功能陶瓷生產工藝完整第1頁/共129頁第三章功能陶瓷的生產工藝

§3.1常用原料化工原料大多為金屬和非金屬氧化物、碳酸鹽等，是功能陶瓷生產中最常用的原料，其純度和物理特性可控制。

第2頁/共129頁1二氧化鈦應用：在功能陶瓷的工業生產中，是陶瓷電容器、PTC熱敏電阻器和壓電陶瓷元器件等的重要原料。

基本性質：

TiO2，二氧化鈦有三種晶型：金紅石、板鈦礦和銳鈦礦，金紅石是TiO2穩定型的結構。金紅石型二氧化鈦的熔點為1850℃，大量使用于陶瓷、顏料和涂料工業。

金紅石型的TiO2其電性能最好：介電常數大，介質損耗小。第3頁/共129頁金紅石晶體結構金紅石晶體結構Ti-O八面體的排列

介電常數，隨晶體的方向不同而不同四方晶系簡單四方點陣ao=0.459nm，co=0.296nm第4頁/共129頁二氧化鈦具有半導體的性能，它的電導率隨溫度的上升而迅速增加，而且對缺氧也非常敏感。為提高它的抗還原能力，加入約0.2%的MgCO3，成為抗還原性較好的“電容器專用二氧化鈦”

第5頁/共129頁2工業氧化鋁應用：

氧化鋁是剛玉-莫來石瓷、氧化鋁瓷等高鋁瓷中主晶相。高頻絕緣零件瓷、電阻基體和電感基體瓷、電真空瓷、大規模集成電路的基板等的重要原料。

第6頁/共129頁基本性質：

Al2O3

，白色無定形粉末，俗稱礬土，密度3.9-4.0g/cm3，熔點2050℃，常見有、、三種晶體結構，工業氧化鋁晶型為

-Al2O3

，是低溫穩定型。當加熱到1050℃時，

-Al2O3開始轉變為

-Al2O3

，并有14.3%的體積收縮

※※

由于轉變過程中伴隨著較大的體積收縮，因此，工業生產氧化鋁陶瓷時，所使用的氧化鋁原料必須在配料前進行煅燒，將-Al2O3轉變為-Al2O3以保證產品的質量。第7頁/共129頁-Al2O3（剛玉）型結構三方晶系=5517O2-

六方緊密堆積排列（ABAB二層重復型）Al3+填充于2/3八面體空隙第8頁/共129頁3氧化鋯

應用：

ZrO2

作為一種高溫固體電解質，可用來做氧敏感傳感器和高溫發熱元件等，也是生產壓電、鐵電陶瓷的主要成分。

基本性質：白色或略帶黃色、灰色的粉末或粒狀，熔點是2715℃莫氏硬度為7，因它的化學惰性大，是最耐高溫的氧化物之一，是一種耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的無機非金屬材料。鎂穩定氧化鋯第9頁/共129頁晶型：三種晶型：ZrO2在1900℃以上為三方晶系，在1000-1900℃之間屬四方晶系，低于1000℃為單斜晶系

※※

a由四方晶系轉變為單斜晶系時伴有約10%的體積膨脹，可能會引起開裂，這是應注意的問題。

b二氧化鋯對還原氣氛很敏感，在溫度高于500℃時，被還原為低價氧化物，因此含ZrO2的陶瓷應在氧化氣氛下燒成。第10頁/共129頁4氧化鋅

應用：

ZnO具有半導體特性，故是半導體陶瓷的主要成分。氧化鋅還是壓電陶瓷和壓敏陶瓷的主要原料。基本性質：白色非結晶狀粉末，熔點是1975℃，常用作礦化劑，降低一些陶瓷的燒結溫度，形成細晶結構，改善陶瓷材料的性能。

