家用的陶瓷碗是如何成型的

什么是特种陶瓷？特种陶瓷是具有高强、耐温、耐腐蚀特性或具有各种敏感特性的陶瓷材料，由于其制作工艺、化学组成、显微结构及特性不同于传统陶瓷，所以有特种陶瓷之称，又叫先进陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷、精细陶瓷等。那么，特种陶瓷成型工艺你了解多少呢？下面就具体给大家讲讲特种陶瓷成型工艺是什么吧。

什么是特种陶瓷

特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，如高强度、高硬度、高韧性、耐腐蚀、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、光电、电光、声光、磁光等。由于性能特殊，这类陶瓷可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，

投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。特种陶瓷在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。本世纪初特种陶瓷的国际市场规模预计将达到500亿美元，因此许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必定会占据十分重要的地位。

特种陶瓷成型工艺

一、成形方法与结合剂的选择

特种陶瓷成形方法有很多种，生产中应根据制品的形状选择成形方法，而不同的成形方法需选用的结合剂不同。常见陶瓷成形方法、结合剂种类及用量如下所示：

特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量成形方法 结合剂举例

千压法聚乙烯醇缩丁醛等 1~5；浇注法 丙烯基树脂类 1~3；挤压法 甲基纤维素等 5~15；注射法 聚丙烯等 10~25；等静压法 聚羧酸铵等 0~3

结合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂（具有分散剂和润滑功能）等，为满足成形需要，通常采用多种有机材料的组合。选择结合剂，要考虑以下因素：

1）结合剂能被粉料润湿是必要条件。当粉料的临界表面张力（yoc）或表面自由能（yos）比结合剂的表面张力（yoc）大时，才能很好地润湿。

2）好的结合剂易于被粉料充分润湿，且内聚力大。当结合剂被粉料润湿时，在相互分子间发生引力作用，结合剂与粉料间发生红结合（一次结合），同时，在结合剂分子内，由于取向、诱导、分散效果而产生内聚力（二次结合）。虽然水也能把杨料充分润湿，但水易挥发，分子量较小，内聚力小，不是好的结合剂。按各种有机材料内聚力大小顺序，用基表示可排列如下：

一CONH一>；－CONH2>；一COOH>；一OH>；－NO2>；－COOC2H5>；一COOCH5>；－CHO>=CO>；－CH3>= CH2>；－CH2

3）结合剂的分子量大小要适中。要想充分润湿，希望分子量小，但内聚力弱。随着分子量增大，结合能力增强。但当分子量过大时，围内聚力过大而不易被润湿，

且易使坯体产生变形。为了帮助分子内的链段运动，此时要适当加入增塑剂，在其容易润湿的同时，使结合剂更加柔软，便于成形。

4）为保证产品质量，还需要防止从结合剂、原材料和配制工序混人杂质，使产品产生有害的缺陷。

在原料配制中，用粉碎、混合等机械方法和结合剂、分散剂配合，达到分散，尽可能不含有凝聚粒子。结合剂受到种类及其分子量，粒子表面的性质和溶剂的溶解性等影响，吸附在原料粒子表面上，通过立体稳 定化效果，起到防止粉末原料凝聚的作用。在成形工序中，结合剂给原料以可塑性，具有保水功能，提高成形体强度和施工作业性。一般来说，结合剂由于妨碍陶瓷的烧结，应在脱脂工序通过加热使其分解挥发掉。因此，要选用能够易于飞散除去以及不含有害无机盐和金属离子的有机材料，才能确保产品质量。

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1、泥板成型法：泥板成型就是将泥块通过人工或压泥机滚压成泥板,然后用这些泥板来进行塑造。泥塑成型的特点是能够保持塑造的外在肌理和创作痕迹，造型也不用考虑翻模对造型的影响，比较随意，具有较强的原始艺术表现力，与雕塑有异曲同工之感。

2、拉坯成型法：拉坯是利用旋转的力量配合双手的动作,再拉坯机上将泥团拉成各种形状的成型方法。拉坯成型简单易学，造型丰富，是现代陶艺极为普遍的成型方法。它体现了作者对泥料性质、成型技法以及对艺术形态的掌握程度，是艺术设计能力的几种体现。

