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1、工学无机材料工艺学-陶瓷3-坯料及其成型性能2 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望绪绪 言言2.4 坯料的成型性能坯料的成型性能 陶瓷制品的成型方法主要分三类：陶瓷制品的成型方法主要分三类：可塑法成型可塑法成型基于坯料具有良好的可塑性进行。基于坯料具有良好的可塑性进行。注浆法成型注浆法成型基于坯料具有良好的液态流动性进行。基于坯料具有良好的液态流动性进行。压制法成型压制法成型基于坯料在较大外加压力下具有良好的固态流动基于坯料在较大外加压力下具有良好的固
2、态流动性及结合性完成。性及结合性完成。可塑法成型具有多种实用方法。如：可塑法成型具有多种实用方法。如：拉坯成型拉坯成型2.4 坯料的成型性能坯料的成型性能滚压成型滚压成型2.4 坯料的成型性能坯料的成型性能纯手工围筑塑造成型工艺纯手工围筑塑造成型工艺2.4 坯料的成型性能坯料的成型性能 注浆法成型举例注浆法成型举例空心注浆空心注浆(单面吃浆单面吃浆)2.4 坯料的成型性能坯料的成型性能实心注浆实心注浆(双面吃浆双面吃浆)注浆法成型举例注浆法成型举例2.4 坯料的成型性能坯料的成型性能 压制法成型压制法成型釉面广场砖釉面广场砖 外墙砖外墙砖 一、可塑泥料的成型性能一、可塑泥料的成型性能2.4 坯
3、料的成型性能坯料的成型性能 （一）可塑泥料的流变特性（一）可塑泥料的流变特性 流变学是研究物体流动和变形的科学，综合研究物体的弹性应流变学是研究物体流动和变形的科学，综合研究物体的弹性应变、塑性变形和粘性流动。物体的流变特性系指其在某一时刻所变、塑性变形和粘性流动。物体的流变特性系指其在某一时刻所表现出的应力与应变的定量关系。表现出的应力与应变的定量关系。关于流变学的一些基本知识关于流变学的一些基本知识剪切应力剪切应力表观粘度表观粘度速度梯度速度梯度 可塑法成型和注浆法成型用坯料的性能都涉及它们的流变特性。可塑法成型和注浆法成型用坯料的性能都涉及它们的流变特性。xyv2.4 坯料的成型性能坯料
4、的成型性能 几种基本流体类型几种基本流体类型Shear thinningShear thickening（胀流型流体）（胀流型流体）（假塑性流体）（假塑性流体）（牛顿型流体）（牛顿型流体）（宾汉型流体）（宾汉型流体）y2.4 坯料的成型性能坯料的成型性能一、可塑泥料的成型性能一、可塑泥料的成型性能 （一）可塑泥料的流变特性（一）可塑泥料的流变特性 可塑泥料受应力作用而可塑泥料受应力作用而产生变形时，既有短暂的产生变形时，既有短暂的弹性变形阶段（弹性变形阶段（OA段），段），又有塑性变形阶段。又有塑性变形阶段。但当应力超过弹性形变但当应力超过弹性形变的极限应力值的极限应力值y y之后，泥之后，泥
5、料即产生不可逆的假塑性料即产生不可逆的假塑性变形，且变形量随应力的变形，且变形量随应力的增大而增大增大而增大。oA粘土泥料应力粘土泥料应力应变曲线应变曲线一、可塑泥料的成型性能一、可塑泥料的成型性能 （一）可塑泥料的流变特性（一）可塑泥料的流变特性 若撤除外加应力，则发生假塑若撤除外加应力，则发生假塑性变形的泥料只能部分地恢复原性变形的泥料只能部分地恢复原状态状态(y)，剩下的不可逆变形，剩下的不可逆变形部分部分（n）叫做）叫做“假塑性变形假塑性变形”。n部分是由于泥料中的部分是由于泥料中的矿矿物物颗颗粒粒产产生了相生了相对对位移所致。位移所致。p p和和p 分别为泥料受力出现分别为泥料受力出
6、现裂纹（破坏）时的极限应力值和裂纹（破坏）时的极限应力值和变形量变形量。p p和和 p p的大小取决于所加应的大小取决于所加应力的速度和应力在泥料中扩散的力的速度和应力在泥料中扩散的速度。速度。oA粘土泥料应力粘土泥料应力应变曲线应变曲线一、可塑泥料的成型性能一、可塑泥料的成型性能 （一）可塑泥料的流变特性（一）可塑泥料的流变特性 可塑泥料还具有一个特可塑泥料还具有一个特点，即：当其受外力作点，即：当其受外力作用产生变形后，若维持用产生变形后，若维持其变形量不变，则泥料其变形量不变，则泥料中的应力会逐渐减小直中的应力会逐渐减小直至消失。至消失。将泥料中应力降至一将泥料中应力降至一定值时所经历的