第11頁/共129頁O2-離子按六方緊密堆積排列，Zn2+離子充填于二分之一的四面體空隙中

ZnO具有半導體特性，由于鋅和氧原子在尺寸上相差較大，而具有較大的空間。

纖鋅礦晶體結構第12頁/共129頁5

鉛丹Pb3O4

應用：是功能陶瓷生產中常用的原料之一，比如用于制備鋯酸鉛、鈦酸鉛鐵電壓電陶瓷等。

基本性質：為紅色粉末，又稱紅丹，加熱（550-590℃）分解成氧化鉛，新分解的氧化鉛熔點為880℃，有較大活性，能在較低溫度下與其它物質發生反應，有利于瓷料的合成。第13頁/共129頁注意：氧化鉛Pb3O4在超過1050℃時有明顯的揮發，燒成過程中應注意控制氧化鉛的揮發量，如在配料時適當增加氧化鉛的加入量和進行密封燒結等，氧化鉛蒸汽有毒，工業生產時應注意必要的防護。

第14頁/共129頁6二氧化錫

應用：電介質陶瓷和半導體陶瓷的主要原料之一

。

基本性質：SnO2為白色的細分散粉末，不溶于水和硫酸。熔點1630℃

相對密度6.95

第15頁/共129頁7稀有和稀土金屬氧化物

應用：功能陶瓷生產中常用的稀有和稀土金屬氧化物有Nb2O5、La2O3、CeO2、Y2O3等，在功能陶瓷中這些氧化物通常作為少量的改性加入物

。

第16頁/共129頁8

堿土金屬碳酸鹽⑴碳酸鋇：

碳酸鋇是鐵電陶瓷和鋇長石陶瓷的重要原料，也用作助溶劑和壓堿劑改善陶瓷的介電性能。

常溫時屬斜方晶系，811-982℃轉變為六方晶系；982℃以上為屬α四方晶系。在1450℃碳酸鋇劇烈分解為BaO和CO2

第17頁/共129頁8

堿土金屬碳酸鹽⑵碳酸鍶：

碳酸鍶是合成SrTiO3的主要原料，也用作助熔劑，以降低某些陶瓷的燒成溫度。還用于彩電陰極射線管、電磁鐵、鍶鐵氧體。有兩種變體：常溫為，屬斜方晶系，900-950℃轉變為α，屬六方晶系。在1100℃分解為SrO和CO2，約為1250℃分解結束第18頁/共129頁8

堿土金屬碳酸鹽⑶碳酸鈣

：

碳酸鈣是合成CaTiO3的主要原料，在860℃～970℃時分解成CaO與C02，是一種高溫助熔劑。

第19頁/共129頁§3.2配料計算

功能陶瓷研究和生產中配料計算，一種是已知預合成的化合物化學計算式計算原料配比，另一種是從瓷料預期的化學組成計算原料配比。

第20頁/共129頁主要分為以下幾步：1首先根據預合成的化合物化學計算式找出各原料的摩爾比2然后根據相應原料的分子量計算各原料的質量

3按原料純度進行修正，實際i原料的純度為Pi。修正之后各原料的實際用量應該為第二步的計算值除以相應原料的純度4計算原料的質量百分比

第21頁/共129頁例1

以鈮鎂酸鉛為主晶相的低溫燒結獨石電容器配料的配方計算，已知其化學計算式為，

此外鎂含量要過量20%，各原料不需分別預合成燒塊，所用原料的純度為，鉛丹含Pb3O498%；MgCO3，98%；三氧化二鉍含Bi2O398%，五氧化二鈮含Nb2O5，99.5%，試計算配制500g料時所需稱量各種原料的量。第22頁/共129頁A計算各原料的摩爾比原料名稱Pb3O4MgCO3Nb2O5TiO2Bi2O3比例（mol）(1+0.14)×1/31/32/3×1/20.140.04第23頁/共129頁B計算各原料的質量原料名稱Pb3O4MgCO3Nb2O5TiO2Bi2O3相對分子質量685.684.32265.879.90466.0質量/g260.52828.1188.611.18618.64第24頁/共129頁C按原料純度進行修正將各原料的質量除以該原料的純度原料名稱Pb3O4MgCO3Nb2O5TiO2Bi2O3計算純度后的質量265.8428.6889.0511.4119.02

原料的純度鉛丹含Pb3O498%；MgCO3，98%；三氧化二鉍含Bi2O398%，五氧化二鈮含Nb2O5，99.5%第25頁/共129頁D計算質量百分比原料名稱Pb3O4MgCO3Nb2O5TiO2Bi2O3百分比%63.338.221.222.724.53總量

