无机非金属材料工学成型幻灯片.ppt

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1、无机非金属材料工学成型第1页，共118页，编辑于2022年，星期六几种体系：1.无机胶凝材料浆体（如水泥、石灰、石膏等）：水化产物使浆体固化。2.陶瓷泥料的可塑成型：可塑性、定形、干燥后强度提高。3.陶瓷泥浆：水分脱除，由粘塑性体变成高屈服值的可塑体、干燥后进一步定型。4.压制：物料之间产生范德华力和氢键、成型和定形同时完成。5.融熔体（如玻璃、铸石等）：粘度随温度降低而增长、达到完全“冻凝”。第2页，共118页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 成型过程中的流变特性成型过程中的流变特性 流变学流变学：研究实际材料（不同于刚体、虎克体、牛顿体等理想材：研究实际材料（不同于刚体、虎克体、牛顿

2、体等理想材料）在外力作用下所发生的应力与应变，特别是与时间因素有关的流动。料）在外力作用下所发生的应力与应变，特别是与时间因素有关的流动。成型成型：是利用各种外力使浆体、泥团或熔体产生流动、变形达：是利用各种外力使浆体、泥团或熔体产生流动、变形达到所需的形状。到所需的形状。成型过程中所成型过程中所关心的问题关心的问题：物料流动的快慢、变形的难易，作用力的大小和变形量之间的关物料流动的快慢、变形的难易，作用力的大小和变形量之间的关系、每个制品达到所需形状的时间等。系、每个制品达到所需形状的时间等。第3页，共118页，编辑于2022年，星期六一、三种基本变形及流变模型一、三种基本变形及流变模型 变

3、形变形：按性质的不同可分为弹性变形、粘性流动和塑性流动。：按性质的不同可分为弹性变形、粘性流动和塑性流动。（一）（一）弹性变形弹性变形 定义定义：如果应力和应变间存在着一一对应关系，且它们互为单：如果应力和应变间存在着一一对应关系，且它们互为单值函数，当应力消除以后，变形亦随之消失。值函数，当应力消除以后，变形亦随之消失。弹性体弹性体：如果弹性体的应力和应变间成正比关系，则这种物体就称为如果弹性体的应力和应变间成正比关系，则这种物体就称为线线弹性体弹性体，也称胡克体。，也称胡克体。其变形为弹性变形。其变形为弹性变形。第4页，共118页，编辑于2022年，星期六（二）（二）粘性流动粘性流动 粘性

4、流动粘性流动：液体在剪切应力的作用下，剪切应变将随时间而不断：液体在剪切应力的作用下，剪切应变将随时间而不断增加。增加。牛顿液体牛顿液体：剪切应力与剪切应变的速率成正比，则这种理想体为牛：剪切应力与剪切应变的速率成正比，则这种理想体为牛顿液体。顿液体。其流变方程为：其流变方程为：剪切应力 粘度系数 剪切应变速率第5页，共118页，编辑于2022年，星期六（三）（三）塑性流动塑性流动 当剪切应力当剪切应力小于某一极限值小于某一极限值f f（屈服应力）时不发生剪切应变（屈服应力）时不发生剪切应变，当，当剪切应力达到该极限值时，就立即发生极大的剪切应变，这种形变称为剪切应力达到该极限值时，就立即发生

5、极大的剪切应变，这种形变称为塑塑性流动性流动，这种材料也称（刚）塑性体。，这种材料也称（刚）塑性体。当当f f时时0 0；当当f f时时可为任意值，直到可为任意值，直到。塑性变形：塑性变形：材料所产生的变形，在外力除去以后材料所产生的变形，在外力除去以后将仍然保留。将仍然保留。包括：塑性流动和粘性流动所产生的变形。包括：塑性流动和粘性流动所产生的变形。成型主要利用材料的塑性变形和粘性流动。成型主要利用材料的塑性变形和粘性流动。第6页，共118页，编辑于2022年，星期六 二、胀流性液体与假塑性液体二、胀流性液体与假塑性液体 当当n=ln=l时，为牛顿体；时，为牛顿体；n nl l时，称为假塑性

6、液体；时，称为假塑性液体；n nl l时，称为胀流性液体。时，称为胀流性液体。实际液体实际液体很少完全很少完全符合牛顿液体的情况，它们的剪切应力与剪切应符合牛顿液体的情况，它们的剪切应力与剪切应变速率之间的关系可写成以下通式：变速率之间的关系可写成以下通式：第7页，共118页，编辑于2022年，星期六 牛顿液体的粘度牛顿液体的粘度等于剪应力等于剪应力与剪切应变速率的比值，如果与剪切应变速率的比值，如果对非牛顿液体也同样处理，则：对非牛顿液体也同样处理，则：a a 为表观粘度为表观粘度 当当n=ln=l时，为牛顿体，不随剪切应变速率变化而变化时，为牛顿体，不随剪切应变速率变化而变化 n nl l