7、时间叫定值时所经历的时间叫做做“应力松弛期应力松弛期”。如果成型时泥料的受力时间比其如果成型时泥料的受力时间比其“应力松弛期应力松弛期”短得多，则在应力短得多，则在应力作用期间内，泥料将来不及产生塑性变形（只产生弹性变形）作用期间内，泥料将来不及产生塑性变形（只产生弹性变形）。反。反之，则将产生塑性变形、且能保持变形后的形状。之，则将产生塑性变形、且能保持变形后的形状。oA粘土泥料应力粘土泥料应力应变曲线应变曲线一、可塑泥料的成型性能一、可塑泥料的成型性能 （一）可塑泥料的流变特性（一）可塑泥料的流变特性 因此，若要使泥料形成所因此，若要使泥料形成所要求坯体外形，成型时就要要求坯体外形，成型时
8、就要使泥料受力时间足够长，且使泥料受力时间足够长，且成型压力应陆续、多次地作成型压力应陆续、多次地作用到泥料上。用到泥料上。在塑性泥料的流变性参数在塑性泥料的流变性参数中，屈服值中，屈服值y y 和最大变形和最大变形量量p 对成型过程具有重要意对成型过程具有重要意义。义。成型性能好的泥料应该具有一个较高的屈服值成型性能好的泥料应该具有一个较高的屈服值y y和足够大的和足够大的p 值。值。前者可以防止刚刚成型好的坯体因偶然的外力作用产生变形；后者可前者可以防止刚刚成型好的坯体因偶然的外力作用产生变形；后者可以保证泥料在成型过程中变形虽大、但又不易产生开裂。以保证泥料在成型过程中变形虽大、但又不易
9、产生开裂。oA粘土泥料应力粘土泥料应力应变曲线应变曲线2.4 坯料的成型性能坯料的成型性能一、可塑泥料的成型性能一、可塑泥料的成型性能 改变泥料的含水量，可以改变泥料的含水量，可以改变其中一个流变参数，但改变其中一个流变参数，但同时也会降低另一个特性参同时也会降低另一个特性参数。如右图所示，数。如右图所示，随着含水量随着含水量增加，增加，y y 减小而减小而p p 却增大。却增大。屈服值屈服值y y和最大变形量和最大变形量p 是相互关联的，且往往相互矛是相互关联的，且往往相互矛盾。盾。因此，一般可以近似地用因此，一般可以近似地用（y yp p）来评价泥料的成型性能，这就是前已述及的）来评价泥料
10、的成型性能，这就是前已述及的“可塑性指标可塑性指标”。对于一定组成的泥料而言，在合适的含水量条件下，这个乘积达。对于一定组成的泥料而言，在合适的含水量条件下，这个乘积达到最大值时，也就意味着它具有最好的成型性能。到最大值时，也就意味着它具有最好的成型性能。某粘土泥料的含水率与其应力某粘土泥料的含水率与其应力应变曲线应变曲线1.矿物组成。矿物组成。就可塑性强弱而言：伊利石就可塑性强弱而言：伊利石 高岭石高岭石 蒙脱石蒙脱石 可塑性良好的粘土泥料一般应具备以下条件可塑性良好的粘土泥料一般应具备以下条件：（1）颗粒细小；）颗粒细小；（2）粘土矿物解理明显或完全，尤其呈片状结构最好；）粘土矿物解理明显
11、或完全，尤其呈片状结构最好；（3）粘土颗粒表面的水化膜较厚。）粘土颗粒表面的水化膜较厚。2.颗粒大小及形状。颗粒大小及形状。含水量含水量%（y p）可可塑塑性性指指数数d=0.2 m0.3 m0.5 m1.5 m3.5 m细颗粒泥料的比表面积大，细颗粒泥料的比表面积大，可塑性亦大。可塑性亦大。板片状、短柱状颗粒的比表板片状、短柱状颗粒的比表面积比球状颗粒的比表面大，面积比球状颗粒的比表面大，故前两种颗粒容易形成面故前两种颗粒容易形成面-面面接触，形成的毛细管力大，接触，形成的毛细管力大，相应的泥料可塑性亦大。相应的泥料可塑性亦大。（二）影响泥料可塑性的因素（二）影响泥料可塑性的因素3.吸附的阳
12、离子种类。吸附的阳离子种类。粘土胶粒之间的斥力（吸引力）影响着泥料的可塑性，而吸引粘土胶粒之间的斥力（吸引力）影响着泥料的可塑性，而吸引力的大小则决定于粘土的阳离子交换容量及吸附的阳离子种类。力的大小则决定于粘土的阳离子交换容量及吸附的阳离子种类。粘土吸附不同阳离子时，其可塑性变化的顺序与阳离子交换粘土吸附不同阳离子时，其可塑性变化的顺序与阳离子交换顺序相同：顺序相同：H-粘土粘土 Al 3+Ba 2+Ca 2+Mg 2+NH+K+Na+Li+可塑性增大可塑性增大4.液相的性质及含量。液相的性质及含量。液相的性质主要涉及液相的液相的性质主要涉及液相的粘度及表面张力。一般地，粘度及表面张力。一般
13、地，高粘度和高表面张力的液体高粘度和高表面张力的液体介质能够提高泥料的可塑性。介质能够提高泥料的可塑性。表面张力表面张力可可塑塑性性（二）影响泥料可塑性的因素（二）影响泥料可塑性的因素一、可塑泥料的成型性能一、可塑泥料的成型性能4.液相的性质及含量。液相的性质及含量。（二）影响泥料可塑性的因素（二）影响泥料可塑性的因素 液液相相含含量量对对泥泥料料可可塑塑性性的的影影响响如如右右图图所所示示：随随着着含含水水量量增增加加，泥泥料料的的屈屈服服值值降降低低，最最大大变变形形量量增增大大。而而最最大大可可塑塑性性指指数数（标标）则则对对应应于于一一个个最最佳佳含含水量。水量。2.4 坯料的成型性能