=265.84+28.68+28.68×20%+89.05+11.41+19.02=419.74g第26頁/共129頁E計算配料為500g時各原料所需的質量Pb3O4=500×63.33%=316.65g

MgCO3=500×8.2%=41gNb2O5=500×21.22%=106.10g

TiO2=500×2.72%=13.6g

Bi2O3

=500×4.53%=22.65g

第27頁/共129頁作業

鈮鎂酸鉛（PCM）三元系壓電陶瓷配料的配方計算，已知其化學計算式為，

其中鉛含量要過量10%，各原料不需分別預合成燒塊，所用原料的純度為，鉛丹98.5%；MgCO3，97%；五氧化二鈮99%，二氧化鈦98%；二氧化鋯97.5%。試計算配制1000g料時所需稱量各原料的量。第28頁/共129頁§3.3備料工藝

備料主要是指將原料經稱量、混磨、干燥、加膠黏劑造粒等工序制成符合成型工藝要求的粉料。

第29頁/共129頁3.3.1

原料的粉碎、水洗、酸洗、磁選

（一）粉碎

顆粒細度對工藝過程和最終產品的性能都起著決定性的作用

（二）水洗酸洗磁選

水洗的目的是除去原料中的可溶性雜質（如Na2O，K2O）和酸根（如SO4）,酸洗（用大量的鹽酸，加熱煮沸，然后經多次水洗）和磁選的作用都是為了除去原料中的鐵或鐵的化合物。第30頁/共129頁3.3.2原料的預燒

原料中的多晶轉變將導致體積變化(晶型轉變時伴有體積效應

)，對燒成有不利的影響。有的原料多晶轉變將導致性能變化。

有的原料具有特殊的礦物結構，會給生產工藝帶來困難

第31頁/共129頁原料預燒的效果主要有以下幾方面：使顆粒致密化，減少瓷料制品最終燒結時的收縮率；

2)改變原料的物理狀態，如顆粒的形狀和礦物組成，促進晶型轉化，獲得具有優良電性能的晶型，改變礦物結構，改善工藝性能提高和保證功能陶瓷產品的性能、質量和一致性；

3)提純，如氧化鋁加硼酸預燒后可以去掉堿，氧化鋯預燒可以去掉氯根（Cl-）。第32頁/共129頁3.3.3原料的合成和粉體制備方法

化工原料多是單成分的化合物，但在許多生產中需要多成分的原料，如BaTiO3、CaTiO3、CaSnO3、PbTiO3、CaZrO3等.目前，我國生產這些中間原料的工廠較少，需要工廠自己合成，然后再配料，合成過程大多是固相反應，合成材料通常經過800-1300℃的高溫下進行，反應后合成的材料稱為燒塊、熔塊或團塊。

第33頁/共129頁3.3.4配料原料經預處理后，按配方稱量，進行配料。配料時需注意配比組成稍有偏離，對組織結構和介電性能有重要影響。對于鈦酸鋇陶瓷，如果BaO過量，存在2BaO·TiO2相，會抑制BaTiO3生長，有利于獲得細晶結構，而若是TiO2過量<3%，沒有第二相生成，可以看作A空位以氧缺位補償的缺陷結構，缺陷結構有利于晶體生長，則晶粒粗大，

第34頁/共129頁3.3.5混合

3.3.6塑化（一）有機塑化劑（粘結劑）、增塑劑、溶劑為了滿足不同的成型要求，坯料中要加有機塑化劑。塑化劑又稱黏合劑（粘結劑）是具有黏結特性的有機化和物，它的作用是把粉料粘結在一起，增加坯料的可塑性和提高坯體的強度，如聚乙烯醇（PVA），聚醋酸乙烯酯，羧甲基纖維素（CMC），糊精等。