7、时，称为假塑性液体，随剪切应变速率的增大而降低时，称为假塑性液体，随剪切应变速率的增大而降低 n nl l时，称为胀流性液体，随剪切应变速率的增大而增加时，称为胀流性液体，随剪切应变速率的增大而增加 氧化铝、石英等的悬浮液具有胀流性；一般陶瓷泥浆为假塑性。氧化铝、石英等的悬浮液具有胀流性；一般陶瓷泥浆为假塑性。第8页，共118页，编辑于2022年，星期六三、流变模型与本构方程三、流变模型与本构方程 又称流变状态方程，是联系应力、应变、应力速率和应变速率的方程的总又称流变状态方程，是联系应力、应变、应力速率和应变速率的方程的总称。称。同时具有两种或三种变形，流变模型可以通过各种基本元件串联及同时

8、具有两种或三种变形，流变模型可以通过各种基本元件串联及并联方式组成。并联方式组成。油漆、水泥浆等：粘性液体，不致流下，具有固体的性质。油漆、水泥浆等：粘性液体，不致流下，具有固体的性质。称宾汉体模型。称宾汉体模型。宾汉模型宾汉模型 当剪切力当剪切力ff时，（时，（-f）这个力就会使粘壶发生变形。设弹性元件的）这个力就会使粘壶发生变形。设弹性元件的剪应变为剪应变为1，粘性元件的剪应变为，粘性元件的剪应变为2，系统的总应变为，系统的总应变为，则：，则：由上述三式消去由上述三式消去1，2，可得宾汉体在，可得宾汉体在f时的流时的流变方程：变方程：当当常量时，上式可改写为：常量时，上式可改写为：宾汉模型

9、宾汉模型第10页，共118页，编辑于2022年，星期六以上的流变方程也称以上的流变方程也称本构方程本构方程，它说明材料中任一点的应力状态和应，它说明材料中任一点的应力状态和应变状态之间有着密切的关系，可以用以下的通式来表示：变状态之间有着密切的关系，可以用以下的通式来表示：这种函数关系当然和材料的性质有关，是由材料的本质与构造决定的，这种函数关系当然和材料的性质有关，是由材料的本质与构造决定的，所以称为本构方程。所以称为本构方程。第11页，共118页，编辑于2022年，星期六 几种典型的流变模型：几种典型的流变模型：1 1、麦克斯韦模型：粘性流动为主，本质上是液体。、麦克斯韦模型：粘性流动为主

10、，本质上是液体。2 2、开尔文体：以弹性变形为主，本质上是固体。、开尔文体：以弹性变形为主，本质上是固体。3 3、三元件模型：（、三元件模型：（l l）代表一种粘弹性固体，（）代表一种粘弹性固体，（2 2）代表一种粘弹）代表一种粘弹性液体。性液体。4 4、伯格斯体：麦克斯韦体和开尔文体的串联，还是具有液体、伯格斯体：麦克斯韦体和开尔文体的串联，还是具有液体性质。性质。第12页，共118页，编辑于2022年，星期六 流变学在塑料的成型中己得到普遍应用。流变学在塑料的成型中己得到普遍应用。玻璃熔体成型：粘性流体玻璃熔体成型：粘性流体麦克斯韦体麦克斯韦体伯格斯体伯格斯体三元件模型三元件模型（2 2）

11、三元件模型（三元件模型（1 1）（a a）麦克斯韦模型；（）麦克斯韦模型；（b b）开尔文模型；（）开尔文模型；（c c）三元件模型（）三元件模型（1 1）；）；（d d）三元件模型（）三元件模型（2 2）；（）；（e e）伯格斯体）伯格斯体测试测试 建立流变模型建立流变模型 导出流变方程导出流变方程 解决实际问题解决实际问题第13页，共118页，编辑于2022年，星期六四、流动曲线、应力曲线和应变曲线四、流动曲线、应力曲线和应变曲线 （一）流动曲线（一）流动曲线图图1-4-4 1-4-4 不同类型的流动曲线不同类型的流动曲线 由流动曲线可知在某应由流动曲线可知在某应力下某种材料流动速度的快力

12、下某种材料流动速度的快慢，粘度、表观粘度的大小。慢，粘度、表观粘度的大小。第14页，共118页，编辑于2022年，星期六（二）应力曲线和应变曲线（二）应力曲线和应变曲线 应力曲线：应力随时间变化的曲线；应力曲线：应力随时间变化的曲线；应变曲线：应变随时间变化的曲线。应变曲线：应变随时间变化的曲线。麦克斯韦体的应力与应变曲线麦克斯韦体的应力与应变曲线成型时，已知加力情况时，可知经多少时间才能达到所要求的成型时，已知加力情况时，可知经多少时间才能达到所要求的变形量。变形量。第15页，共118页，编辑于2022年，星期六 五、徐变曲线和松弛曲线（一）徐变曲线 应力不变时，应变随时间的变化曲线，即常量

13、时的-t曲线。麦克斯韦体和宾汉体在一定的应力下，会不断变形，本质上是液体；麦克斯韦体和宾汉体在一定的应力下，会不断变形，本质上是液体；开尔文体的变形在缓慢增大，并以弹性变形为极限，本质上是固体；开尔文体的变形在缓慢增大，并以弹性变形为极限，本质上是固体；所不同的是这种固体有推迟弹性效应。所不同的是这种固体有推迟弹性效应。徐变曲线（徐变曲线（a a）麦克斯韦体；）麦克斯韦体；（b b）开尔文体；）开尔文体；（c c）宾汉体）宾汉体第16页，共118页，编辑于2022年，星期六 陶瓷泥料经可塑成型后还是属于类宾汉体，在干燥过程中，一些大型陶瓷泥料经可塑成型后还是属于类宾汉体，在干燥过程中，一些大型