14、坯料的成型性能二、注浆坯料（泥浆）的成型性能二、注浆坯料（泥浆）的成型性能1.陶瓷泥浆的流变曲线陶瓷泥浆的流变曲线 （一）陶瓷泥浆的流变特性（一）陶瓷泥浆的流变特性1.可塑粘土泥浆可塑粘土泥浆2.骨灰浆体骨灰浆体3.石石英英浆浆体体(近近似似牛顿型牛顿型)4.氧氧化化铝铝浆浆体体（胀胀流型）流型）5.加加入入了了碱碱的的可可塑塑粘土泥浆粘土泥浆二、注浆坯料（泥浆）的成型性能二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2.影响泥浆流变性质的因素影响泥浆流变性质的因素 （一）陶瓷泥浆的流变特性（一）陶瓷泥浆的流变特性（1）泥浆浓度）泥浆浓度 如右图所示。如右图所示。泥浆浓泥浆浓度增大时，度增大时，流变曲线流变曲
15、线的形状基本上不变，的形状基本上不变，只是曲线位置右移，只是曲线位置右移，意味着泥浆获得相同意味着泥浆获得相同剪切速率所需施加的剪切速率所需施加的应力增大，亦即泥浆应力增大，亦即泥浆的的屈服值增大屈服值增大。二、注浆坯料（泥浆）的成型性能二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2.影响泥浆流变性质的因素影响泥浆流变性质的因素（2）固相颗粒的大小及其分布。）固相颗粒的大小及其分布。就固相颗粒的细度而言，陶瓷泥浆是介于溶胶就固相颗粒的细度而言，陶瓷泥浆是介于溶胶悬浮体悬浮体粗分散粗分散体系之间的一种特殊固液系统，其粒度分布范围大致在体系之间的一种特殊固液系统，其粒度分布范围大致在2000.2 m之之间。其中
16、胶体颗粒（。其中胶体颗粒（0.2 m）很少，但小颗粒（主要由）很少，但小颗粒（主要由粘土矿物引入）是悬浮体中大颗粒的分散剂，以及大中颗粒移动粘土矿物引入）是悬浮体中大颗粒的分散剂，以及大中颗粒移动时的润滑剂。因此，泥浆体系中大小颗粒之比和颗粒的分布范围时的润滑剂。因此，泥浆体系中大小颗粒之比和颗粒的分布范围均对泥浆流变性质起着决定性作用，影响情况复杂。均对泥浆流变性质起着决定性作用，影响情况复杂。（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。加入电解质是调节泥浆流变性和稳定性的有效方法。电解质的种加入电解质是调节泥浆流变性和稳定性的有效
17、方法。电解质的种类及加入量对泥浆流变性质均影响显著。类及加入量对泥浆流变性质均影响显著。单独加入单独加入Na2CO3 的高岭土泥浆的流变曲线的高岭土泥浆的流变曲线 加入量加入量1%时，流变曲线形状没有太大改变，屈服值降时，流变曲线形状没有太大改变，屈服值降低也不明显。低也不明显。加加入入量量为为 2%时时，泥泥浆浆解解凝凝程程度度最最大大，屈服值降到最低。屈服值降到最低。过过分分解解凝凝时时（2%），粘粘度度重重新新增增大大。=/.=/.说说明明电电解解质质的的加加入入量量存存在一个最佳值。在一个最佳值。2.影响泥浆流变性质的因素影响泥浆流变性质的因素（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种
18、类及数量）。）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。2.影响泥浆流变性质的因素影响泥浆流变性质的因素（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。单独加入单独加入 六偏磷酸钠六偏磷酸钠 的高岭土泥浆的流变曲线的高岭土泥浆的流变曲线 解凝效果比碳酸钠解凝效果比碳酸钠更好，仅需加入更好，仅需加入 0.5%即可达到最大即可达到最大解凝效果解凝效果屈服值屈服值降到零。降到零。过分解凝时（过分解凝时（2%），粘度重新增大。），粘度重新增大。=/.=/.加加入入量量 2%时时，泥泥浆浆呈呈胀胀流流型型流流体体特特征征。加加入入量量2%后后
19、，泥泥浆浆变变为为塑塑性性流流体体。加加入入量量为为 2%时时，泥泥浆浆近近乎乎牛牛顿顿流体。流体。2.4 坯料的成型性能坯料的成型性能 几种基本流体类型几种基本流体类型Shear thinningShear thickening（胀流型流体）（胀流型流体）（假塑性流体）（假塑性流体）（牛顿型流体）（牛顿型流体）复合加入复合加入Na2CO3 和和 Na2SiO3（1：1）的高岭土泥浆的流变曲线的高岭土泥浆的流变曲线 随着加入量的增大，泥浆粘度不断减小。随着加入量的增大，泥浆粘度不断减小。加入量为加入量为 2%时，时，泥浆解凝程度最大，泥浆解凝程度最大，屈服值接近于零，触屈服值接近于零，触变环最