3、手捏(雕塑)成型法：手捏、雕塑成型法是制作陶艺最原始、最基本、最简单的方法之一,河南、河北地区瓷窑捏塑小玩具也惹人喜爱，以白釉黑釉者较多，如动物中的长脖子高头小羊、卷毛张口坐狮，形象生动有力而不觉夸张。

4、泥塑成型：利用泥塑的方法进行陶艺成型，由于整个造型是实心的，所以也叫做实泥成型。泥塑成型的特点是能够保持塑造的外在肌理和创作痕迹，造型也不用考虑翻模对造型的影响，比较随意，具有较强的原始艺术表现力，与雕塑有异曲同工之感。

5、陶艺：广泛讲是中国传统古老文化与现代艺术结合的艺术形式。从历史的发展可知，“陶瓷艺术”是一门综合艺术，经历了一个复杂而漫长的文化积淀历程。它与绘画、雕塑、设计、以及其他工艺美术等有着无法割舍的传承与比照关系。二十世纪八十年代中后期，随着西方现代艺术的介入，西方的“当代陶艺”观念对中国陶瓷艺术产生了广泛而深刻的影响，“陶艺”的概念也一度成为了陶瓷艺术界的新时尚。它所体现的仍然是一种东、西方文化的矛盾与碰撞。诸如“何谓陶艺”，“陶艺与陶瓷艺术的关系如何”等一系列看似不是问题的基本的问题，直到如今未能取得统一认识和标准。

手工捏塑法：

这个简单，农村的小伙伴们，小时候应该都玩过泥巴，将泥巴捏成不同的造型，自得其乐，这就是手工捏塑，只不过我们没有将泥巴烧成陶瓷而已。手工捏塑是指人们随心所欲的对泥巴进行创作，做出一些简单的小型器物。属于最原始的成型方法。

泥条盘筑法：

将陶泥搓成条状，从底部开始，一层层堆叠成器物的形状，再用泥浆粘合成一个整体的器物，磨平盘筑时的痕迹，新石器时代的很多陶器就是用这种方法制作的。

泥片围接法

将泥块拍打成为需要大小和厚度的泥片，然后再根据器型拼接在一起，最后得到所需要的形状。宜兴紫砂壶的传统工艺，即是这种成型方法。

轮制成型法（拉坯）

将泥料放在特制的轮盘上，利用轮盘转动所产生的离心力，使坯体成型的技法。这种方法主要用来做各种圆形器，有快轮和慢轮的区分。

印模法

将泥料压入特制的模具中成型，这种方法主要用来制作小动物，一些大型器物的零部件或者纹饰，或者陶瓷人俑等。

灌浆法

这是目前大多数日用瓷的成型方法，把泥制成泥浆，然后灌入事先设计好的石膏模型之中，石膏能够将泥浆中的悬浮物吸附于内壁，因此而最终成型。该成型方法成本低，适合批量生产，做出的陶瓷质量高，可以说，现在小老百姓能够用到精美的陶瓷碗盘，主要得益于这种成型技法。

陶瓷的可塑成型法

(1)旋压成型旋压成型是日用陶瓷的常用成型方法之一。它主要利用作旋转运动的石膏模与只能上下运动的样板刀来成型。

(2)滚压成型滚压成型是由旋压成型演变过来的，滚压与旋压不同之点是把扁平的样板刀改为回转型的滚压头。

(3)塑压成型塑压成型是20世纪70年代在美国日用陶瓷生产中开始使用的一种新型成方法。80年代后期国内瓷厂在唐山瓷区首先使用。此方法成型原理是利用液压机籽上下工作模中的可塑泥饼挤压成型，然后再对下工作模中通入压缩空气使其脱离下工作模，再将上下工作模分离，然后向上_T作模内进行充气使坯体脱离上工作模落入托板上，再进行干燥处理而获得半成品坯体。

影响塑压成型的因素很多，主要有：①塑压模的致密度。要求塑压模的强度商，致密度不能太高。②塑压模的透气性。要使模具具有所需的透气性。③模具的尺寸、形状和定位要严格控制。