14、坯体在自重的作用下还会继续发生变形，以致竖向尺寸减少量大于横向，坯体在自重的作用下还会继续发生变形，以致竖向尺寸减少量大于横向，为克服这个问题，制品的竖向放尺一般要大于横向。为克服这个问题，制品的竖向放尺一般要大于横向。第17页，共118页，编辑于2022年，星期六（二）松弛曲线（二）松弛曲线 一定变形下，应力随时间变化的曲线，一定变形下，应力随时间变化的曲线，即即常量时的常量时的-t-t曲线。曲线。麦克斯韦体和伯克斯体能产生应力松弛，麦克斯韦体和伯克斯体能产生应力松弛，但开尔文体和三元件模型（但开尔文体和三元件模型（1 1）体的应力保）体的应力保持某一常量，所以开尔文体和三元件模型持某一常量

15、，所以开尔文体和三元件模型（l l）体是一种非松弛体。）体是一种非松弛体。松弛曲线松弛曲线 （a a）麦克斯韦体；（）麦克斯韦体；（b b）开尔文体；（）开尔文体；（c c）伯格斯体；（）伯格斯体；（d d）三元件）三元件模型（模型（1 1）第18页，共118页，编辑于2022年，星期六 玻璃在成型中，由粘性体向固体转化时，因内外温差大，制品的内外层玻璃在成型中，由粘性体向固体转化时，因内外温差大，制品的内外层到达固体的时间不一样，当较高温度的内层收缩固化时，对早己固化的外层到达固体的时间不一样，当较高温度的内层收缩固化时，对早己固化的外层产生压应力，而自身受到拉应力。当各层温度都达到室温时（

16、属三元件模型产生压应力，而自身受到拉应力。当各层温度都达到室温时（属三元件模型体（体（1 1），内外层存在较大的内应力，它永久存在于玻璃中不会松弛，这种），内外层存在较大的内应力，它永久存在于玻璃中不会松弛，这种应力称永久应力。应力称永久应力。只有当重新加热到应力能松弛的状态（伯克斯体），这种应力只有当重新加热到应力能松弛的状态（伯克斯体），这种应力才能消失，这就是才能消失，这就是退火的基本原理退火的基本原理。第19页，共118页，编辑于2022年，星期六六、触变性与反触变性六、触变性与反触变性 定义：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动定义：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时

17、，粘度会降低而流动性增加静置后能恢复原来状态。反之，相同泥浆放置一段时间后，在维性增加静置后能恢复原来状态。反之，相同泥浆放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象，上述现象可重持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象，上述现象可重复无数次，统称为触变性。复无数次，统称为触变性。触变性是指在剪切应力保持一定时，表观粘度将随着剪切应力作用时间触变性是指在剪切应力保持一定时，表观粘度将随着剪切应力作用时间的持续而减小，剪切应变速率将不断增加的性质。或者，当剪切应变速率保的持续而减小，剪切应变速率将不断增加的性质。或者，当剪切应变速率保持不变时，剪切应力将逐渐下降。

18、具有这种性质的材料称为正触变材料。持不变时，剪切应力将逐渐下降。具有这种性质的材料称为正触变材料。反触变性：表观粘度随着应力作用的时间而增加。反触变性：表观粘度随着应力作用的时间而增加。第20页，共118页，编辑于2022年，星期六触变环曲线触变环曲线 a a正触变环；正触变环；b b负触变环负触变环 成型泥料要有一定的触变性，但不要太大。成型泥料要有一定的触变性，但不要太大。触变性的大小可用触变环的大小和方向来表示：逆时针走向的是正触触变性的大小可用触变环的大小和方向来表示：逆时针走向的是正触变，顺时针走向的代表反触变。变，顺时针走向的代表反触变。第21页，共118页，编辑于2022年，星期

19、六第三节第三节 浆料的成型浆料的成型 一、成型的工艺原理一、成型的工艺原理 多属于粘塑性体，其中液相是连续的（如水泥砂浆、混凝土浆、多属于粘塑性体，其中液相是连续的（如水泥砂浆、混凝土浆、陶瓷泥浆、耐火材料浇注料等）。陶瓷泥浆、耐火材料浇注料等）。成型基本过程：成型基本过程：流动流动充满模型充满模型具有模型的形状具有模型的形状脱水或水化脱水或水化坯体坯体脱模脱模干干燥或水化燥或水化完全的固体（弹性体）。完全的固体（弹性体）。控制浆体的流动度控制浆体的流动度 适宜的流动度，使在含水率较低的情况下达到适宜的流动度，使在含水率较低的情况下达到 较高的流动度。较高的流动度。第22页，共118页，编辑于