20、小，泥浆近似变环最小，泥浆近似牛顿流体。牛顿流体。过分解凝时过分解凝时（2%），粘度重新增，粘度重新增大（大（=/=/）.触变环也变大。触变环也变大。2.影响泥浆流变性质的因素影响泥浆流变性质的因素（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。二、注浆坯料（泥浆）的成型性能二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2.影响泥浆流变性质的因素影响泥浆流变性质的因素（3）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。）电解质的种类和加入量（吸附的阳离子种类及数量）。瓷器泥浆含有瓷器泥浆含有较多的瘠性原料。较多的瘠性原料。随着碳酸钠的随着碳酸钠的加入量
21、增大，泥加入量增大，泥浆由假塑性流态浆由假塑性流态改变为胀流型流改变为胀流型流体。体。瓷器泥浆（含水率瓷器泥浆（含水率31%）加入）加入Na2CO3 的流变曲线的流变曲线2.影响泥浆流变性质的因素影响泥浆流变性质的因素（3）电解质的）电解质的种类和加入量。种类和加入量。d)过分解凝态。近过分解凝态。近似牛顿型流体，重似牛顿型流体，重现触变环，粘度比现触变环，粘度比(c)态大得多态大得多。0%0.4%0.8%1.2%(a)(b)(c)(d)精陶泥浆加入精陶泥浆加入Na2SiO3 的流变曲线的流变曲线a)絮凝态絮凝态,近似宾近似宾汉型流体。汉型流体。b)部分解凝态。呈部分解凝态。呈有一定屈服值的假
22、有一定屈服值的假塑性流体，触变性塑性流体，触变性最大。最大。c)完全解凝态。近完全解凝态。近似牛顿型流体，无似牛顿型流体，无触变环。触变环。二、注浆坯料（泥浆）的成型性能二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2.影响泥浆流变性质的因素影响泥浆流变性质的因素（4）陈腐处理。）陈腐处理。新制的泥浆其流变性能是不稳定的，往往需要陈腐一段时间新制的泥浆其流变性能是不稳定的，往往需要陈腐一段时间才能稳定。陈腐过程中，粘度和屈服值有所增大。才能稳定。陈腐过程中，粘度和屈服值有所增大。1h24h120h288h432h剪剪切切速速率率剪切应力剪切应力二、注浆坯料（泥浆）的成型性能二、注浆坯料（泥浆）的成型性能2.影
23、响泥浆流变性质的因素影响泥浆流变性质的因素（5）泥浆的泥浆的 pH值。值。随着介质随着介质 pH值的不同，值的不同，板片状粘土颗粒的边板片状粘土颗粒的边面所带的电荷情况发面所带的电荷情况发生变化，从而会影响生变化，从而会影响泥浆中胶粒之间的作泥浆中胶粒之间的作用力，以及颗粒之间用力，以及颗粒之间的架构形式，进而影的架构形式，进而影响泥浆的粘度和响泥浆的粘度和屈服值。屈服值。2.影响泥浆流变性质的因素影响泥浆流变性质的因素（6）粘土吸附的可溶性盐类粘土吸附的可溶性盐类自自然然界界中中的的粘粘土土一一般般都都会会吸吸附附一一些些可可溶溶性性盐盐类类，如如碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属的的氯氯化化
24、物物、硫硫酸酸盐盐等等，它它们们对对泥泥浆浆粘粘度度的的影响各有不同。影响各有不同。泥泥浆浆粘粘度度可溶性盐类含量与泥浆粘度的关系可溶性盐类含量与泥浆粘度的关系NaOHNa2SO4CaCl2MgCl2NaCl二、注浆坯料（泥浆）的成型性能二、注浆坯料（泥浆）的成型性能 （二）影响泥浆浇注性能的因素（二）影响泥浆浇注性能的因素1.流动性。流动性。泥浆的浇注性能包括泥浆的流动性、成坯速度、脱模难易性、泥浆的浇注性能包括泥浆的流动性、成坯速度、脱模难易性、湿坯坯强度及可加工性。湿坯坯强度及可加工性。影响泥浆流动性的因素包括：影响泥浆流动性的因素包括：（1）泥浆浓度。）泥浆浓度。浓泥浆的流动性差，但若