旋压成型操作要求高制品变形率高(主要是由于旋压成形要求坯泥的含水量稍高(以求排泥阻力小些)、成型时，与样板刀接触的坯体表面不光滑，这就不得不在成型赶光阶段添加水分来赶光表面、成型的排泥是混乱的等造成的)，这些都造成旋压成形将逐渐退出历史的舞台。②滚压成型是当今大多数日用瓷厂都采用的成型方法，但石膏模消耗大，且叉由于石膏模质量问题，使素坯表面必须水修，影响产品质量，所以可发展多子L塑料模代替石膏模。③塑压成型的产品质量好，又可成型各种异形产品，是一种很有发展前景的成形技术，但塑压成型对模具的要求很高，所以我们要加大对模具的研究使塑压成型成为一种实用的成型技术。

我国制造瓷器的历史最早可以追溯到3000多年前的商代，陶和瓷虽然有许多不同，但两者是有机地联系在一起的。制瓷技术是在制陶技术不断发展的基础上发明的，瓷器虽用瓷土作胎，表面施玻璃质釉，经摄氏1200℃以上高温焙烧而成。但作为瓷器胎体的成型方法却与陶器基本相同，从最早的手工捏塑法、泥条盘筑法，发展到泥片围接法、轮制成型法、印模法、注浆法等。下面依次作简单的介绍。

1、手工捏塑法

人们用手随心所欲地对泥土进行创作，捏出一些较小的器物，这是最原始最简单的成型方法。

2、泥条盘筑法

将泥土搓成泥条，从器底起从下往上将泥条盘筑成器壁直至器口，再用泥浆胶合成全器，最后抹平器壁盘筑时留下的泥缝。此法出现在新石器时代中期。

3、泥片围接法

将原料泥块先加工成泥片，然后将泥片围接组合成需要的形状，如宜兴紫砂茶壶多用此法做成。

4、轮制成型法

将泥料放置于轮盘，利用轮盘转动产生的离心力而成型的方法。它主要用于圆体器型的制作，轮制有慢轮、快轮之分。

5、印模法

将泥料嵌入特制的模子中成型的方法。主要用于制作陶瓷俑、动物和器物部件、纹饰等。

6、注浆法

把泥料灌入石膏等模子中，利用石膏模型的毛细管作用力将悬浮的浆料吸附于模具内壁而成型的方法。注浆法大大提高了胎体的产量和质量，有利于陶瓷生产的发展。

特种陶瓷成形方法有很多种，生产中应根据制品的形状选择成形方法，而不同的成形方法需选用的结合剂不同。常见陶瓷成形方法、结合剂种类及用量如下

所示：

特种陶瓷成形方法、结合剂种类和用量

成形方法 结合剂举例 <；结合剂用量（质量%）

千压法聚乙烯醇缩丁醛等 1~5

浇注法 丙烯基树脂类 1~3

挤压法 甲基纤维素等 5~15

注射法 聚丙烯等 10~25

等静压法 聚羧酸铵等 0~3

结合剂可分为润滑剂、增塑剂、分散剂、表面活性剂（具有分散剂和润滑功能）等，为满足成形需要，通常采用多种有机材料的组合。选择结合剂，要考虑以下因素：

1）结合剂能被粉料润湿是必要条件。当粉料的临界表面张力（yoc）或表面自由能（yos）比结合剂的表面张力（yoc）大时，才能很好地润湿。

2）好的结合剂易于被粉料充分润湿，且内聚力大。当结合剂被粉料润湿时，在相互分子间发生引力作用，结合剂与粉料间发生红结合（一次结合），同时，在结合剂分子内，由于取向、诱导、分散效果而产生内聚力（二次结合）。虽然水也能把杨料充分润湿，但水易挥发，分子量较小，内聚力小，不是好的结合剂。按各种有机材料内聚力大小顺序，用基表示可排列如下：

一CONH一>；－CONH2>；一COOH>；一OH>；－NO2>；－COOC2H5>；一COOCH5>；－CHO>=CO>；－CH3>= CH2>；－CH2

3）结合剂的分子量大小要适中。要想充分润湿，希望分子量小，但内聚力弱。随着分子量增大，结合能力增强。但当分子量过大时，围内聚力过大而不易被润湿，且易使坯体产生变形。为了帮助分子内的链段运动，此时要适当加入增塑剂，在其容易润湿的同时，使结合剂更加柔软，便于成形。

