蜂窝陶瓷工艺 科技改变生活
随着生活水平的提高，家用汽车数量越来越多。大家还记得曾经每每走到车水马龙的大街上，就会看到一股股浅蓝色的烟气从一辆辆汽车车尾部喷出，这种尾气不仅严重影响了环境，而且让人头昏眼花、恶心，对人体健康产生了极大的危害。后来，为了净化汽车尾气，一种科技横空出世，那就是蜂窝陶瓷工艺，是一种结构似蜂窝形状的新型陶瓷产品。
汽车尾部装上一个蜂窝陶瓷，那么排放到空气中的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等有害气体就可以大大减少。蜂窝陶瓷工艺从最早使用在小型汽车尾气净化到今天已经广泛应用在化工、电力、冶金、石油、电子电器、机械等工业中，而且越来越广泛，发展前景相当可观。
蜂窝陶瓷的制作工艺大体上分为挤压、热压铸、注浆及注凝成型。其中挤压和热压铸方法生活量更大、使用更广泛。目前我们公司生产的是挤压成型出品。
挤压成型
挤压成型是通过模具将可塑性料挤压成型，微波干燥并烧制成多孔陶瓷的方法。形成的孔通常是2-6mm大，小至微米级，常见的孔型有四边形、六边形、三角形等。
制作工艺流程主要包括六步骤，分别是原料合成、混合练泥、陈腐、挤压成型、干燥、烧成。
制作蜂窝陶瓷的原料主要有堇青石(致密堇青石)、莫来石、堇青石-莫来石、刚玉、刚玉莫来石、高铝、碳化硅、氮化硅等。中源瓷业目前制作较多的是前六种。
热压铸成型
热压铸成型，则是在陶瓷泥浆中加入石蜡、油酸、硬脂酸和蜂蜡等表面活性剂的方法，在一定温度下流体化配料，再用压缩空气将料浆压入模具中，在室温下有机物硬化后成型(有机物在高温烧结时被烧掉。目前比较常用、生产效率较高、质量较好的生产方法。工艺流程稍微复杂一些，包括无机混合料、混合球磨、有机物融化、高温混合搅拌、降温、热压铸成型、烧成、吹风清理、拣选加工、成品。烧成过程采用慢升温，特别是在低温排蜡除去有机物阶段，窑内温度要均匀，以减少因有机物的大量迅速排除及温度不均匀产生开裂等缺陷。烧成设备可用电热隧道窑及燃油燃气梭式窑。烧成时应注意码坯方法，才能保证成品率及烧成质量。
蜂窝陶瓷工艺作为一种功能性材料越来越受到人们的青睐，在这小编想说，因为人们受不了汽车的尾气污染，从而发现并推广运用了蜂窝陶瓷技术，正是人民大众的需求，推动了科技的不断进步。相信在不久的将来，更多类似蜂窝陶瓷这样的技术会被大量运用到我们的生活中，解决我们当前面临的问题，改善我们的生活环境，提高我们的生活水平。
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。
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。
模具挤出成型工艺是工业生产领域最常见的蜂窝陶瓷成型工艺。由于蜂窝结构是通孔材料，孔径较大，便于脱模。于是我们可以利用所需尺寸以及形状来制备所需要的模具，利用模具来制备蜂窝陶瓷。一般的实验流程如下：
主原料合成→混练→陈腐→挤压成型→干燥→烧结→成品
浸渍烧结法也是一种比较常见的陶瓷蜂窝结构制备方法。它是先将0.1mm左右厚度的铝合金箔或其他金属箔先滚压成锯齿状，然后用粘结剂使其粘成蜂窝状通孔。然后将其浸入所需陶瓷浆料，在进行干燥，烧结成型。
（原材料）浸入→（陶瓷浆料）干燥→（浸渍后块体）烧结→成品
氧化铝粉体制备
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。
氧化铝陶瓷成型方法
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。
举抛光砖为例，简单流程：原料（粘土和沙石）粉碎——筛选——配比粉料——在模具中压机施压成型、干燥——1350摄氏度窑炉中烧制——冷却——抛光磨边倒角——表面处理——质检——打包
兆邦1018瓷砖是广东顺成陶瓷企业旗下品牌，多年来一直专注全抛釉、大理石瓷砖、通体大理石瓷砖、瓷抛砖、负离子瓷砖、瓷质抛光砖和高级釉面内墙砖的生产及销售。公司现有三大现代化建陶生产基地，总占地面积3500亩，拥有意大利SACMI7200吨压机、3D智控喷墨打印机、KEDA全自动抛光机、KEDA全自动打包机和冷静化煤气等先进环保型陶瓷生产设备，年产量逾亿平方米。兆邦1018瓷砖全面通过ISO9001和ISO14001国际质量环境管理体系认证、国家强制性3C认证、采用国际标准产品认证、全国用户满意产品、中国环保产品认证、中国陶瓷行业名牌产品等荣誉。
