2024年2月22日发(作者：)
第３５卷第４期 ２０１２年８月 山东陶瓷 ＳＨＡＮＤｏＮＧ ＣＥＲＡＭＩＣＳ Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１２ ·经验交流· 浅析陶瓷收缩率与成形压力、坯体密度的关系 吴伶俐，宋宾 （淄博华创精细陶瓷有限公司，淄博２５５０８６） 摘 要 本文研究了特种陶瓷原料在不同压力下等静压成形后坯体密度的变化和坯体烧 成后的收缩率变化规律，结果表明等静压成形压力越大，坯体密度越大，烧结后的收缩率越小； 对于同类原料，烧失率越大，烧成收缩率越大。 关键词 等静压；成形压力；坯体密度；收缩率；烧失率 中图分类号：ＴＱ１７４．７５ 文献标识码：Ａ 特种陶瓷产品性能优异，具有高强度、高硬 表１ 原料编号 实验所用主要原料 成份含量 原料状态 度、高耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐高压等特点，可以 适应金属和高分子材料难以承受的环境和工况条 件，因此被广泛用于石油、化工、航空航天、军工、 电力、冶金、矿山、纺织、机械等领域。 目前等静压成形方法因其诸多优点成为特种 ｌ号 ２号 ３号 ４号 ＡｌｅＯ３≥９５ Ａ１ｚ（）。≥９５ 符合工艺要求的造粒粉 符合工艺要求的造粒粉 Ｚｒ（Ｈｆ）０２＋Ｙ２０３≥９９．５ 符合工艺要求的造粒粉 Ｚｒ（Ｈｆ）ｏ２＋ＹｚＯ３≥９９．５ 符合工艺要求的造粒粉 陶瓷行业应用较普遍的成形方法，在生产特种陶 瓷的过程中，等静压成形压力和烧成收缩率是两 个非常重要的工艺参数，直接关系到陶瓷制品的 表２ 名称 等静压机 实验所用器具 用途 试样成形 材料性能、尺寸公差以及成品率，工艺参数稍有波 动，尺寸稍有偏差将导致产品报废。因此，研究等 静压成形压力、坯体密度和烧成收缩的关系，保证 特种陶瓷生产工艺的稳定，从而保证原料烧成收 硅钼棒高温箱式炉 分析天平 试样烧结 测坯体质量、密度 检测坯体和瓷件的尺寸 １５０珊珊游标卡尺 缩率的稳定，对特种陶瓷生产企业具有非常现实 的指导意义。本文以两种９５氧化铝和两种钇稳 定氧化锆喷雾造粒粉为原料，分别在不同压力下 １．２实验所用器具 等静压成形、然后测定其坯体密度，再进行烧结测 其烧成后收缩率，根据检测的结果探讨烧成收缩 率与等静压成形压力、坯体密度的变化规律，从而 为保持特种陶瓷的烧成收缩率的稳定指出了一条 有效的途径。 实验所用器具见表２。 １．３实验流程 等静压成形坯体一测坯体的质量、尺寸和密 度一按烧成制度烧成一测烧结后的瓷件质量、尺 寸和密度 １．４ 实验步骤 １ 主要试验 １．１实验所用原料 模型：采用西２Ｏ×２０的柱形等静压成形模具 （多个），进行编号１～２４号，每种原料使用６个模 具。 实验所用主要原料见表１。 填料：将以上４种造粒粉分别装填到柱形模 具中，注意填料均匀一致。 收稿日期：２０１２—０６一ｌＯ
３２ 山东陶瓷 第３５卷 表３ 不同原料的烧失率 成形：将装好原料的模具一起放入冷等静压 机中进行等静压成形，成形压力９０ＭＰａ，保压时 间为３ｍｉｎ。 出模：等静压完毕，取出成形好的坯体。 检测：检测成形后的坯体质量、尺寸和密度。 烧成：将测好质量和尺寸的坯体放入硅钼棒 高温箱式炉中按设定好的烧成曲线进行常压烧 结，达到烧结温度后保温２ｈ，然后随炉自然冷却。 出炉：将烧好的样品取出，将烧结后的试样检 测质量、尺寸。 改变等静压成形压力分别在１２０ＭＰａ、 １５０ＭＰａ、１８０ＭＰａ的压力下重复上述步骤。 １．５检测 坯体密度的测定： 采用ＱＢ／Ｔ １６４２《陶瓷坯体显气孔率、体积 密度测试方法》即排油法测定陶瓷坯体的密度。 烧失率的测定： 用分析天平分别称取坯体烧结前后的质量， 然后用灼烧减量的公式计算得出结果，保留两位 小数。计算公式如下： 烧失率（Ｉ × Ｏ０ （１） 烧成收缩率的测定： 用游标卡尺分别测得坯体烧结前后的直径和 高度，然后用收缩率的公式计算得出结果，保留两 位小数。计算公式如下： 收缩 ）一 学 。 （２） ２实验结果与讨论 ２．１不同原料烧失率 不同原料烧失率检测结果见表３。原料的烧 失率主要是由于原料种类和原料配方确定的，一 般同种原料在配方相同的情况下，烧失率基本稳 定。 越 ｆＩ稍 ｌ＋ ２士 ３ｌ＝ 墨型！Ｊ 蛙 Ｉ 图１坯体密度随等静压成形压力变化 圜 图２收缩率随等静压压力变化 ２．２不同等静压成形压力下坯体密度 根据试验的结果，不同等静压成形压力下坯 体密度的变化如图１所示。 由图１可以看出随着等静压成形压力的不断 升高，四种原料的坯体密度均不断增大，而且坯体 密度与压力大小呈线性关系，这主要是由于等静 压压力越大，粉料颗粒之间的间隙就越小，坯体越 致密，所以坯体密度越大；另外从图上可以看出， 不同的原料的坯体密度随成形压力变化的线性关 系不同，这主要是由于原料的配方和制备工艺不 同导致的。 ２．３不同等静压成形压力下的收缩率 不同原料的收缩率随等静压成形压力的变化 如图２所示。 由图２可以看出，同种原料随着等静压成形 压力不断增大，坯体密度随着不断增大，收缩率反 而减小；而且压力在较小的情况下，成形压力对收 缩率的影响较明显，随着等静压压力增大，收缩率 的变化较小（曲线的斜率随着压力增大不断减