第35頁/共129頁它應滿足以下要求：（1）要有足夠的黏性，以保證良好的成型性和坯體的機械強度；（2）經高溫煅燒能全部揮發，坯體中不留或少留膠黏劑殘余雜質；（3）工藝簡單沒有腐蝕性對瓷料性能無不良影響。第36頁/共129頁1聚乙烯醇（PVA）聚乙烯醇是白色或淡黃色叢毛狀或粉末狀晶體，含有極性基團OH，溶于乙醇、乙二醇、甘油等有機溶劑。水解度在80-90%才溶于水。70℃時溶解96-98%；不能用于CaO，BaO，ZnO，MgO，B2O3等氧化物，硼酸鹽，磷酸鹽等鹽類，因為生成脆性化合物或象橡膠的彈性絡和物。軋膜成型的聚乙烯醇聚合度n在1500-1700，太大則彈性太大不利于軋膜，太小則強度低，脆性大，也不利于軋膜。用于pH>7時的軋膜成型。第37頁/共129頁2聚醋酸乙烯酯（(C4H6O2)n）

聚醋酸乙烯酯為無色透明珠狀體或粘稠體，溶于低分子量的酮、醇、酯、苯、甲苯，不溶預水和甘油。

聚合度在400-600，適用于CaO,MgO，Al2O3，ZnO，PbO，硼酸鹽，高嶺土，滑石粉，CaCO3，BaCO3。

用于pH<8軋膜成型。第38頁/共129頁2

羧甲基纖維素（CMC）

羧甲基纖維素一般用它的納鹽，白色粉末，易溶于水；

燒后仍有鈉的灰分。常用的塑化劑還有石蠟，糊精，桐油等

第39頁/共129頁增塑劑是指對水有良好的親和力并能溶于水的化合物，插入高分子間，增大其距離，降低粘度，如甘油。

溶劑是指能溶解上面兩種化合物，如水，無水酒精（乙醇），丙酮，苯等。第40頁/共129頁羧甲基纖維素和PVA相比，盡管CMC的價格低廉，但粘性不如PVA，故軋膜等成型要求較高時，仍用PVA，且PVA也較CMC揮發更為均勻些，可減少瓷體開裂。第41頁/共129頁（二）塑化劑對性能的影響有機塑化劑能燒掉，但釋放的CO又還原作用，并留下灰分和氣孔。1粘結劑的還原作用有機粘結劑在400℃前都燒掉，揮發量最多是300℃。所以燒成時升溫不能過快，以免揮發過快產生裂紋；并注意保持氧化氣氛。如是在近于密閉狀態下燒成，粘結劑燃燒產生的CO會使制品受到還原影響，特別是易還原的TiO2和BaTiO3

第42頁/共129頁2粘結劑對機械強度的影響不同溫度階段，其影響有所不同，400℃前，粘結劑沒揮發完，粘結劑多的強度高；400℃后，粘結劑揮發完，粘結劑少的強度高。

3粘結劑對絕緣強度的影響粘結劑越多，燒成后瓷體氣孔越多，故擊穿電壓越低。第43頁/共129頁3.3.7造粒原料細有利于固相反應和燒結，但對干壓成型，細粉的流動性不好，不能均勻地充滿模子，容易出現空洞，邊角不致密，層裂等問題。

將細粉料混合粘結劑，做成流動性較好的粗粒子（20-80目），形成體積密度大的小球，則既可以改善流動性而又不影響粉料的燒結性能，同時還能增加顆粒間的結合力，提高坯體的機械強度。這種將已經磨得很細的粉料，經過干燥，加粘結劑，做成流動性較好的較粗顆粒的工藝即是造粒。第44頁/共129頁造粒工藝按操作方式可分為以下三類：1手工造粒法：粉料中加入適量的塑化劑(4%~6%的濃度為5%的聚乙烯醇溶液)混合均勻后過篩，依靠塑化劑的黏聚作用，可獲得粒度約20目的粗團粒。優點：操作簡單。缺點：若攪拌塑化劑不均勻，易使胚體分層和密度不一致的粗粒子。第45頁/共129頁2、加壓造粒法：將粉料加入塑化劑，預先攪拌混合均勻過20目篩，然后用液壓