20、2022年，星期六二、陶瓷注浆成型二、陶瓷注浆成型 将陶瓷配合料制成能流动的浆体，注入模型，依靠模具的脱水（或其它将陶瓷配合料制成能流动的浆体，注入模型，依靠模具的脱水（或其它特别的）作用而成型的都称特别的）作用而成型的都称注浆成型注浆成型。此法适合成型各种形状复杂的不规则的空心薄壁制品和一些特殊此法适合成型各种形状复杂的不规则的空心薄壁制品和一些特殊的空实结合的制品如壶、花瓶、卫生陶瓷、电器元件等。的空实结合的制品如壶、花瓶、卫生陶瓷、电器元件等。（一）注浆成型工艺原理（一）注浆成型工艺原理 1.1.注浆成型基本方法注浆成型基本方法 空心注浆和实心注浆两种空心注浆和实心注浆两种 实心注浆又称

21、双面注浆实心注浆又称双面注浆第23页，共118页，编辑于2022年，星期六空心注浆空心注浆 （a a）空石膏模；（）空石膏模；（b b）注浆；（）注浆；（c c）放浆；（）放浆；（d d）坯体）坯体 适于浇注小型薄壁的产品，如坩埚、花瓶、管件等。这种方法所用的泥适于浇注小型薄壁的产品，如坩埚、花瓶、管件等。这种方法所用的泥浆粘度比较小，否则空浆后坯体内表面有泥线和不光滑。坯体的厚度决定于浆粘度比较小，否则空浆后坯体内表面有泥线和不光滑。坯体的厚度决定于吸浆的时间，模型的湿度与温度，也和泥浆的性质有关。吸浆的时间，模型的湿度与温度，也和泥浆的性质有关。第24页，共118页，编辑于2022年，星期

22、六第25页，共118页，编辑于2022年，星期六实心注浆实心注浆 （a a）装配好的模型；（）装配好的模型；（b b）浇注及补浆；（）浇注及补浆；（c c）坯体）坯体 适合于浇注两面的形状和花纹不同、大型、壁厚的产品。适合于浇注两面的形状和花纹不同、大型、壁厚的产品。实心注浆常用较浓的泥浆，以缩短吸浆时间。形成坯体的过程中，模型实心注浆常用较浓的泥浆，以缩短吸浆时间。形成坯体的过程中，模型从两个方向吸取泥浆中的水分。靠近模壁处坯体较致密，坯体中心部分较疏从两个方向吸取泥浆中的水分。靠近模壁处坯体较致密，坯体中心部分较疏松，因此对泥浆性能和注浆操作的要求较严。松，因此对泥浆性能和注浆操作的要求较

23、严。第26页，共118页，编辑于2022年，星期六 2.2.注浆过程的物理、化学变化注浆过程的物理、化学变化物理脱水物理脱水：毛细管力：毛细管力 化学凝聚过程化学凝聚过程：离子交换反应：离子交换反应第27页，共118页，编辑于2022年，星期六 泥浆注入模型后，在毛细管的作用下，泥浆中的水分沿着毛细管排出，泥浆注入模型后，在毛细管的作用下，泥浆中的水分沿着毛细管排出，毛细管力是泥浆脱水过程的推动力。毛细管愈细，水的表面张力愈大，则毛细管力是泥浆脱水过程的推动力。毛细管愈细，水的表面张力愈大，则脱水的动力就越大。脱水的动力就越大。物理脱水（主要过程物理脱水（主要过程 ）当模型内表面形成一层坯体后

24、，水分要当模型内表面形成一层坯体后，水分要继续排出必先通过坯体的毛细孔，然后继续排出必先通过坯体的毛细孔，然后再达到模型的毛细孔中。这时注浆过程再达到模型的毛细孔中。这时注浆过程的阻力来自石膏模和坯体两方面。注浆的阻力来自石膏模和坯体两方面。注浆开始时，模型的阻力起主要作用。随着开始时，模型的阻力起主要作用。随着吸浆过程不断进行，坯体厚度继续增加，吸浆过程不断进行，坯体厚度继续增加，坯体所产生的阻力越显得重要，最后起坯体所产生的阻力越显得重要，最后起主导作用。主导作用。第28页，共118页，编辑于2022年，星期六化学凝聚过程化学凝聚过程泥浆与石膏模接触时，在其接触表面上溶有一定数量的泥浆与石

25、膏模接触时，在其接触表面上溶有一定数量的CaSO4(25时时l00克水中克水中CaSO4的溶解度为的溶解度为0.208克克)。它和泥浆中的。它和泥浆中的Na-粘土及水玻璃发生离子交换反应：粘土及水玻璃发生离子交换反应：使得靠近石膏模表面的一层使得靠近石膏模表面的一层Na-粘土变为粘土变为Ca-粘土，泥浆由悬浮状态转为聚粘土，泥浆由悬浮状态转为聚沉。石膏起着絮凝剂的作用，促进泥浆絮凝硬化，颗粒成棚架结构，有利于沉。石膏起着絮凝剂的作用，促进泥浆絮凝硬化，颗粒成棚架结构，有利于排水，减少泥坯的阻力，缩短成坯时间。排水，减少泥坯的阻力，缩短成坯时间。第29页，共118页，编辑于2022年，星期六3成