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。
特种陶瓷又称精细陶瓷，按其应用功能分类，大体可分为高强度、耐高温和复合结构陶瓷及电工电子功能陶瓷两大类,在陶瓷坯料中加入特别配方的无机材料，经过1360度左右高温烧结成型，从而获得稳定可靠的防静电性能，成为一种新型特种陶瓷，通常具有一种或多种功能。如：电、磁、光、热、声、化学、生物等功能，以及耦合功能。如压电、热电、电光、声光、磁光等功能。
特种陶瓷的分类
特种陶瓷是二十世纪发展起来的，在现代化生产和科学技术的推动和培育下，它们"繁殖"得非常快，尤其在近二、三十年，新品种层出不穷，令人眼花缭乱。按照化学组成划分有：
①氧化物陶瓷：氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、氧化钛、氧化钍、氧化铀等。
②氮化物陶瓷：氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。
③碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化铀等。
④硼化物陶瓷：硼化锆、硼化镧等。
⑤硅化物陶瓷：硅化钼等。
⑥氟化物陶瓷：氟化镁、氟化钙、氟化镧等。
硫化物陶瓷：硫化锌、硫化铈等。还有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等。
除了主要由一种化合物构成的单相陶瓷外，还有由两种或两种以上的化合物构成的复合陶瓷。例如，由氧化铝和氧化镁结合而成的镁铝尖晶石陶瓷，由氮化硅和氧化铝结合而成的氧氮化硅铝陶瓷，由氧化铬、氧化镧和氧化钙结合而成的铬酸镧钙陶瓷，由氧化锆、氧化钛、氧化铅、氧化镧结合而成的锆钛酸铅镧（PLZT）陶瓷等等。此外，有一大类在陶瓷中添加了金属而生成的金属陶瓷，例如氧化物基金属陶瓷，碳化物基金属陶瓷，硼化物基金属陶瓷等，也是现代陶瓷中的重要品种上。近年来，为了改善陶瓷的脆性，在陶瓷基体中添加了金属纤维和无机纤维，这样构成的纤维补强陶瓷复合材料，是陶瓷家族中最年轻但却是最有发展前途的一个分支。
人们为了生产、研究和学习上的方便，有时不按化学组成，而根据陶瓷的性能，把它们分为高强度陶瓷，高温陶瓷，高韧性陶瓷，铁电陶瓷，压电陶瓷，电解质陶瓷，半导体陶瓷，电介质陶瓷，光学陶瓷（即透明陶瓷），磁性瓷，耐酸陶瓷和生物陶瓷等等。
随着科学技术的发展，人们可以预期现代陶瓷将会更快地发展，产生更多更新的品种。
特种陶瓷的制作工艺
1、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 <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：
l）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。
2、陶瓷注射成形和成形用结合剂
氮化硅由于具有高强度、高耐磨性、低密度（轻量化）、耐热化、耐腐蚀性等优良性能，所以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。
满足这些质量要求的成形技术之一，有陶瓷注射成形法（高压）。其工艺流程如下：
成形工艺中，不能产生由成形材料的流动性、金属模型温度等引起的沟线和由成形条件引起的穴孔等缺陷；在脱脂工艺中，不使其产生由有机材料组成和热分解速度引起的脱脂裂纹。有机材料的选定也得满足这些质量要求。
一般来说，陶瓷注射成形使用的有机材料由结合剂、助剂、可塑剂构成，结合剂可使用聚丙烯（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。
陶瓷注射成形使用的有机材料应选择使得成形材料的流动性和成形体的脱脂性两个特性达到最佳化。
3、陶瓷挤压成形和成形用结合剂
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磨擦，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。
干压成型就是用粉料水分接近零的制成粉料进行压型；半干压成型所用的制成粉料中要求含有一定水分，生产中一般5—7%。
