等靜壓成形工藝的優(yōu)化研究

薛志崗

摘 要：本文研究了等靜壓成形工藝過(guò)程中氧化鋁造粒粉料成形后的坯體相對(duì)密度和強(qiáng)度隨著各成形參數(shù)的變化而變化的規(guī)律，并進(jìn)一步研究了其對(duì)燒結(jié)收縮的影響。實(shí)驗(yàn)表明：隨著壓力的增大，坯體密度逐漸提高，強(qiáng)度也相應(yīng)增大；保壓時(shí)間對(duì)坯體的相對(duì)密度影響不明顯；在成形壓力范圍內(nèi)，坯體相對(duì)密度對(duì)燒結(jié)之后的試樣致密度影響不大。

關(guān)鍵詞：等靜壓成形；相對(duì)密度；保壓時(shí)間；燒結(jié)

1 概述

隨著陶瓷工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，等靜壓成形工藝已成為陶瓷主要的成形工藝之一。采用等靜壓成形工藝具有粉料受壓均勻、坯體結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度高、燒成收縮小、產(chǎn)品不易變形，并且產(chǎn)品的含水率低、無(wú)需干燥，可直接入窯等優(yōu)點(diǎn)。

陶瓷的成形，直接影響到后續(xù)的坯體加工質(zhì)量、燒成制度和燒結(jié)后產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)性能。隨著科技的進(jìn)步，對(duì)真空管殼尺寸的要求也越來(lái)越高，尤其是在真空管的成形過(guò)程中，由于其內(nèi)徑是一次成形。燒成收縮的微小變化將會(huì)導(dǎo)致真空管殼尺寸的浮動(dòng)較大，從而使得尺寸超出公差。所以，一套穩(wěn)定可控的成形工藝就顯得尤為重要。本實(shí)驗(yàn)主要在成形壓力的控制上進(jìn)行了研究，并分析了成形壓力和保壓時(shí)間對(duì)燒成收縮的影響，為以后對(duì)收縮的控制提供依據(jù)，使產(chǎn)品在達(dá)到性能要求的同時(shí)，提高其尺寸的可控度，從而提高產(chǎn)品的合格率。同時(shí)，選擇合理的成形壓力以降低壓機(jī)的損耗，提高工作效率。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1 原料的準(zhǔn)備

2.2 試樣的制備

將粉料進(jìn)行等靜壓成形，考慮到現(xiàn)有的生產(chǎn)狀況，成形壓力選擇為50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、90MPa、100MPa、110MPa、120MPa，保壓時(shí)間分別選取20s、40s、60s、80s、100s。將成形的坯體經(jīng)過(guò)車(chē)床加工制成形狀為中空?qǐng)A柱狀試樣，外徑φ1為35mm左右，高度70mm左右，并在1710℃的推板窯中燒成。

2.3 成形收縮的測(cè)量

2.4 燒成收縮的測(cè)量

2.5 燒成試樣密度的測(cè)量

3 結(jié)果與分析

3.1 成形壓力對(duì)成形和燒成的影響

本文以保壓時(shí)間為20s的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。圖2為成形壓力與成形收縮的關(guān)系圖，圖3為成形壓力與燒成收縮的關(guān)系圖，圖4為坯體密度與壓力的關(guān)系，圖5為壓力與燒結(jié)試樣密度曲線。

由圖2可知，隨著壓力的增大，成形收縮逐漸增大；壓力從50MPa增大到120MPa時(shí)，橫向線收縮率從36.6%增大到38.2%；當(dāng)壓力達(dá)到120MPa后繼續(xù)增大，其收縮變化逐漸趨于平緩。由圖3可知，隨著壓力的增大，燒成收縮逐漸減小，壓力從50MPa增大到120MPa，橫向線收縮從16.3%減小到14.9%，收縮變化逐漸趨于平緩。在50MPa～70MPa之間，成形收縮和燒成收縮變化較大，說(shuō)明收縮對(duì)壓力的變化比較敏感；在70MPa～100MPa之間，其收縮比50MPa～70MPa之間的要平緩，此時(shí)，坯體的強(qiáng)度也較好；在100MPa～120MPa之間，收縮已趨于水平，隨著壓力的增大，收縮的變化越來(lái)越小，此階段的坯體強(qiáng)度最好。由圖4可知，從坯體密度的變化趨勢(shì)也足以說(shuō)明，當(dāng)壓力達(dá)到100MPa～120MPa之間時(shí)，坯體密度基本上不再增加[1]。

由圖5可知，密度在3.75g/cm3～3.755g/cm3之間時(shí)，相對(duì)變化很小，且無(wú)規(guī)律。說(shuō)明在燒成時(shí)，由于試樣擺放位置的差異，導(dǎo)致燒結(jié)性能也有差異，從而使其密度有所差異。原因分析：由圖4可知，隨著壓力的增大，坯體的密度變化較小，在50MPa～120MPa之間時(shí)，坯體密度變化僅為0.12g/cm3。在現(xiàn)有的燒成制度下，較高的燒成溫度有足夠的驅(qū)動(dòng)力，使試樣達(dá)到致密化，可忽略坯體密度的微小差異而帶來(lái)的改變[2]。

3.2 保壓時(shí)間對(duì)成形和燒結(jié)的影響

本文選取成形壓力為100MPa的一組試樣數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，其保壓時(shí)間與燒結(jié)收縮的關(guān)系如圖6所示。

由圖6可知，隨著壓力的增大，燒成收縮的變化小于2‰，且無(wú)規(guī)律性，可以認(rèn)為是試驗(yàn)過(guò)程中的誤差造成的。主要原因是，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，所做的試樣均為薄壁試樣，因此，保壓時(shí)間對(duì)其作用幾乎可以忽略不計(jì)。

4 結(jié)論

（1） 隨著成形壓力的增大，坯體的相對(duì)密度逐漸增大，曲線呈現(xiàn)階梯性平緩趨勢(shì)，在100MPa～120MPa處，坯體密度基本不再變。

（2） 隨著成形壓力的增大，試樣的燒成收縮逐漸變小，曲線呈現(xiàn)階梯性平緩趨勢(shì)，在100MPa～120MPa處，收縮基本不再變化。

（3） 在50MPa～120MPa之間，試樣燒結(jié)后的密度不隨壓力的增大而增大，說(shuō)明壓力的改變對(duì)產(chǎn)品最終的性能影響可以忽略不計(jì)。因此，成形時(shí)對(duì)壓力進(jìn)行控制是可行的。

（4） 對(duì)于薄壁產(chǎn)品，保壓時(shí)間應(yīng)盡可能短，以減少壓機(jī)的損耗和能源的浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉景林.在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)陶瓷工藝中冷態(tài)等靜壓成形方法的特點(diǎn)[J].耐火與石灰，2007，32（3）：4.

[2] 施劍林.固相燒結(jié)-Ⅰ氣孔顯微結(jié)構(gòu)模型及其熱力學(xué)穩(wěn)定性，致密化方程[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，1997，25（5）：499.