26、型速度成型速度成型速度可由阿德柯克推导出来的吸浆速度公式来计算：成型速度可由阿德柯克推导出来的吸浆速度公式来计算：吸浆速率：吸浆速率：将上式移项积分得：将上式移项积分得：也就是说在其他条件固定不变情况下，坯也就是说在其他条件固定不变情况下，坯体厚度的平方体厚度的平方l2与吸浆时间成正比。与吸浆时间成正比。K值除依赖于泥浆和石膏模值除依赖于泥浆和石膏模的性质外，还和注浆时的温的性质外，还和注浆时的温度有关。可见度有关。可见K值为描述在值为描述在一定条件下吸浆快慢的常数，一定条件下吸浆快慢的常数，称为吸浆速度常数。若以称为吸浆速度常数。若以l2-t或或l-t1/2作图则得到一条直作图则得到一条直线

27、。直线的斜率即为吸浆线。直线的斜率即为吸浆速度常数速度常数K。K值越高则值越高则吸浆速度越大。吸浆速度越大。第30页，共118页，编辑于2022年，星期六增大吸浆速度的方法：增大吸浆速度的方法：(1)(1)减少模型的阻力：改变模型制造工艺减少模型的阻力：改变模型制造工艺(增加熟石增加熟石膏与水的比值，适当延长石膏浆的搅拌时间，真空处理膏与水的比值，适当延长石膏浆的搅拌时间，真空处理石膏浆等石膏浆等)。(2)(2)减少坯料的阻力：坯料的阻力取决于其结构，而减少坯料的阻力：坯料的阻力取决于其结构，而结构又由泥浆的组成、浓度、添加物的种类等因素所决结构又由泥浆的组成、浓度、添加物的种类等因素所决定。

28、定。(3)(3)提高吸浆过程的推动力。提高吸浆过程的推动力。第31页，共118页，编辑于2022年，星期六4.4.强化注浆强化注浆 压力注浆、离心注浆、真空注浆等压力注浆、离心注浆、真空注浆等 压力注浆压力注浆 一般增大泥浆压力的方法是提高浆桶的高度，利用泥浆本身的重力从模一般增大泥浆压力的方法是提高浆桶的高度，利用泥浆本身的重力从模型底部进浆，也可用压缩空气将泥浆注入模型内；型底部进浆，也可用压缩空气将泥浆注入模型内；采用压力注浆法浇注卫生洁具时，得到以下的效果：采用压力注浆法浇注卫生洁具时，得到以下的效果：(1)(1)压力注浆可以缩短吸浆时间压力注浆可以缩短吸浆时间 当压力为当压力为0.7

29、MPa0.7MPa时，形成时，形成12.7mm12.7mm厚坯体所需的时间为厚坯体所需的时间为1313分钟。分钟。若压力增加到若压力增加到7MPa7MPa时仅需时仅需2 2分钟。分钟。第32页，共118页，编辑于2022年，星期六(2)(2)压力注浆可以减少坯体的干燥收缩压力注浆可以减少坯体的干燥收缩 常压下注浆时，与坯体表面平行方向上的干燥收缩约为常压下注浆时，与坯体表面平行方向上的干燥收缩约为3 3，与，与坯体表面垂直方向上的干燥收缩为坯体表面垂直方向上的干燥收缩为2 2。在。在7MPa7MPa压力注浆时，上述二压力注浆时，上述二方向上的收缩分别减小至方向上的收缩分别减小至0.80.8及及

30、0.30.3。(3)(3)压力注浆可降低坯体脱模后留存的水分压力注浆可降低坯体脱模后留存的水分 常压注浆时，坯体平均留存水分约常压注浆时，坯体平均留存水分约19.519.5，在，在7MPa7MPa压力下成压力下成型的坯体只含型的坯体只含1717水分。水分。第33页，共118页，编辑于2022年，星期六离心注浆离心注浆 在模型的旋转运动情况下，将泥浆注入模型中。由于离心力的作用泥浆在模型的旋转运动情况下，将泥浆注入模型中。由于离心力的作用泥浆紧靠模壁脱水后形成坯体。浆料中的气泡较轻，在模型旋转时，多集中中部，紧靠模壁脱水后形成坯体。浆料中的气泡较轻，在模型旋转时，多集中中部，最后破裂消失。最后破

31、裂消失。这种方法得到的坏体厚度较均匀，变形较少。模型的转数应根据产这种方法得到的坏体厚度较均匀，变形较少。模型的转数应根据产品的大小而定。大件产品转数要低些，以免不稳定。若转数较小，则会品的大小而定。大件产品转数要低些，以免不稳定。若转数较小，则会出现泥纹。一般转数在出现泥纹。一般转数在100rpm100rpm以下。以下。离心注浆时，泥浆中固体颗粒的尺寸不能相差太大，否则粗颗粒会离心注浆时，泥浆中固体颗粒的尺寸不能相差太大，否则粗颗粒会集中在坯体内部，细颗粒容易集中在模型表面，造成组织不均，收缩不集中在坯体内部，细颗粒容易集中在模型表面，造成组织不均，收缩不匀。匀。第34页，共118页，编辑于

32、2022年，星期六真空注浆真空注浆 在石膏模外面抽取真空，增大模型内外压力差；另一种在石膏模外面抽取真空，增大模型内外压力差；另一种方式是在真空室中全部处于负压下注浆，都可加速坯体形成；方式是在真空室中全部处于负压下注浆，都可加速坯体形成；真空注浆还可减少气孔和针眼，提高坯体强度。但操作时要真空注浆还可减少气孔和针眼，提高坯体强度。但操作时要缓慢抽真空和缓慢进气，模型要加固。缓慢抽真空和缓慢进气，模型要加固。第35页，共118页，编辑于2022年，星期六5.5.特种注浆成型特种注浆成型溶胶凝胶法溶胶凝胶法 （1 1）直接凝固注模法）直接凝固注模法 第36页，共118页，编辑于2022年，星期六