機將其壓成圓餅，再將其破碎過篩(20目)后即成團粒。優點：團粒的體積密

度大，制品的機械強度高。缺點：效率低，技術操作要求嚴格第46頁/共129頁3、噴霧干燥造粒法：將混合有適量塑化劑的粉料預先做成漿料，再用噴霧器噴

入造粒塔進行霧化和干燥，干燥好的粒子即為流動性較好的球狀團粒。造粒的好壞與料漿黏度、噴霧方法有關。現代最佳選擇第47頁/共129頁第48頁/共129頁干壓成型所用粘合劑種類配方或用量特點石蠟7～12%，常用量8%室溫時在壓力下能流動不易于從坯體中排除酚醛漆（高頻清漆）8～15%工藝簡單、坯體強度高價格貴聚乙烯醇（PVA）水溶液3～5%工藝簡單，氣孔率低機械強度稍差水、油酸、煤油粘合劑粉料100kg、煤油1000ml、油酸1500ml、水7kg工藝簡單、氣孔率低生坯強度較低亞硫酸紙漿廢液水90%、亞硫酸紙漿廢液10%。加入量為8～10%價廉易得、工藝簡單坯體強度低苯膠甲苯（二甲苯）70%，苯乙烯30%。加入量為8～16%工藝簡單，生坯有一定強度價格貴且有毒第49頁/共129頁第50頁/共129頁3.3.8懸浮

通常是通過加入電解質來調節泥漿的流動性。

(一)電解質的作用及用量

1電解質加進之前

如果粘土粒子是帶負電的，這時粒子主要吸附的對象是水溶液中的氫離子，由于氫離子水化程度小，進入吸附層中的數量較多(小部分留在擴散層內)，同時也中和了粒子所帶的大部分電荷。這樣，粒子之間的排斥力就減少，容易凝聚，因而泥漿粘度很大，流動性很差。第51頁/共129頁2加進電解質以后生產上常用的電解質有純堿(Na2CO3)，水玻璃(Na2SiO3)等無機化合物。由于Na+離子水化程度很大，也就是水化膜很厚，使它的體積超過H+離子很多。吸附層和擴散層里的H+被Na+置換出來。由于水化了的Na+離子的體積比H+離子大得多，吸附層內容納的Na+離子數就比H+離子少，所以它只能抵消一小部分粒子表面上的負電荷，粒子之間的排斥力增加，因而泥漿的粘度就小，流動性就好。第52頁/共129頁3電解質的選擇標準是根據在水中離解后陽離子水化程度的大小來決定的：我們總是選水化程度大的那種陽離子來做電解質。根據試驗，一價陽離子的水化程度最大，二價的次之，三價的最差。第53頁/共129頁4電解質的用量電解質的用量，對不同的粘土和不同的電解質來說，情況是不一樣的，但有一個共同的趨勢，就是電解質用量都有一個最大的限度，超過這個限度，泥漿的流動性反而不好了。因為當流動性達到一個最大的限度以后，再往泥漿中加入電解質時，Na+離子濃度變大，它就要更多地擠進吸附層中去，粒子之間的排斥力就減少，因而泥漿的流動性就開始變壞。第54頁/共129頁§3.4成型工藝

成型是將制備好的坯料，用各種不同的方法制成具有一定形狀和尺寸以及一定密度和強度的的坯體（生坯）的過程。第55頁/共129頁一坯體成型前的準備首先是利用物理、化學（煅燒、預合成）等方法對粉料進行處理獲得所需要規格的粉體；然后按照瓷料的成分，將各種原料進行稱量配料，配料后根據不同的成形方法，混合制備成滿足成型工藝要求的坯料。第56頁/共129頁二陶瓷成型方法

（1）

干壓成型（Drypressing）（2）

等靜壓成型(IsostaticPressing)（3）注漿成型（Slipcasting）（4）熱壓鑄成型（Hotpressingcasting）（5）流延法成型（Tapecasting/Doctorblade）（6）擠壓成型（Extrusionmolding）（7）軋膜成型（Rollcompacting）（8）凝膠鑄模成型（Gelcasting）第57頁/共129頁造粒（0.1mm）（一）壓制成型1定義：壓制成型是將含有一定水分（或其它粘結劑）的粒狀陶瓷粉料，裝入模具內直接在壓力的作用下而成形的方法。施壓設備：機械壓機、油壓機或水壓機等粉料含水量8%~15％時為半干壓成型；粉料含水量為4％~8％時為干壓成型；特殊的壓制工藝（如等靜壓法），坯料水分可在3％以下。第58頁/共129頁2.壓制方法壓制方法主要有干壓成型、等靜壓成型和熱壓燒結成型等。第59頁/共129頁（1）干壓成型（Drypressing）