4）为保证产品质量，还需要防止从结合剂、原材料和配制工序混人杂质，使产品产生有害的缺陷。

在原料配制中，用粉碎、混合等机械方法和结合剂、分散剂配合，达到分散，尽可能不含有凝聚粒子。结合剂受到种类及其分子量，粒子表面的性质和溶剂的溶解性等影响，吸附在原料粒子表面上，通过立体稳 定化效果，起到防止粉末原料凝聚的作用。在成形工序中，结合剂给原料以可塑性，具有保水功能，提高成形体强度和施工作业性。一般来说，结合剂由于妨碍陶瓷的烧结，应在脱脂工序通过加热使其分解挥发掉。因此，要选用能够易于飞散除去以及不含有害无机盐和金属离子的有机材料，才能确保产品质量。 氮化硅等特种陶瓷材料具有高强度、高耐磨性、低密度（轻量化）、耐热性、耐腐蚀性等优良性能，适用于制造涡轮加料机叶轮、摇臂式烧嘴、辅助燃烧室等汽车用陶瓷部件。这些部件要求复杂的形状、高精度尺寸和高可靠性。不允许有内在缺陷（裂纹、气孔、异物等）和表面缺陷。

能满足这些质量要求的成形技术之一，就是陶瓷注射成形法。陶瓷注射成型技术来源于高分子材料的注塑成型，借助高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性来进行成型的，成型之后再把高聚物脱除。比传统的陶瓷加工工艺要简单的多，能制造出各种复杂形状的高精度陶瓷零部件，且易于规模化和自动化生产。

由清华大学材料科学与工程系杨金龙教授发明的CiM（陶瓷胶态注射成型方法及装置）技术在国内该领域中处于领先水平。

陶瓷的注射成型技术有着诸多优点，用它制备复杂形状的陶瓷元件，不仅产品尺寸精度高、表面条件好，而且省去了后加工操作，降低了生产成本，缩短了生产周期，还具有自动化程度高、适合于大规模生产的特点。该工艺一般包括下列步骤：陶瓷粉的选取、粘结剂的选取、陶瓷粉与粘结剂的均匀混合、注射成型、脱脂、烧结。其中脱脂是关键。

起初的陶瓷成型注射技术是将大量的高分子树脂与陶瓷粉体混练在一起后得到混合料，然后装入注射机于一定温度注入模具，迅速冷凝后脱模而制成坯体。该技术适合制备湿坯强度大，尺寸精度高，机械加工量少，坯体均一的产品，适于大规模生产。对形状复杂、厚度较薄产品的制备有着明显的优越性。但是由于含有大量的高分子粘结剂，使陶瓷坯体的脱脂成为不可逾越难题，并且有毛坯易变形，容易形成气孔等缺点。

粘结剂能使粉末填充成预期形状，它对整个工艺有重要的影响。理想的粘结剂应该具有以下特点：

1）在成型温度下纯粘结剂的粘度在1Pa·s以下，流动时不发生与粉体的分离，冷却后有足够的强度和硬度；

2）为惰性物质，与粉体不发生反应；

3）在成型和混合温度以上才分解，分解的产物无毒、无腐蚀性且残余灰分少；

4）膨胀系数低，由热膨胀或结晶引起的残余应力低；

5）符合环保要求，价廉、安全、不吸湿、无易挥发组分，贮藏寿命长。

使用的大多数粘结剂可分为3类：蜡基或油基粘结剂、水基粘结剂和固体聚合物溶液。蜡基粘结剂通常含3-4个组分，聚合物控制着流动粘度、生品（烧结前的坯体）强度和脱脂的特征。短分子链的成型性能好且可使成型元件中的定向作用减至最小。蜡或油是主填充剂，在脱脂的初期被除去。表面活性剂用于改善粉末与粘结剂的相容性。增塑剂用来调节聚合物的流动特性。水基粘结剂含有水溶性聚合物、凝胶或水玻璃。这类粘结剂通常采用低压成型以避免粉末与粘结剂的分离和减少模具磨损及残余应力。由于水易于除去，这使得制造较厚的元件成为可能。粘结剂溶液的凝固或胶凝使生品具有了强度。在烧结前，水从生品中蒸发或升华出去，使变形降至最低程度。新型的、采用聚苯乙烯的固体聚合物溶液的粘结剂配方已经被采用以避免变形。主填充剂用溶液浸渍法除去。由于聚苯乙烯的骨架结构没法被削弱，所以避免了生品的变形。主填充剂是一种小的有机物分子，它既有苯环又有极性集团。苯环使它在混合时可溶于聚苯乙烯，极性集团则使它在脱脂时可溶于水或醇等溶剂中。