33、该工艺的思路是：该工艺的思路是：调节水基悬浮体的调节水基悬浮体的pHpH值或加入少量分散剂以保持颗粒之间有静电斥力，从值或加入少量分散剂以保持颗粒之间有静电斥力，从而制备低粘度、高固相体积分数的悬浮体，然后，将悬浮体冷却至而制备低粘度、高固相体积分数的悬浮体，然后，将悬浮体冷却至0 05 5 之之间，加入生物酶和底物，此时，生物酶在低温下保持惰性，不与底物发生作用，间，加入生物酶和底物，此时，生物酶在低温下保持惰性，不与底物发生作用，当将悬浮体温度升至当将悬浮体温度升至20205050时，酶的活性被激发，与底物发生作用，使悬浮时，酶的活性被激发，与底物发生作用，使悬浮体内部的体内部的pHpH值

34、调节至等电点或者增加悬浮体的离子强度，使颗粒间排斥位垒下值调节至等电点或者增加悬浮体的离子强度，使颗粒间排斥位垒下降，降，Vander WaalsVander Waals吸引能增加，颗粒发生团聚，悬浮体的粘度剧增，从而原位吸引能增加，颗粒发生团聚，悬浮体的粘度剧增，从而原位凝固。凝固后的坯体结构均匀，基本没有收缩，可以形成足以脱模的湿坯。凝固。凝固后的坯体结构均匀，基本没有收缩，可以形成足以脱模的湿坯。第37页，共118页，编辑于2022年，星期六 该成型方法的优点是：该成型方法的优点是：有机物添加量少；有机物添加量少；生坯干燥收缩小、结构均匀；生坯干燥收缩小、结构均匀；烧结体强度高、可靠性好

35、；便于实行近净尺寸成型，可成型复杂形烧结体强度高、可靠性好；便于实行近净尺寸成型，可成型复杂形状的产品。状的产品。缺点是生坯强度偏低。缺点是生坯强度偏低。第38页，共118页，编辑于2022年，星期六图图1-4-11 1-4-11 直接凝固成形法工艺流程图直接凝固成形法工艺流程图 通过选择合适的分散剂制得固相体积分数大于通过选择合适的分散剂制得固相体积分数大于50%50%的高浓度悬浮体。加入的高浓度悬浮体。加入活性酶进行催化反应，将浆料注入非多孔性模具内。注模后，通过提高温度活性酶进行催化反应，将浆料注入非多孔性模具内。注模后，通过提高温度促使酶催化反应，从而改变浆料的促使酶催化反应，从而改变

36、浆料的PHPH值至等电点或增加反离子浓度，使悬浮值至等电点或增加反离子浓度，使悬浮体凝固。脱模、干燥或加工，烧结。体凝固。脱模、干燥或加工，烧结。第39页，共118页，编辑于2022年，星期六（2 2）凝胶注模法）凝胶注模法 该工艺在上世纪该工艺在上世纪8080年代末开始研究，有关报道见于年代末开始研究，有关报道见于9090年代初，是建立在年代初，是建立在传统陶瓷的成型工艺技术和高分子化学理论基础之上。传统陶瓷的成型工艺技术和高分子化学理论基础之上。其核心是将陶瓷粉料分散于含有有机单体和交联剂的水溶液或有机溶液其核心是将陶瓷粉料分散于含有有机单体和交联剂的水溶液或有机溶液中，制备出低粘度、高固

37、含量的浓悬浮体（中，制备出低粘度、高固含量的浓悬浮体（50vol%50vol%），然后加入引发剂和），然后加入引发剂和催化剂，将悬浮体注入非孔模具中，在一定温度下，引发剂引发有机单体催化剂，将悬浮体注入非孔模具中，在一定温度下，引发剂引发有机单体交联聚合成三维网络结构，悬浮体粘度剧增并固化，从而使浓悬浮体原位交联聚合成三维网络结构，悬浮体粘度剧增并固化，从而使浓悬浮体原位固化成形。后经过严格干燥后，得到强度较高而且可以进行机加工的坯体。固化成形。后经过严格干燥后，得到强度较高而且可以进行机加工的坯体。第40页，共118页，编辑于2022年，星期六 加人适量的分散剂和单体加人适量的分散剂和单体(

38、交交联剂联剂)制成预混溶液，再加入陶瓷制成预混溶液，再加入陶瓷粉料混磨，制成固相体积分数粉料混磨，制成固相体积分数50%50%的且具有良好的流动性的浆料。的且具有良好的流动性的浆料。加入引发剂，进行浇注。浆料中加入引发剂，进行浇注。浆料中有机单体在一定条件下发生原位有机单体在一定条件下发生原位聚合反应，形成坚固的交叉链结聚合反应，形成坚固的交叉链结构聚合溶剂凝胶，使坯体定型。构聚合溶剂凝胶，使坯体定型。然后经脱模，在相对湿度为然后经脱模，在相对湿度为50%50%80%80%下干燥。下干燥。用该法所浇注成的注件尺寸用该法所浇注成的注件尺寸准确，光洁度较高，也可进行机准确，光洁度较高，也可进行机加