將團粒松散裝入模具內，在壓機柱塞施加的外壓力作用下，形成較致密的具有一定形狀、尺寸的壓坯，然后卸模脫出坯體。適用于厚度不大的圓片、圓環等鋼模第60頁/共129頁a)單向加壓b)雙向加壓圖干壓成形的密度梯度a、坯料含水量在4%-8%左右，干壓成型注意要素：b、加壓方式

雙向加壓坯體密度不均勻性要比單向加壓小得多，但雙向加壓的模具比較復雜。H/D越大，密度越不均勻，高而細的產品不適于采用壓制法成型

坯體各部位密度不同，燒成時收縮也就不同，容易引起產品變形和開裂

第61頁/共129頁d、加壓速度(壓模下落速度)：宜緩慢些，且有保壓時間。加壓速度過快會導致坯體分層、坯體內夾雜氣泡、表面致密而中間松散等缺陷。當坯體較厚，H/D比值較大時，或者粉料顆粒較細、流動性較低，則宜減慢加壓速度、延長持壓時間。為了提高壓力的均勻性，通常采用多次加壓。c、成型壓力：其大小直接影響瓷件的密度和收縮率。一般成型壓力大，燒結后產品收縮小、密度高。但壓力超過一定值時，瓷件密度提高很少。而且當壓力過大時，坯件還易出現裂紋、分層和脫模困難等現象。第62頁/共129頁干壓成型（模壓成型）特點：優點：操作簡便，生產效率高，制品燒成收縮率小，不易變形，易于自動化，是生產厚度不大、幾何形狀簡單片狀產品的常用的方法之一。缺點：粉料容易團聚，坯體厚度大時內部密度不均勻，制品形狀可控精度差，對模具質量要求高、復雜形狀的部件模具設計較困難，有些成型坯件會有明顯的各向異性等。第63頁/共129頁

借助于高壓泵把液體或氣體介質壓入耐高壓的鋼體密閉容器內，高壓流體介質的等靜壓力直接作用于彈性的軟模內的陶瓷粒狀粉料上，使其各方向同時受到液體或氣體介質傳遞的均衡壓力而獲得密度分布均勻以及強度較高的壓坯。

主要特點是模具具有彈性，運用液體或氣體介質均勻可以向各方向均勻的傳遞壓力的特點對其施壓。

坯料水分1%—3%（2）

等靜壓成型(IsostaticPressing)第64頁/共129頁①等靜壓成型設備和材料設備的主要部件：高壓容器和高壓泵。輔助設備：高壓管道、高壓閥門、高壓表及彈性模具等。對模具材料的要求：能均勻伸長、展開，不易斷裂也不能太硬，能耐液體介質作用。常用的材料：橡膠、乳膠和塑料等。橡膠、乳膠受高壓后易變形、成本高；塑料易制作，受壓后變形不大、成本也較低。

第65頁/共129頁※根據使用模具不同，分為濕式等靜壓成形和干式等靜壓成形兩種②等靜壓成型分類第66頁/共129頁濕袋式等靜壓（Wet-bagisostaticpressing）：模具和流體介質直接接觸，將粉料裝入橡膠等可變形的容器中，密封后放入高壓缸內，通過液體傳遞使坯體受壓成型。※用于小批量生產和科研，能壓制形狀復雜和特大的產品。但成型時間長，效率低。第67頁/共129頁干袋式等靜壓（干式等靜壓）：模具不與加壓液體直接接觸，加壓橡皮袋封緊在高壓容器中，加料后的彈性模具送入壓力室，壓力泵將液體介質注入到高壓缸和加壓橡皮之間，通過液體和加壓橡皮將壓力傳遞使坯體受壓成型。加壓成型后退出脫模。※用于批量生產幾何形狀簡單的產品，如管、圓柱等，生產效率高。第68頁/共129頁優點：模具不和加壓液體直接接觸，可以減少模具的移動，不要調整容器中的液面和排除多余的空氣，因而能加速取出壓好的坯體，可實現連續等靜壓。缺點：只是在粉料周圍受壓，粉體的頂部和底部都無法受到壓力。這種方法只適用于大量壓制同一類型的產品，特別是幾何形狀簡單的產品，如管子、圓柱等。第69頁/共129頁

