干袋法等靜壓機(jī)的工作介質(zhì)參數(shù)對(duì)異型陶瓷素坯管強(qiáng)度影響的剖析

李伯林

（沈陽市友林技術(shù)開發(fā)服務(wù)公司，遼寧沈陽110000）

0前言

自從上個(gè)世紀(jì)八十年代廣泛使用干袋法等靜壓機(jī)生產(chǎn)氧化鋁陶瓷管作為鹵素?zé)粲冒l(fā)光體以來，人們一直在尋求使用干袋法等靜壓機(jī)生產(chǎn)異型發(fā)光體陶瓷管，如橢球狀管體，圓錐狀管體以及其它形狀管體。筆者在干袋法等靜壓機(jī)成型缸體和成型模具結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了一些改進(jìn)，對(duì)異型素坯陶瓷管在成型過程中所遇到的問題做了一些研究，如：干袋法等靜壓機(jī)成型腔內(nèi)的工作介質(zhì)在壓制素坯管體過程中的流速，取向以及介質(zhì)動(dòng)態(tài)壓力的演變等。

下面就有關(guān)因素對(duì)異型陶瓷素坯管的強(qiáng)度影響進(jìn)行初淺的分析和評(píng)述。

1 試驗(yàn)和結(jié)果

氧化鋁陶瓷粉用于生產(chǎn)高壓鈉蒸汽燈發(fā)光管，其純度為99.9～99.99，干袋法等靜壓機(jī)采用自行研制的手動(dòng)型。

首先將氧化鋁粉料定量地裝入干袋法等靜壓機(jī)成型腔內(nèi)，分別以50～60MPa，80～100MPa的壓力進(jìn)行約30～90秒壓制異型陶瓷素坯管，管體的形狀為橢球狀，其中間部分的厚度為0.5～0.7mm，兩端溜肩部分為1.2～1.5mm，而毛細(xì)管部分為0.7～1.0mm。分別以50～60MPa壓力和80～100MPa壓力壓制陶瓷素坯管。不過以50～60MPa壓力壓制的陶瓷素坯管多數(shù)在其溜肩部分與毛細(xì)管部分之間容易出現(xiàn)橫向裂紋或脫環(huán)，然而以80～100MPa壓力壓制的素坯管也有橫向微裂紋或溝痕。

備注：實(shí)線箭頭為動(dòng)態(tài)壓力；虛線箭頭為靜態(tài)壓力。

圖2 在成型模內(nèi)腔的動(dòng)態(tài)壓力和靜態(tài)壓力的不同取向Fig.2 Dynam ic and static pressures inside the press mold cavity in interm ingled directionSolid arrow for direction of dynam ic pressure；dashed arrow for direction of static pressure

2 討論

就上述方法壓制出的素坯管的強(qiáng)度而言，從其外表面上看，顯然成型模內(nèi)腔的形狀不僅影響等靜壓工作介質(zhì)的壓力值，還對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率也有很大的影響。也就是說，干袋法等靜壓機(jī)在工作期間的工作介質(zhì)，由于成型模內(nèi)腔的形狀的因素，在成型模腔內(nèi)產(chǎn)生的流量不同，流速有快有慢，造成其動(dòng)態(tài)壓力對(duì)相應(yīng)的靜態(tài)介質(zhì)產(chǎn)生的壓力值是不同的，非均勻性的。在成型模腔內(nèi)當(dāng)動(dòng)態(tài)壓力取向連續(xù)擴(kuò)散時(shí)，相應(yīng)薄弱區(qū)域的靜態(tài)介質(zhì)（靜態(tài)壓力）取向會(huì)跟隨動(dòng)態(tài)壓力很快達(dá)到額定的壓力值，如圖1所示。

但是在成型模腔內(nèi)相應(yīng)靜態(tài)壓力較強(qiáng)區(qū)域中動(dòng)態(tài)壓力取向?qū)υ搮^(qū)域的靜態(tài)壓力取向并非是直線性滲入，也就是說，其工作介質(zhì)在不斷增加擴(kuò)散的期間，其動(dòng)態(tài)壓力的取向同時(shí)也很可能會(huì)出現(xiàn)渦流或蝸旋，與該區(qū)域的靜態(tài)壓力的取向產(chǎn)生相互交叉碰撞或相互擠壓現(xiàn)象，造成了兩者的一部分壓力被相互抵消；使得成型模腔內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力很難在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到所要求的額定壓力值，這樣就造成了整體陶瓷素坯管的各段強(qiáng)度有所不同，特別是在其溜肩部分與毛細(xì)管部分之間過渡區(qū)的強(qiáng)度比較低，容易出現(xiàn)溝痕或斷裂等現(xiàn)象，如圖2所示。

圖3 成型模內(nèi)腔的動(dòng)態(tài)壓力和靜態(tài)壓力上升曲線Fig.3 Rising curves of dynam ic and static pressures inside the pressmold cavityStraight line for dynam ic pressure；dashed line for static pressure

然而這種現(xiàn)象隨著工作介質(zhì)的動(dòng)態(tài)壓力不斷提高和增加保壓時(shí)間，保壓的額定壓力值偏差應(yīng)在3～5MPa范圍內(nèi)，這樣成型模內(nèi)腔的靜態(tài)壓力在動(dòng)態(tài)壓力的連續(xù)不斷增加過程中可能會(huì)逐漸減小或消失，達(dá)到一定的額定壓力值，見圖3。

3 結(jié)論

通過壓制出的素坯陶瓷管外表面的溝痕和斷裂現(xiàn)象來看，筆者認(rèn)為成型模具的內(nèi)腔形狀對(duì)工作介質(zhì)所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)壓力具有一定的影響，也使工作介質(zhì)在產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)壓力時(shí)其自身的流量取向，流速及其時(shí)間都發(fā)生了變數(shù)，致使異型素坯陶瓷管過渡區(qū)域的強(qiáng)度與其他大部分區(qū)域的強(qiáng)度截然不同。

筆者強(qiáng)調(diào)有關(guān)上述干袋法等靜壓機(jī)成型模，在壓制異型陶瓷素坯管瞬間，其腔內(nèi)所產(chǎn)生動(dòng)態(tài)壓力與過渡區(qū)域靜態(tài)壓力之間的壓力差，是影響異型陶瓷素坯管強(qiáng)度的主要原因。由于上述客觀條件的存在，其工作介質(zhì)在工作運(yùn)行過程中產(chǎn)生出不同動(dòng)態(tài)壓力的取向?qū)儆谧陨韮?nèi)在的現(xiàn)象，目前尚不能更好地解釋清晰。

1 HING P.Proceedings of 2nd International Conference on Isostatic Pressing，1982，1：21-23

2 LIB.Cold isostatic presswith a replaceableandmoving vessel.Pat.No.Applied 200810010280.9

3李伯林.專利號(hào)ZL.2006 2 0089808.2

4 YAOHongyan.Bulletin of ChineseCeram ic Society，2007，26（4）：770