常见的粘结剂有聚丙烯（PP）、无规则聚丙烯（APP）、聚乙烯（PE）、乙烯一醋酸乙烯共聚体（EVA）、聚苯乙烯（PS）、丙烯酸系树脂等。其中PE具有优异的成形性；EVA与其他树脂的相溶性好，流动性、成形性也好；APP具有与其他树脂相溶性好、富于流动性和脱脂性的特征；PS流动性好。助剂有蜡石石蜡、微晶石蜡、变性石蜡、天然石蜡、硬脂酸、配合剂等。成形材料的流动性可以使用高式流动点测定器和熔化分度器进行评价。当脱脂具有结合剂的含量多 时，则脱脂性有降低的倾向，助剂的石蜡多者，脱脂性好。如果有机材料在特定的温度区域不能全部飞散掉，就会影响陶瓷的烧结，因此，需要考虑热分解特性，加以选择。 堇青石由于具有耐热性、耐腐蚀性、多孔质性、低热膨胀性等优良材料特性，所以广泛用作汽车尾气净化催化剂用载体。堇青石蜂窝状物利用原料粒子的取向，产生出蜂窝状结构体的低热膨胀，可用挤压成形法来制造。

根据堇青石分子组成（2MgO·2Al2O3·5SiO2），原料可选用滑石、高岭土和氧化铝。成形用坯土从口盖里面的供给孔进入口盖内，经过细分后，向薄壁扩展，再结合，由此求得延伸性和结合性好的质量。另外，作为挤压成形后的蜂窝状体，为了保持形状，坯土的屈服值高者好，也就是说，选择结合剂应使坯土的流动性和自守性两个性能达到最佳化。

原料粉末、结合剂、助剂（润滑剂、界面活性剂等）及水经机械混练后，用螺杆挤压机连续式挤压或用油压柱塞式挤压机挤压成形。一般来说，挤压成形使用的结合剂只要用低浓度水溶液，便可显示出高粘性的结合性能。常用的有甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、聚氧乙烯（PEO）、聚乙烯醇（PVA）、羟乙基纤维素（HEC）等。MC能很好溶于水中，当加热时很快胶化。CMC能很好溶于水中，分散性、稳定性也高。PVA 广泛地用于各种成形。润滑剂可减少粉体间的摩擦，界面活性剂可提高原料粉末与水的润湿性。

缺乏可塑性，具有膨胀特性的坯土使挤压不够光滑，表面缺陷增加。因此，对结合剂的性能应有评价指标。评价还土的可塑性方法，有施加扭曲、压缩、拉伸等应力，求出应力与变形之间的关系，用毛细管流变计的方法、粘弹性的方法等。用这种方法可以评价坯土的自守性和流动性。在用粘弹性的方法评价时，可得出结合剂配合量增加到一定程度时，自守性和流动性均会增加的结果。也就是说，结合剂配合量的增加有助于原料的可塑性增加。

有机材料是特种陶瓷的主要结合剂，合理选用这些有机材料是保证产品质量的关键。在生产中，应根据粉料的特性、制品的形状、成形方法综合进行选择。

　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。

特种陶瓷的主要成型方法可分为：

① 压力成型方法，如干压成型、冷等静压成型、干袋式 等静压成型等。

② 可塑成型方法，如可塑毛坯挤压、轧膜成型等。

③ 浆料成型方法，如料浆浇注、离心浇注、流延成型、 热压铸等。

④ 注射成型。

⑤ 其他成型方法。如压滤法、固体自由成型制备技术、 直接凝固注模成型、温度诱导成型、电泳沉积成型等。

流延成型，（Tape Casting)，又称带式浇注，刮刀法。

定义及原理：一种陶瓷制品的成型方法，首先把粉碎好的粉料与有机塑化剂溶液按适当配比混合制成具有一定黏度的料浆，料浆从容器同流下，被刮刀以一定厚度刮压涂敷在专用基带上，经干燥、固化后从上剥下成为生坯带的薄膜，然后根据成品的尺寸和形状需要对生坯带作冲切、层合等加工处理，制成待烧结的毛坯成品。