冷等靜壓成形CIP：在室溫下，采用高壓液體傳遞壓力的等靜壓成形。②等靜壓成型分類

熱等靜壓成形HIP：在高溫下，采用惰性氣體代替液體作壓力傳遞介質的等靜壓成形，高壓容器裝有加熱爐體，是在冷等靜壓成形與熱壓燒結的工藝基礎上發展起來的，又稱熱等靜壓燒結。※根據成形溫度：第70頁/共129頁

將干燥粉料充填入模型內，再從單軸方向邊加壓邊加熱，使成型和燒結同時完成的一種燒結方法熱壓燒結熱壓成形燒結示意圖第71頁/共129頁熱壓燒結的特點：熱壓燒結由于加熱加壓同時進行，粉料處于熱塑性狀態，有助于顆粒的接觸擴散、流動傳質過程的進行，因而成型壓力僅為冷壓的1/10；降低燒結溫度，縮短燒結時間，從而抵制晶粒長大，得到晶粒細小、致密度高和機械、電學性能良好的產品。

無需添加燒結助劑或成型助劑，可生產超高純度的陶瓷產品。

熱壓燒結的缺點是過程及設備復雜，生產控制要求嚴，模具材料要求高，能源消耗大，生產效率較低，生產成本高。第72頁/共129頁

1.粉體預處理，對瘠性粉料等靜壓成型工藝也需要對粉體進行預處理，通過造粒工藝提高粉體的流動性，加入粘結劑和潤滑劑減少粉體內摩擦力，提高黏結強度，使之適應成型工藝需要。

2.成型工藝，包括裝料、加壓、保壓、卸壓等過程。裝料應盡量使粉料在模具中裝填均勻，避免存在氣孔；加壓時應求平穩，加壓速度適當；針對不同的粉體和坯體形狀，選擇合適的加壓壓力和保壓時間；同時選擇合適的卸壓速度。

3.成型模具，等靜壓對成型模具有特殊的要求，包括有足夠的彈性和保形能力；有較高的抗張抗裂強度和耐磨強度；有較好的耐腐蝕性能，不與介質發生化學反應；脫模性能好；價格低廉，使用壽命長。一般濕式等靜壓多使用橡膠類模具，干式等靜壓模具多使用聚氨酯、聚氯乙烯等材料。③等靜壓成型工藝：第73頁/共129頁④等靜壓成型的特點a

干壓只有一到二個受壓面，而等靜壓則是多方向加壓多面受壓，有利于把粉料壓實到相當的密度。與施壓強度大致相同的其他壓制成型相比，等靜壓可以得到較高的生坯密度，且各個方向上密度均勻，不因形狀厚薄不同而有較大變化。同時粉料顆粒的直線位移小，消耗在粉料顆粒運動時的摩擦力相應小了，提高了壓制效率

第74頁/共129頁b

由于等靜壓的壓強方向性差異不大，粉料顆粒間和顆粒與模具的摩擦作用顯著地減少，故生坯中產生應力的現象是很少出現，生坯強度較高。c等靜壓成型的生坯內部結構均勻，不存在顆粒取向排列，不會象擠壓成型那樣使顆粒產生有規則的定向排列（不分層）。d可以采用較干的坯料成型（粉料含水量僅為1%-3%），很少使用粘合劑或潤滑劑，有利于減少干燥和燒成收縮及降低瓷件的氣孔率。第75頁/共129頁e不需要金屬模具，模具制造方便，成本低。f