25、泥浆太稀，浇注成型时成坯浓泥浆的流动性差，但若泥浆太稀，浇注成型时成坯速度会降低，且坯体强度低，干燥收缩变大。速度会降低，且坯体强度低，干燥收缩变大。（2）固相颗粒的大小及形状。）固相颗粒的大小及形状。对于一定浓度的泥浆而言，固相颗粒越细对于一定浓度的泥浆而言，固相颗粒越细颗粒间平均间距越小、颗粒间平均间距越小、水化膜也越厚水化膜也越厚吸引力增大、流动阻力增大吸引力增大、流动阻力增大流动性减小。流动性减小。此外，非球形颗粒比球形或等轴颗粒的移动阻力大，即流动性较低。此外，非球形颗粒比球形或等轴颗粒的移动阻力大，即流动性较低。（二）影响泥浆浇注性能的因素（二）影响泥浆浇注性能的因素1.流动性。流
26、动性。（3）泥浆温度。）泥浆温度。温度提高，致分散介质的粘度降低，温度提高，致分散介质的粘度降低，流动性增大。流动性增大。（4）粘土的处理工艺。）粘土的处理工艺。实践经验表明，将粘土先经适当的实践经验表明，将粘土先经适当的干燥后再调制成浆，有助于改善泥浆的流动性。这与干燥前后的干燥后再调制成浆，有助于改善泥浆的流动性。这与干燥前后的粘土表面吸附的离子溶剂化水膜厚度有关。粘土表面吸附的离子溶剂化水膜厚度有关。在含水量一定的情况下，胶团中结合水量少，将使体系中自由水在含水量一定的情况下，胶团中结合水量少，将使体系中自由水量增多，流动性增大。量增多，流动性增大。粘粘 粒粒粘粘 粒粒粘粘 粒粒Na+N
27、a+Na+水化膜水化膜水化膜水化膜原状态原状态脱水后脱水后再水化再水化 （二）影响泥浆浇注性能的因素（二）影响泥浆浇注性能的因素1.流动性。流动性。影响泥浆流动性的因素包括：影响泥浆流动性的因素包括：（5）泥浆的）泥浆的 pH值。值。对于瘠性料浆，调节其对于瘠性料浆，调节其 pH值是控制其值是控制其流动性与稳定性的重要方法。流动性与稳定性的重要方法。Al2O3 料浆的料浆的-电位（虚线）及粘度（实线）与电位（虚线）及粘度（实线）与pHpH值的关系值的关系26108400.11.010.0100.050100150200粘粘度度，Pa.s-电电位位，m mV VpH （二）影响泥浆浇注性能的因素
28、（二）影响泥浆浇注性能的因素影响泥浆流动性的因素包括：影响泥浆流动性的因素包括：（6）电解质的作用）电解质的作用影响粘土影响粘土水系统的胶团双电层的水系统的胶团双电层的厚度及厚度及-电位大小电位大小。2.成坯速度（模型吸浆速度）成坯速度（模型吸浆速度）实验证明，注浆成型时，经过一定时间后，模型表面形成一定厚度的实验证明，注浆成型时，经过一定时间后，模型表面形成一定厚度的坯体层后，注件的成坯速度主要由水分通过坯体层扩散到模型表面的坯体层后，注件的成坯速度主要由水分通过坯体层扩散到模型表面的速度所控制。速度所控制。由理论推导可得出，坯体的成坯厚度与时间的关系为：由理论推导可得出，坯体的成坯厚度与时
29、间的关系为：D=K t 1/2Dt式中式中 K 为吸浆（成坯）速度常数。它为吸浆（成坯）速度常数。它与下列因素有关：与下列因素有关：（二）影响泥浆浇注性能的因素（二）影响泥浆浇注性能的因素2.成坯速度（模型吸浆速度）成坯速度（模型吸浆速度）D=K t 1/2K 与下列因素有关：与下列因素有关：(1)坯体层中的气孔率（或固相颗粒填充率）。坯体层中的气孔率（或固相颗粒填充率）。(2)泥浆细度。泥浆细度。(3)泥浆温度（液相介质的粘度）。泥浆温度（液相介质的粘度）。成成坯坯速速度度常常数数颗粒填充率颗粒填充率颗粒比表面积颗粒比表面积泥浆温度泥浆温度 （二）影响泥浆浇注性能的因素（二）影响泥浆浇注性能
30、的因素2.成坯速度（模型吸浆速度）成坯速度（模型吸浆速度）D=K t 1/2K 与下列因素有关：与下列因素有关：(4)泥浆浓度。泥浆浓度。(5)注浆压力（坯体层两侧的压差）。注浆压力（坯体层两侧的压差）。注浆压力注浆压力成成坯坯速速度度常常数数泥浆含水率泥浆含水率 （二）影响泥浆浇注性能的因素（二）影响泥浆浇注性能的因素3.脱模性。脱模性。模型吸浆结束后，坯体将随其所含水分的减少而产生收缩，从而与模型吸浆结束后，坯体将随其所含水分的减少而产生收缩，从而与模型分离。脱模性是指坯体脱离模型的难易性。当然，前提是脱模模型分离。脱模性是指坯体脱离模型的难易性。当然，前提是脱模后的坯体形状保持稳定。后的
31、坯体形状保持稳定。脱模性的表征指标脱模性的表征指标离模系数离模系数 G。G=吸浆完毕至离模时，坯体中固相颗粒所占体积百分数的变化。吸浆完毕至离模时，坯体中固相颗粒所占体积百分数的变化。G 是一个随时间增大的量。实际上，是一个随时间增大的量。实际上，G 亦代表了湿坯体的干燥速度。亦代表了湿坯体的干燥速度。G 越大且随时间增加越快，意味着坯体越容易脱模，反之亦然。越大且随时间增加越快，意味着坯体越容易脱模，反之亦然。但实际生产中只是要求但实际生产中只是要求 G 适当大。若适当大。若 G太大，则坯体在模型内干燥速太大，则坯体在模型内干燥速度快、收缩大，难免产生开裂。度快、收缩大，难免产生开裂。影响影
