等靜壓成形工藝的優化研究

薛志崗

摘 要：本文研究了等靜壓成形工藝過程中氧化鋁造粒粉料成形后的坯體相對密度和強度隨著各成形參數的變化而變化的規律，并進一步研究了其對燒結收縮的影響。實驗表明：隨著壓力的增大，坯體密度逐漸提高，強度也相應增大；保壓時間對坯體的相對密度影響不明顯；在成形壓力范圍內，坯體相對密度對燒結之后的試樣致密度影響不大。

關鍵詞：等靜壓成形；相對密度；保壓時間；燒結

1 概述

隨著陶瓷工業和科學技術的發展，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、坯體結構致密、強度高、燒成收縮小、產品不易變形，并且產品的含水率低、無需干燥，可直接入窯等優點。

陶瓷的成形，直接影響到后續的坯體加工質量、燒成制度和燒結后產品本身的結構性能。隨著科技的進步，對真空管殼尺寸的要求也越來越高，尤其是在真空管的成形過程中，由于其內徑是一次成形。燒成收縮的微小變化將會導致真空管殼尺寸的浮動較大，從而使得尺寸超出公差。所以，一套穩定可控的成形工藝就顯得尤為重要。本實驗主要在成形壓力的控制上進行了研究，并分析了成形壓力和保壓時間對燒成收縮的影響，為以后對收縮的控制提供依據，使產品在達到性能要求的同時，提高其尺寸的可控度，從而提高產品的合格率。同時，選擇合理的成形壓力以降低壓機的損耗，提高工作效率。

2 實驗內容

2.1 原料的準備

2.2 試樣的制備

將粉料進行等靜壓成形，考慮到現有的生產狀況，成形壓力選擇為50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、90MPa、100MPa、110MPa、120MPa，保壓時間分別選取20s、40s、60s、80s、100s。將成形的坯體經過車床加工制成形狀為中空圓柱狀試樣，外徑φ1為35mm左右，高度70mm左右，并在1710℃的推板窯中燒成。

2.3 成形收縮的測量

2.4 燒成收縮的測量

2.5 燒成試樣密度的測量

3 結果與分析

3.1 成形壓力對成形和燒成的影響

本文以保壓時間為20s的一組數據進行分析。圖2為成形壓力與成形收縮的關系圖，圖3為成形壓力與燒成收縮的關系圖，圖4為坯體密度與壓力的關系，圖5為壓力與燒結試樣密度曲線。

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，橫向線收縮率從36.6%增大到38.2%；當壓力達到120MPa后繼續增大，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，說明收縮對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，坯體的強度也較好；在100MPa～120MPa之間，收縮已趨于水平，隨著壓力的增大，收縮的變化越來越小，此階段的坯體強度最好。由圖4可知，從坯體密度的變化趨勢也足以說明，當壓力達到100MPa～120MPa之間時，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，相對變化很小，且無規律。說明在燒成時，由于試樣擺放位置的差異，導致燒結性能也有差異，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，坯體密度變化僅為0.12g/cm3。在現有的燒成制度下，較高的燒成溫度有足夠的驅動力，使試樣達到致密化，可忽略坯體密度的微小差異而帶來的改變[2]。

3.2 保壓時間對成形和燒結的影響

本文選取成形壓力為100MPa的一組試樣數據為研究對象，其保壓時間與燒結收縮的關系如圖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‰，且無規律性，可以認為是試驗過程中的誤差造成的。主要原因是，在實驗過程中，所做的試樣均為薄壁試樣，因此，保壓時間對其作用幾乎可以忽略不計。

4 結論

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

（3） 在50MPa～120MPa之間，試樣燒結后的密度不隨壓力的增大而增大，說明壓力的改變對產品最終的性能影響可以忽略不計。因此，成形時對壓力進行控制是可行的。

（4） 對于薄壁產品，保壓時間應盡可能短，以減少壓機的損耗和能源的浪費。

參考文獻

[1] 劉景林.在生產結構陶瓷工藝中冷態等靜壓成形方法的特點[J].耐火與石灰，2007，32（3）：4.

[2] 施劍林.固相燒結-Ⅰ氣孔顯微結構模型及其熱力學穩定性，致密化方程[J].硅酸鹽學報，1997，25（5）：499.