39、工。经烧除有机结合剂，再进加工。经烧除有机结合剂，再进行烧结成产品。行烧结成产品。第41页，共118页，编辑于2022年，星期六 该工艺有机物总含量占坯体质量的2wt5wt%，生产工艺简单，有利于连续化和机械化。注凝成型工艺包括非水基注凝成型和水基注凝成型两种。水基注凝成型是在研究非水基注凝成型方法基础上发展起来的，其优点是可以减小浆料的粘度或提高浆料的固相体积分数，减少环境污染和降低成本。因此，对于与水无化学反应的粉体优先选用水基注凝成型方法。注凝成型的优点是：对粉体适应性强，可以用于成型多种陶瓷粉体；浆料的固相体积分数高、粘度低；生坯显微结构均匀、强度高，可进行机加工；烧结体强度高、可靠性

40、好；便于实行近净尺寸成型，可成型复杂形状的产品。其缺点主要是坯体干燥要求严格。第42页，共118页，编辑于2022年，星期六（二）注浆成型对泥浆的要求（二）注浆成型对泥浆的要求 1.1.流动性好；流动性好；2.2.稳定性好；稳定性好；3.3.具有适当的触变性；具有适当的触变性；4.4.含水量要少；含水量要少；5.5.滤过性能好；滤过性能好；6.6.形成的坯体要有足够的强度。形成的坯体要有足够的强度。第43页，共118页，编辑于2022年，星期六（三）陶瓷泥浆的流变性及外加剂的作用（三）陶瓷泥浆的流变性及外加剂的作用图图1-4-13 1-4-13 泥浆流动曲线泥浆流动曲线 1 1卫生瓷泥浆（卫生

41、瓷泥浆（1.531.53）；）；2 2球土（球土（1.341.34）（括号中数值为泥浆比重）（括号中数值为泥浆比重）由图可见陶瓷泥浆的流变由图可见陶瓷泥浆的流变特性接近宾汉体，只是其表观特性接近宾汉体，只是其表观粘度在屈服值以后不是立即为粘度在屈服值以后不是立即为一常数，而是有一个由大变小一常数，而是有一个由大变小的过渡阶段。的过渡阶段。WorrallWorrall建议用下建议用下式表示粘土类泥浆的流变方程：式表示粘土类泥浆的流变方程：第44页，共118页，编辑于2022年，星期六 当剪切速率相当大时，当剪切速率相当大时，变为变为 ，上式可改写为：，上式可改写为：即相当于宾汉体流变方程，只是它

42、的屈服值为即相当于宾汉体流变方程，只是它的屈服值为 从泥浆结构来解释，这种流动阻力来自粘土颗粒间存在的吸引力。粘土从泥浆结构来解释，这种流动阻力来自粘土颗粒间存在的吸引力。粘土颗粒和水之间也存在亲和力，只有当剪切力大于颗粒间的吸引力时才能使泥颗粒和水之间也存在亲和力，只有当剪切力大于颗粒间的吸引力时才能使泥浆流动，当剪切力进一步加大逐步破坏颗粒和水的亲和力后，才能充分体现浆流动，当剪切力进一步加大逐步破坏颗粒和水的亲和力后，才能充分体现液体的流动状态。液体的流动状态。第45页，共118页，编辑于2022年，星期六 陶瓷泥浆具有触变性陶瓷泥浆具有触变性 根本原因：根本原因：板状颗粒，板面负电荷，

43、端面正电荷，端板状颗粒，板面负电荷，端面正电荷，端板面相互板面相互吸引，形成吸引，形成“棚架棚架”结构。很多水被包围在棚架中，不能自由流动，结构。很多水被包围在棚架中，不能自由流动，所以泥浆流动性差。搅动逐步打开，静置又渐渐恢复。所以泥浆流动性差。搅动逐步打开，静置又渐渐恢复。图图1-4-14“1-4-14“棚架棚架”结构示意图结构示意图第46页，共118页，编辑于2022年，星期六 由注浆成型对泥浆的要求中看出，有几点是相互矛盾的：由注浆成型对泥浆的要求中看出，有几点是相互矛盾的：如流动度要大往往要加入较多的水，但这就难以满足含水量要少、泥浆如流动度要大往往要加入较多的水，但这就难以满足含水

44、量要少、泥浆要稳定的要求。要稳定的要求。滤过性能好就要适当增加泥浆中的瘠性料，但这样泥浆的稳定性滤过性能好就要适当增加泥浆中的瘠性料，但这样泥浆的稳定性及形成坯体后的强度就会下降。及形成坯体后的强度就会下降。要解决这些矛盾就要寻找各种外加剂，使同样含水量的泥浆变要解决这些矛盾就要寻找各种外加剂，使同样含水量的泥浆变稀的外加剂称为稀释剂。它也可使同样流动度的泥浆含水量减少，稀的外加剂称为稀释剂。它也可使同样流动度的泥浆含水量减少，故又称减水剂。故又称减水剂。第47页，共118页，编辑于2022年，星期六 它能溶于水，并在水中离解为正、负离于，使粘土颗粒板面它能溶于水，并在水中离解为正、负离于，使