32、响 G的因素有：的因素有：坯体的致密程度（气孔率）；坯体的形状、坯体的致密程度（气孔率）；坯体的形状、厚度；模型厚度；模型坯体的界面结合强度。坯体的界面结合强度。（二）影响泥浆浇注性能的因素（二）影响泥浆浇注性能的因素4.湿坯强度及可加工性。湿坯强度及可加工性。刚脱模时的湿坯强度主要与坯体的含水率、颗粒细度等因素有关。刚脱模时的湿坯强度主要与坯体的含水率、颗粒细度等因素有关。刚脱模后的注浆成型坯体，其在坯体层厚度上存在明显的水分浓度刚脱模后的注浆成型坯体，其在坯体层厚度上存在明显的水分浓度梯度梯度(如下图示如下图示)，但随着干燥时间的延长，该水分浓度梯度逐渐减，但随着干燥时间的延长，该水分浓度
33、梯度逐渐减小。小。abcd123422242628坯坯体体含含水水率率，%距模型表面的距离，距模型表面的距离，mm湿坯体的可加工性湿坯体的可加工性主要取决于其强度。主要取决于其强度。（三）注浆成型过程中的物理化学变化（三）注浆成型过程中的物理化学变化1.物理脱水过程物理脱水过程 石膏模中的毛细管力是泥浆脱水过程的推动力。其大小取决石膏模中的毛细管力是泥浆脱水过程的推动力。其大小取决于模型中于模型中毛细管的数量、分布及其半径大小毛细管的数量、分布及其半径大小，以及，以及水的表面张水的表面张力力大小。它决定了浇注前期的成坯速度。大小。它决定了浇注前期的成坯速度。模型中毛细管两端模型中毛细管两端的压
34、差（推动力）：的压差（推动力）：P=2/r/r。采用石膏模浇注成型时，既有物理的脱水过程，在模具表面也采用石膏模浇注成型时，既有物理的脱水过程，在模具表面也存在化学的凝聚淀析反应过程。但对坯体形成起主要作用的是物存在化学的凝聚淀析反应过程。但对坯体形成起主要作用的是物理脱水过程。理脱水过程。但当模型表面形成了一定厚度的坯体后，脱水过程的阻力就但当模型表面形成了一定厚度的坯体后，脱水过程的阻力就主要来自于坯体层，即成坯速度变为由水分透过坯体层的扩散主要来自于坯体层，即成坯速度变为由水分透过坯体层的扩散速度所控制速度所控制。（三）注浆成型过程中的物理化学变化（三）注浆成型过程中的物理化学变化1.物
35、理脱水过程物理脱水过程 坯体层所产生的阻力大小决定于其致密度（气孔率）和泥浆性坯体层所产生的阻力大小决定于其致密度（气孔率）和泥浆性质质。泥浆如含塑性粘土越多、瘠性原料越少，固相颗粒越细，则。泥浆如含塑性粘土越多、瘠性原料越少，固相颗粒越细，则会使坯体层的密度越高，水分透过的阻力越大。会使坯体层的密度越高，水分透过的阻力越大。另外，石膏模中的毛细管的大小及分布与模型制造时的另外，石膏模中的毛细管的大小及分布与模型制造时的“水水/膏膏”比值密切相关。实验表明，当比值密切相关。实验表明，当 水水/膏膏=78/100 时，注浆过程时，注浆过程的总阻力最小，相应地，成坯速度最大。如水的总阻力最小，相应
36、地，成坯速度最大。如水/膏膏 78/100，则，则模型中形成的毛细管少，模型阻力大；反之，则是坯体层形成的模型中形成的毛细管少，模型阻力大；反之，则是坯体层形成的阻力较大。阻力较大。（三）注浆成型过程中的物理化学变化（三）注浆成型过程中的物理化学变化1.物理脱水过程物理脱水过程注浆过程的阻力变化与吸浆（成坯）速度的关系注浆过程的阻力变化与吸浆（成坯）速度的关系吸浆速度吸浆速度模型阻力模型阻力坯体阻力坯体阻力总阻力总阻力 （三）注浆成型过程中的物理化学变化（三）注浆成型过程中的物理化学变化2.化学凝聚过程化学凝聚过程泥浆浇注成型时，会在泥浆泥浆浇注成型时，会在泥浆石膏模界面上发生如下离子石膏模界
37、面上发生如下离子交换反应：交换反应：Na-粘土粘土+CaSO4+Na2SiO3 Ca-粘土粘土+Na2SO4+CaSiO3结果使靠近模壁面处的泥浆变为结果使靠近模壁面处的泥浆变为Ca-粘土粘土 泥浆，并发生聚沉，同泥浆，并发生聚沉，同时生成时生成 CaSiO3沉淀促使反应不断向右进行。生成的沉淀促使反应不断向右进行。生成的Na2SO4 则则随水分进入模型毛细孔中，烘干时又从中析出。随水分进入模型毛细孔中，烘干时又从中析出。Na-粘土泥浆对石膏模型工作面的溶蚀，一方面将使石膏模工作粘土泥浆对石膏模型工作面的溶蚀，一方面将使石膏模工作面逐渐变得粗糙和凹凸不平，另一方面也会逐渐降低石膏模的面逐渐变得
