分散剂,目的均在于使浆料适宜注浆成型操作。
但是陶瓷粉末的硬度略低于玻璃的硬度,而且其脆性与玻璃相似,所以成型后再精修有较大的难度,而且也不能达到烧结后釉层的表面粗糙度,这样就失去了等静压的优点。
所以,用等静压方法直接压出陶瓷齿轮可行。
陶瓷:用陶土烧制的器皿叫陶器,用瓷土烧制的器皿叫瓷器。陶瓷则是陶器,炻器和瓷器的总称。凡是用陶土和瓷土这两种不同性质的粘土为原料,经过配料、成型、干燥、焙烧等工艺流程制成的器物都可以叫陶瓷。
球阀(ball valve ),标准GB/T21465-2008《阀门术语》中定义为:启闭件(球体)由阀杆带动,并绕球阀轴线作旋转运动的阀门。亦可用于流体的调节与控制,其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力,特别适用于含纤维、微小固体颗料等的介质。而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、及流向的切换,同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。本类阀门在管道中一般应当水平安装。球阀按照驱动方式分为:气动球阀,电动球阀,手动球阀。
陶瓷靶材制备一种全新的陶瓷靶材制备工艺。
提供一种[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96M0.04O3陶瓷靶材的制备方法,其中M为Hf、Zr和Sn中的一种;具体步骤为:
(1)烘料:称量前将起始原料Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2、La2O3、MO2置于烘箱中烘料3~6小时,烘料温度为100~120℃;
(2)配料:将步骤(1)烘干的原料按照[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96M0.04O3相应的化学计量比称量;
(3)球磨:将步骤(2)称量好的原料置于以酒精为介质、氧化锆球为磨球的尼龙罐中进行混料,混料时间为4~12小时,制成均匀浆料;
(4)干燥:将步骤(3)制得的均匀浆料烘干;
(5)煅烧:将步骤(4)烘干的粉料过筛并轻压成块状坯体置于马弗炉中,在800~950℃煅烧4~8小时,制成煅烧粉料;
(6)球磨:将步骤(5)煅烧后的粉料研磨成细粉,再次球磨、烘干得到陶瓷粉料;
(7)制坯:将步骤(6)制成的陶瓷粉料采用钢模手压成直径5~20mm、厚度约0.5~1.2mm的样片,将样片放入冷等静压机中,施加200~350MPa的压力,保压60~180s,制得[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96M0.04O3陶瓷坯体,其中M为Hf、Zr和Sn中的一种;
(8)烧结:将步骤(7)制成的陶瓷坯体置于马弗炉中,在1100~1200℃烧结4~6小时;
(9)冷却:自然冷却至室温,即制得[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96M0.04O3陶瓷靶材。
进一步,步骤(1)中所述的起始原料的重量份数配比为:Bi2O3:40~50份,Na2CO3:5~15份,BaCO3:4~7份,TiO2:30~35份,La2O3:1~2份,MO2:1~3份。
进一步,步骤(5)中所述的煅烧温度为900℃。
进一步,步骤(5)中所述的煅烧时间为6小时。
进一步,步骤(8)中所述的烧结时间为5小时。
实施例1
(1)烘料:称量前将起始原料Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2、La2O3、HfO2置于烘箱中烘料3小时,烘料温度为120℃。
(2)配料:步骤(1)烘干的原料按照[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96Hf0.04O3相应的化学计量比称量。
(3)球磨:将步骤(2)称量好的原料置于以酒精为介质、氧化锆球为磨球的尼龙罐中进行混料,混料时间为8小时,制成均匀浆料。
(4)干燥:将步骤(3)制得的均匀浆料烘干。
(5)煅烧:将步骤(4)烘干的粉料过筛并轻压成块状坯体,在800℃煅烧4小时,制成煅烧粉料。
(6)球磨:将步骤(5)煅烧后的粉料研磨成细粉,再次球磨、烘干得到陶瓷粉料。
(7)制坯:将步骤(6)制成的陶瓷粉料采用钢模手压成直径12mm、厚度约0.5mm的样片,将样片放入冷等静压机中,施加200MPa的压力,保压120s,制得[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96Hf0.04O3陶瓷坯体。
(8)烧结:将步骤(7)制成的陶瓷坯体置于马弗炉中,在1100摄氏度烧结5小时。
(9)冷却:自然冷却至室温,即制得[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96Hf0.04O3陶瓷靶材。
实施例2
(1)烘料:称量前将起始原料Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2、La2O3、ZrO2置于烘箱中烘料4小时,烘料温度为110℃。
(2)配料:步骤(1)烘干的原料按照[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96Zr0.04O3相应的化学计量比称量。
(3)球磨:将步骤(2)称量好的原料置于以酒精为介质、氧化锆球为磨球的尼龙罐中进行混料,混料时间为4小时,制成均匀浆料。
(4)干燥:将步骤(3)制得的均匀浆料烘干。
(5)煅烧:将步骤(4)烘干的粉料过筛并轻压成块状坯体,在900℃煅烧6小时,制成煅烧粉料。
(6)球磨:将步骤(5)煅烧后的粉料研磨成细粉,再次球磨、烘干得到陶瓷粉料。
(7)制坯:将步骤(6)制成的陶瓷粉料采用钢模手压成直径10mm、厚度约1mm的样片,将样片放入冷等静压机中,施加300MPa的压力,保压60s,制得[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96Zr0.04O3陶瓷坯体。
(8)烧结:将步骤(7)制成的陶瓷坯体置于马弗炉中,在1150摄氏度烧结6小时。
(9)冷却:自然冷却至室温,即制得[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96Zr0.04O3陶瓷靶材。
实施例3
(1)烘料:称量前将起始原料Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2、La2O3、SnO2置于烘箱中烘料6小时,烘料温度为100℃。
(2)配料:步骤(1)烘干的原料按照[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96Sn0.04O3相应的化学计量比称量。
(3)球磨:将步骤(2)称量好的原料置于以酒精为介质、氧化锆球为磨球的尼龙罐中进行混料,混料时间为12小时,制成均匀浆料。
(4)干燥:将步骤(3)制得的均匀浆料烘干。
(5)煅烧:将步骤(4)烘干的粉料过筛并轻压成块状坯体,在950℃煅烧8小时,制成煅烧粉料。
(6)球磨:将步骤(5)煅烧后的粉料研磨成细粉,再次球磨、烘干得到陶瓷粉料。
(7)制坯:将步骤(6)制成的陶瓷粉料采用钢模手压成直径20mm、厚度约1.2mm的样片,将样片放入冷等静压机中,施加350MPa的压力,保压180s,制得[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96Sn0.04O3陶瓷坯体。
(8)烧结:将步骤(7)制成的陶瓷坯体置于马弗炉中,在1200摄氏度烧结4小时。
(9)冷却:自然冷却至室温,即制得[(Bi1/2Na1/2)0.9118Ba0.0582La0.02]Ti0.96Sn0.04O3陶瓷靶材。