45、粘土颗粒板面吸附正离子，颗粒端面吸引负离子，可使端面正电荷中和，甚至吸附正离子，颗粒端面吸引负离子，可使端面正电荷中和，甚至使电荷改性，结果大大减弱了棚架作用。包裹在棚架中的水变成使电荷改性，结果大大减弱了棚架作用。包裹在棚架中的水变成自由水，泥浆粘度大大降低。自由水，泥浆粘度大大降低。作为稀释剂的电解质大多符合以下条件作为稀释剂的电解质大多符合以下条件：1.1.具有水化能力大的一价阳离子，如具有水化能力大的一价阳离子，如NaNa。2.2.能直接离解或水解而提供足够能直接离解或水解而提供足够OHOH，使分散系统呈碱性。，使分散系统呈碱性。3.3.它的阴离子能与粘土中的有害离子形成难溶的盐类或稳

46、定的络它的阴离子能与粘土中的有害离子形成难溶的盐类或稳定的络合物。合物。水玻璃、碳酸钠、焦磷酸钠、腐植酸钠、单宁酸钠、六偏磷酸钠等水玻璃、碳酸钠、焦磷酸钠、腐植酸钠、单宁酸钠、六偏磷酸钠等都符合以上条件。都符合以上条件。第48页，共118页，编辑于2022年，星期六（四）模具（四）模具 多孔模具脱水。多孔模具脱水。纯石膏的分子式纯石膏的分子式CaSOCaSO4 42H2H2 2O O。石膏模具是由半水石膏（石膏模具是由半水石膏（CaSOCaSO4 41/2H1/2H2 20 0）加过量的水调成石膏浆经）加过量的水调成石膏浆经浇注、硬化、干燥而制成的。浇注、硬化、干燥而制成的。半水石膏有半水石膏

47、有型和型和型型之分，之分，半水石膏是在空气中常压炒制的，晶半水石膏是在空气中常压炒制的，晶面孔隙裂纹多、强度低，吸水性强。面孔隙裂纹多、强度低，吸水性强。半水石膏是在蒸汽存在的条件下，半水石膏是在蒸汽存在的条件下，加压蒸煮而得，它的晶粒很少有孔隙和裂纹，制得的模具强度高，但吸水加压蒸煮而得，它的晶粒很少有孔隙和裂纹，制得的模具强度高，但吸水性稍差。很多厂将性稍差。很多厂将、两种石膏混合使用，效果较好。在石膏中加入有两种石膏混合使用，效果较好。在石膏中加入有稀释和增强作用的有机添加剂（腐植酸钠、聚氯乙烯等）可改善石膏模的稀释和增强作用的有机添加剂（腐植酸钠、聚氯乙烯等）可改善石膏模的质量。质量。

48、压力注浆，微孔树脂模具。压力注浆，微孔树脂模具。第49页，共118页，编辑于2022年，星期六三、混凝土和耐火混凝土浆体的成型三、混凝土和耐火混凝土浆体的成型 混合料必须具有较大的流动性，否则制品既无法成型，混凝土混合料必须具有较大的流动性，否则制品既无法成型，混凝土也是疏松的。也是疏松的。增加用水量，即增大水灰比，混凝土水灰比过大，（增加用水量，即增大水灰比，混凝土水灰比过大，（1 1）使混合料）使混合料在运输、浇灌和密实成型过程中容易产生在运输、浇灌和密实成型过程中容易产生离析离析；（；（2)2)在密实成型以后在密实成型以后还会产生严重的泌水现象；还会产生严重的泌水现象；(3)(3)水分蒸

49、发以后，在混凝土内部遗留较多水分蒸发以后，在混凝土内部遗留较多的孔隙，严重降低了混凝土的的孔隙，严重降低了混凝土的强度强度及其它有关的及其它有关的性能性能。密实成型工艺：密实成型工艺：混凝土混合料振动密实成型混凝土混合料振动密实成型 压制密实成型压制密实成型 离心脱水密实成型离心脱水密实成型 第50页，共118页，编辑于2022年，星期六（一）混凝土混合料振动密实成型（一）混凝土混合料振动密实成型 混凝土混合料是在搅拌后不久，水泥的水化反应尚处初期，生成混凝土混合料是在搅拌后不久，水泥的水化反应尚处初期，生成的凝胶体还不丰富，混合料内主要是粗细不匀的固体颗粒。在这种情的凝胶体还不丰富，混合料内

50、主要是粗细不匀的固体颗粒。在这种情况下施加振动，颗粒不断受到冲击力的作用而引起颤动。况下施加振动，颗粒不断受到冲击力的作用而引起颤动。这种颤动使混合料的物理力学性质起了变化：这种颤动使混合料的物理力学性质起了变化：第51页，共118页，编辑于2022年，星期六 （1 1）剪切应力作用使所生成的胶体由凝胶转化为溶胶；）剪切应力作用使所生成的胶体由凝胶转化为溶胶；（2 2）振源所作的功将颗粒的接触点松开，从而破坏了由于毛细）振源所作的功将颗粒的接触点松开，从而破坏了由于毛细管压力所产生的颗粒间的粘结力，以及由于颗粒直接接触而产生的管压力所产生的颗粒间的粘结力，以及由于颗粒直接接触而产生的机械啮合力