[發明專利]一種大型陶瓷件冷等靜壓二次成型方法

有效

• 申請號: 201010168131.2
• 申請日: 2010-05-11
• 公開（公告）號: CN101823286A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 劉先兵
• 申請（專利權）人: 劉先兵
• 主分類號: B28B3/00
• 分類號: B28B3/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 趙楓

技術領域

本發明涉及一種大型陶瓷件冷等靜壓二次成型方法，屬于陶瓷材料成型和制 作領域。

背景技術

冷等靜壓成型是一種常用的陶瓷成型方法，陶瓷粉末冷等靜壓成型后的坯 料密度均勻一致且機械強度高，經高溫燒結后，可得到高致密度且均勻一致的 陶瓷燒結體。

冷等靜壓成型的基本過程是，將陶瓷粉末裝入橡膠套后，密封橡膠套，然 后放入金屬絲網做成的籠中，再浸入冷等靜壓機缸體內的液體中，通過液體從 所有方向等壓壓縮粉體成型，加壓過程緩慢。在壓力作用下，陶瓷粉末在橡膠 套中會收縮成型(如圖1所示)，收縮的百分比取決于陶瓷粉末松散程度。對于 經噴霧造粒后的氧化物陶瓷粉末，收縮比通常在23～25％左右。如果制作中空的 陶瓷件，需要在粉末中放入金屬內芯，如圖2所示。

冷等靜壓機通常極其昂貴，且其缸體內徑及高度越大，價格越高。冷等靜 壓機缸體內徑及高度的大小決定了一個公司能生產的最大的陶瓷件尺寸，成為 公司的一個生產瓶頸。如何利用現有冷等靜壓機，生產出更大尺寸的陶瓷件， 成為很多公司的實際需求。本發明采用二次等靜壓成型的方法，配合相關配方， 使用同一冷等靜壓機，可以使成型的坯料尺寸增加10.0～12.0％。

在已有的相關發明中，二次成型方法被用于改善陶瓷的致密度或均勻性， 制作過程復雜，且設備改進投資大。出版號為JP3162905的日本專利，采用二 次成型，即一次模壓成型，二次冷等靜壓成型的方法，提高了陶瓷產品的致密 度和組織結構的均勻性。但是由于一次成型時采用模壓成型，模壓成型對產品 的長度和長徑比有一定的限制，所以采用此二次成型方法生產的產品不具有大 的尺寸和高的長徑比，無法實現大尺寸陶瓷件的生產。除此之外，因為需要模 壓成型設備的關系，提高設備投資，也增加了材料成本。出版號為US20090256285 A1的美國專利采用了一種類似直接凝固注模成型的二次成型工藝，即一次凝固 注模工藝，二次冷等靜壓成型。這種成型方法最大的優點是可獲得近凈成型的 產品，且產品的致密度高。但是此工藝中工序較多，且除泡工序需要在真空中 進行、干燥工序時對溫度和濕度要求嚴格，所以此工藝投入較大，產品成本也 相當較高。

有關對冷等靜壓成型方法本身的通用性改進的文獻和發明基本是空白。本 發明提出一種冷等靜壓成型方法的改進方法，適用于多種材料和形狀的產品成 型，不增加設備投資，工藝直接簡單。

發明內容

等靜壓機的造價非常昂貴，缸體的內徑和高度決定了一個等靜壓機能制備的 陶瓷件尺寸大小，也是一個企業的在陶瓷件尺寸方面的瓶頸，因此如何利用現 有的等靜壓機制造盡可能大的陶瓷件具有切實的經濟意義。本發明在不需增加 任何額外設備和模具投資的情況下，采用二次成型的方法，可以使成型的陶瓷 坯料最大尺寸增加10.0～12.0％。

氧化物陶瓷在物化造粒后形成的顆粒，在118MPa的成型壓力下，經一次成 型后收縮率在23～25％之間。本發明將整個成型過程分成二次完成，第一次等靜 壓施加20～25MPa的壓力，因粉體開始處于完全松散的狀態，顆粒之間有較大的 空隙，將有較大的收縮率，粉體產生14～16％的收縮。此時物化造粒形成的顆粒 之間的間隙已完全消失，且顆粒產生一定程度的收縮變形，在造粒后粉體顆粒 中粘結劑的作用下緊密結合在一起。在已初步收縮成型的坯料表面以噴霧的方 法噴撒濃度為15.5％的聚乙烯醇，至表面微潮，但無液體在表面。在此基礎上向 膠套內繼續加入粉料，填滿第一次成型過程中收縮形成的空間，再采用118MPa 正常壓力進行二次等靜壓成型，這樣壓制的陶瓷坯料比只有一次等靜壓成型壓 制的制品的尺寸大10.0～12.0％(如圖3所示)，達到充分利用現有設備生產較大 尺寸產品的目的。第一次成型壓力通過收縮率-壓力曲線確定。為保證第一次和 第二次粉末之間好的結合度和成型后坯料均勻度和強度，對造粒后粉體的濕度、 顆粒度、顆粒形狀以及所用粘結劑都有要求，且對不同氧化物陶瓷的要求有所 不同。

附圖說明：

圖1：實心陶瓷坯料一次等靜壓成型示意圖

圖2：空心陶瓷坯料一次等靜壓成型示意圖

圖3：實心陶瓷坯料二次等靜壓成型示意圖

圖4：高純(99.8％)氧化鋁物化造粒后粉體收縮率-壓力曲線