38、粗糙和凹凸不平，另一方面也会逐渐降低石膏模的机械强度。机械强度。2.4 坯料的成型性能坯料的成型性能三、压制成型用粉料的成型性能三、压制成型用粉料的成型性能1.粒度及粒度分布粒度及粒度分布 （一）粉料的工艺性质（一）粉料的工艺性质粒度：通常以颗粒半径或直径表示。非球形颗粒的大小可用一个等效粒度：通常以颗粒半径或直径表示。非球形颗粒的大小可用一个等效半径表示。半径表示。2.粉料的堆积特性粉料的堆积特性单一粒径的颗粒堆积密度低，单一粒径的颗粒堆积密度低，而有适当颗粒级配的粉料的堆而有适当颗粒级配的粉料的堆积密度大。积密度大。中粒中粒粗粒粗粒细粒细粒35%32%32%32%29%26%23%粗颗粒粗
39、颗粒 50%中颗粒中颗粒 10%细颗粒细颗粒 40%等效半径系指与非球形颗粒等体积的球体之半径。等效半径系指与非球形颗粒等体积的球体之半径。3.粉料的拱桥效应粉料的拱桥效应 （一）粉料的工艺性质（一）粉料的工艺性质4.粉料的含水率及水分分布粉料的含水率及水分分布均匀性均匀性 生产要求是：含水率适当，且水分分布均匀。生产要求是：含水率适当，且水分分布均匀。粉料堆积时的拱桥效应粉料堆积时的拱桥效应粉料堆积体中，颗粒相互搭接，形成粉料堆积体中，颗粒相互搭接，形成拱桥形空隙的现象叫做拱桥效应。拱桥形空隙的现象叫做拱桥效应。粗大、光滑的球形颗粒堆积时，不粗大、光滑的球形颗粒堆积时，不易形成拱桥效应。相反
40、，细颗粒重易形成拱桥效应。相反，细颗粒重量小，比表面大，颗粒间附着力大，量小，比表面大，颗粒间附着力大，容易形成拱桥，尤其是当颗粒呈不容易形成拱桥，尤其是当颗粒呈不规则的多面体时。规则的多面体时。三、压制成型用粉料的成型性能三、压制成型用粉料的成型性能 （一）粉料的工艺性质（一）粉料的工艺性质自然堆积的粉料外形自然堆积的粉料外形5.粉料的流动性粉料的流动性 自然休止角自然休止角的概念。的概念。粉料的流动性可用其粉料的流动性可用其自然休止角自然休止角来表征。一来表征。一般粉料的般粉料的角为角为2040.粉料的流动性与其粒度粉料的流动性与其粒度分布、干湿程度、颗粒大小分布、干湿程度、颗粒大小及形状
41、、以及颗粒的表面状及形状、以及颗粒的表面状态等因素有关。态等因素有关。流动性差的粉料会影响其在模具中的充填速度和密实度，流动性差的粉料会影响其在模具中的充填速度和密实度，进而影响坯体的成型质量。进而影响坯体的成型质量。三、压制成型用粉料的成型性能三、压制成型用粉料的成型性能 （二）粉料的致密化过程（二）粉料的致密化过程1.密度的变化密度的变化陶瓷粉料在受压密实的过程中，陶瓷粉料在受压密实的过程中，其密度变化一般可分为三个阶其密度变化一般可分为三个阶段，如右图所示。段，如右图所示。坯体密度随成型压力的变化坯体密度随成型压力的变化（对于塑性粉料，图中阶段（对于塑性粉料，图中阶段2是极不明显是极不明
42、显的，几乎不存在。）的，几乎不存在。）阶段阶段1：松散堆积的粉料在外压：松散堆积的粉料在外压作用下，迅速填充空隙，使密度作用下，迅速填充空隙，使密度迅速增大。迅速增大。阶段阶段2：压力增大，但未达到颗：压力增大，但未达到颗粒的极限变形压力，还不足以使粒的极限变形压力，还不足以使颗粒产生严重的变形或断裂，不颗粒产生严重的变形或断裂，不能形成面能形成面面接触，故密度增大面接触，故密度增大缓慢。缓慢。三、压制成型用粉料的成型性能三、压制成型用粉料的成型性能 （二）粉料的致密化过程（二）粉料的致密化过程1.密度的变化密度的变化坯体密度随成型压力的变化坯体密度随成型压力的变化（对于塑性粉料，图中阶段（对
43、于塑性粉料，图中阶段2是极不明显是极不明显的，几乎不存在。）的，几乎不存在。）阶阶段段3：当当压压力力增增大大超超过过颗颗粒粒的的极极限限变变形形压压力力后后，将将使使颗颗粒粒产产生生严严重重的的变变形形或或断断裂裂，形形成成面面面面接接触触，甚甚至至再再次次进进行行一一定定程程度度的的位位移移、重重排排，使使坯坯体体中中的的残残留留空空隙隙基基本本得得以以排排除除，从从而而在在此此引引起起坯坯体体密密度度的的显著增大。显著增大。（二）粉料的致密化过程（二）粉料的致密化过程1.密度的变化密度的变化粉料在单面受压成型过程中，任一时刻粉料在单面受压成型过程中，任一时刻 t 时坯体中的残余空隙率时坯
44、体中的残余空隙率可用下式表示：可用下式表示：(VVth)=(V0Vth)e kpt/式中：式中：Vth极限空隙率（理论空隙率），在粉料性能和加极限空隙率（理论空隙率），在粉料性能和加压工艺参数一定的情况下可视为常数，理想情况下压工艺参数一定的情况下可视为常数，理想情况下Vth=0.V0、V分别为受压时间为分别为受压时间为0、t 时的空隙率。显然时的空隙率。显然 V0、V Vth。P成型压力。成型压力。粉料的内摩擦力。粉料的内摩擦力。k与模具形状、粉料性质有关的比例系数。与模具形状、粉料性质有关的比例系数。（二）粉料的致密化过程（二）粉料的致密化过程1.密度的变化密度的变化(VVth)=(V0V