第４期 吴伶俐，宋宾：浅析陶瓷收缩率与成形压力、坯体密度的关系 ３３ 小）。对于同种原料而言，从图２中可以看出１号 呈线性关系，因此，收缩率Ｓ随等静压压力增大而 收缩率比２号略大，３号收缩率比４号略大，即烧 失率越大，烧成收缩率越大。这一规律也可通过 以下的推导得出结论。 减小。变化的趋势也与图２相吻合。对于同类原 料，即坯体密度ｔｏｏ确定，瓷件的密度ｐ 是常数，烧 失率越大，烧成收缩率越大。 根据质量守恒定律，烧成前的质量应等于烧 成后的质量与烧失量之和，因此以下等式成立： 烧成前的质量一烧成后的质量＋烧成前的质 ３ 结论 ３．１坯体密度与等静压成形压力呈直线关系，压 量×烧失率 （３） 力越大，坯体密度越大。 设定烧成前的坯体半径、高度、质量和坯体密 ３．２改变等静压成形压力，从而改变坯体密度， 度分别为 、Ｈ。、Ｍ。、ｐ０＿烧成后瓷件的半径、高 进而改变坯体的烧成收缩率，在实际生产过程中 度、质量和坯体密度分别为Ｒ 、Ｈ 、Ｍ 、ｐ ；公式 可以通过调整等静压成形压力达到调整收缩率的 （３）可变为： 目的。 Ｍ０一Ｍｌ＋Ｍ。Ｌ （４） ３．３坯体密度上升，烧成收缩率下降的公式见 即７ｃＲｏ２Ｈｏ ｐ０—７ｃＲ１２Ｈ１ ｐ１＋ Ｒｏ２ＨｏｐｏＬ （５） （７），保持原料烧失率稳定，测出坯体的密度可以 根据公式（２）可得出 计算该原料的烧成收缩率。 Ｒ１一（１一Ｓ）Ｒ。；Ｈ１：（１一Ｓ）Ｈ。； ３．４对于同类原料，坯体密度相同时，烧失率越 即 大，收缩率越大。 Ｒｏ２Ｈｏｐｏ一７ｃ（１一Ｓ）。Ｒｏ２Ｈｏｐ１＋７ｃＲ０２Ｈｏ ｐ０Ｌ （６） 参考文献 可以推导出Ｓ一１一（（１一Ｌ）Ｄｏ／ｔｏ ） 。 （７） ［１］李兵林．肖勇．压实密度与烧成收缩率的探讨．现代技术陶 而对于同种原料而言，理论密度是一定的，烷 瓷［Ｊ］．２００３，４：３９—４１ 失量基本稳定，即瓷件的密度ｐ 和烧失率Ｌ都是 Ｅ２］刘康时等．陶瓷工艺原理．广州：华南理工大学出版社，１９９０ ［３３李世普．特种陶瓷工艺学．武汉：武汉理工大学出版社，１９９０ 常数，因此随着等静压成形压力增大，ｐ。增大，由 Ｅ４３钦征骑．钱杏南．贺盘发．新型陶瓷材料手册．江苏：江苏科 公式（７）可以看出：在ｐ 和Ｌ是常数的情况下，收 技出版社，１９９５ 缩率Ｓ随ｐ。增大而减小，而ｐ。与等静压成形压力 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ａｎｄ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ，Ｇｒｅｅｎ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｗｕ ｌｉｎｇ ｌｉ，Ｓｏｎｇ Ｂｉｎ （Ｚｉｂｏ Ｈｕａｃｈｕａｎｇ Ｆｉｎｅ Ｃｅｒａｍｉｃｓ Ｃｏ．，ＬＴＤ，Ｚｉｂｏ ２５５０８６） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｏｆ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｅｒａｍｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｄｉｆ— ｆｅｒｅｎｔ ｇｒｅｅｎ ｄｅｎｓｉｔｙ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，ｈｉｇｈｅｒ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎ ｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈｅ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｏｆ ｓｐｅｃｉａｌ ｃｅｒａｍｉｃ；ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｈｉｇｈｅｒ ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｒａｔｅ， ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ；Ｐｒｅｓｓｉｎｇ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ；Ｇｒｅｅｎ Ｄｅｎｓｉｔｙ；Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ；Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ｌｏｓｓ Ｒａｔｅ