45、th)e kpt/（5）坯体（模具）形状、尺寸及粉料性质也会影响坯体的成型）坯体（模具）形状、尺寸及粉料性质也会影响坯体的成型密度及密度均匀性。密度及密度均匀性。由上式可知：由上式可知：（1）粉料装模时的自然堆积空隙率）粉料装模时的自然堆积空隙率 V0 越小，则成型后的坯体空越小，则成型后的坯体空隙率隙率 V 也越小。因此，因尽量提高粉料在模具中的堆积密度。也越小。因此，因尽量提高粉料在模具中的堆积密度。（2）增大成型压力）增大成型压力P，可使，可使 V 减小。但实际生产中往往受到设备减小。但实际生产中往往受到设备本身的限制。本身的限制。（3）延长受压时间）延长受压时间 t 可减小可减小 V,
46、但这会降低产量。但这会降低产量。（4）减小粉料颗粒的内摩擦力）减小粉料颗粒的内摩擦力，可使，可使 V 减小。减小。（二）粉料的致密化过程（二）粉料的致密化过程（1）采取适当的造粒工艺，使粉料具有合理的颗粒级配和良）采取适当的造粒工艺，使粉料具有合理的颗粒级配和良好的流动性。好的流动性。（2）添加适当的外加剂以减小粉料颗粒间内摩擦力）添加适当的外加剂以减小粉料颗粒间内摩擦力。（3）在设备性能允许的前提下，适当增大成型压力）在设备性能允许的前提下，适当增大成型压力P。提高坯体密度的有效工艺途径：提高坯体密度的有效工艺途径：2.强度的变化强度的变化坯体强度与成型压力的关系坯体强度与成型压力的关系成型
47、压力成型压力坯坯体体强强度度123陶瓷粉料在受压密实过程中，陶瓷粉料在受压密实过程中，形成的坯体强度随着压力的增形成的坯体强度随着压力的增大也可大致分为三个阶段，如大也可大致分为三个阶段，如右图所示。右图所示。（二）粉料的致密化过程（二）粉料的致密化过程2.强度的变化强度的变化坯体强度与成型压力的关系坯体强度与成型压力的关系成型压力成型压力坯坯体体强强度度123阶段阶段1：虽然此阶段坯体的气：虽然此阶段坯体的气孔率减小，密度明显增大，孔率减小，密度明显增大，但坯体颗粒仍未发生足够的但坯体颗粒仍未发生足够的变形，故颗粒间的接触面积变形，故颗粒间的接触面积仍小，坯体强度不大。仍小，坯体强度不大。阶
48、段阶段2：由于压力增大，颗粒：由于压力增大，颗粒变形严重，接触面积大大增变形严重，接触面积大大增加，故坯体强度增加迅速。加，故坯体强度增加迅速。阶段阶段3：坯体密度趋于稳定，故：坯体密度趋于稳定，故强度变化也逐渐趋于稳定。强度变化也逐渐趋于稳定。不言而喻，坯体的强度和密度是正比关系：不言而喻，坯体的强度和密度是正比关系：SD三、压制成型用粉料的成型性能三、压制成型用粉料的成型性能 （二）粉料的致密化过程（二）粉料的致密化过程3.坯体中的压力分布（密度差别）坯体中的压力分布（密度差别）单面加压时坯体内部的压力分布情况示意图单面加压时坯体内部的压力分布情况示意图H/D=0.43H/D=1.66压制
49、成型时，由于粉料颗粒间的内摩擦力，以及粉料和模壁间的压制成型时，由于粉料颗粒间的内摩擦力，以及粉料和模壁间的外摩擦力的存在，会造成成型压力的损失，从而造成坯体中压力外摩擦力的存在，会造成成型压力的损失，从而造成坯体中压力分布的不均匀，最终造成坯体的密度不均匀。分布的不均匀，最终造成坯体的密度不均匀。而且，制品的高径比（而且，制品的高径比（H/D）越大，这种）越大，这种不均匀性越严重。不均匀性越严重。坯体各部位的的密度坯体各部位的的密度如果相差太大，则在干如果相差太大，则在干燥和烧成时容易因收缩燥和烧成时容易因收缩不一致而产生变形。不一致而产生变形。（三）影响压制成型坯体质量的因素（三）影响压制
50、成型坯体质量的因素1.成型压力成型压力 成型压力的确定，一要考虑坯料的性能，二要考虑坯体的大成型压力的确定，一要考虑坯料的性能，二要考虑坯体的大小、形状及厚薄，以及坯体的质量（强度）要求。小、形状及厚薄，以及坯体的质量（强度）要求。压制成型时所施加的压力主要用于克服以下两个阻力：压制成型时所施加的压力主要用于克服以下两个阻力：（1）粉料的内摩擦力和使粉料变形的阻力；）粉料的内摩擦力和使粉料变形的阻力；（2）粉料与模壁的摩擦力（外摩擦力）。）粉料与模壁的摩擦力（外摩擦力）。单面加压单面加压双面同时加压双面同时加压双面先后加压双面先后加压各方均匀加压各方均匀加压2.加压方式加压方式三、压制成型用粉