對制品的尺寸和尺寸之間的比例沒有很大限制，等靜壓可以成型直徑為500㎜、長2100㎜左右的粘土管道，并且對制品形狀的適應性也較寬。另外，等靜壓可以實現高溫等靜壓，使成型與燒成合為一個工序。第76頁/共129頁缺點：適用于簡單形狀制品，形狀和尺寸控制性差，而且生產效率低、難于實現自動化批量生產。第77頁/共129頁（二）可塑成型可塑法成型是利用外力對具有一定可塑變形能力的坯料進行加工成型的方法。基本原理是基于坯料的可塑性。

第78頁/共129頁1熱壓鑄（注）成型

（Hotpressingcasting）

定義：將含有石蠟的漿料在一定的溫度和壓力下注入金屬模具中，待坯體冷卻凝固后再進行脫模排蠟的成型方法。適用于形狀復雜、尺寸精度高的中小型陶瓷制品。

主要工序：制備蠟漿、坯體澆注成型、排蠟第79頁/共129頁（1）

制備蠟漿

①蠟漿組成：由粉料（87.5-86.5%，含0.4%-0.8%的油酸）、塑化劑（12.5-13.5%）、表面活性劑組成。

粉料：必須用煅燒過的熟料，含水量要小于0.5%,保證鑄漿有良好的流動性，減少坯體收縮率，提高產品尺寸精度。塑化劑：石蠟表面活性劑：油酸、硬脂酸第80頁/共129頁②蠟漿(鑄漿)配制工藝(設備：快速和蠟機、慢速和蠟機)a.將石蠟加熱熔化（70-90℃），將改性后的粉料加熱后倒入石蠟熔液，邊加熱邊攪拌制成蠟餅；b將蠟餅放入和蠟機中。先放入快速和蠟機中，溫度為100-110℃，轉筒速度40r/min，至蠟餅熔化，冷卻到60-70℃，倒至慢速和蠟機中，攪拌速度為30r/min，以排出氣泡，約需2h。第81頁/共129頁(2)

熱壓鑄成型工藝參數①蠟漿溫度。60～75℃，溫度升高，則蠟漿的粘度下降，坯體致密，但冷卻收縮相應大。溫度過低，則易出現欠注、皺紋等缺陷。

②鋼模溫度。決定坯體冷卻凝固的速度。一般為20～30℃。

③

成型壓力。與漿桶深度、料漿性能有關。一般可以采用0.3～0.5MPa。壓力持續時間應以鑄漿充滿整個模具腔體并凝固時為標準。

第82頁/共129頁⑶排蠟必須先將坯體中的石蠟排出干凈，再進行產品的燒成。在1200-1300℃煅燒過的氧化鋁是最好的吸附劑

吸附劑除了吸附石蠟和膠黏劑外還起到固定瓷坯體形狀，使坯體受熱均勻，防止坯體變形和開裂的作用。第83頁/共129頁第84頁/共129頁第85頁/共129頁用壓縮空氣向蠟漿加壓的壓氣式熱壓注機。是利用恒溫密閉的漿桶及壓縮空氣送蠟漿進入注模。成型前，把熔熱壓注成型化好的蠟漿放入漿桶中，通電加熱使蠟漿達到要求的溫度。漿桶外面是維持恒溫的油浴桶，桶內插入節點溫度計，接上繼電器控制溫度。成型時，將模具的進漿口對準注機出漿口，腳踏壓縮機閥門，壓漿裝置的頂桿把模具壓緊，同時壓縮空氣進入漿桶，把漿料壓入模內。維持短時間后，停止進漿，排出壓縮空氣。把模具打開，將硬化的坯體取出，用小刀削去注漿口注料，修整后得到合格的生坯。第86頁/共129頁熱壓鑄成型（Hotpressingcasting）

優點：1.可成型形狀復雜的陶瓷制品，尺寸精度高，幾乎不需要后續加工，是制作異形陶瓷制品的主要成型工藝

2.成型時間短，生產效率高，易于工業規模生產。

3.相比其它陶瓷成型工藝，其成型設備不復雜，模具磨損小，操作方便，生產成本相對較低，對生產設備和操作環境要求不高。

4.對原料適用性強，如氧化物、非氧化物、復合原料及各種礦物原料均可適用。第87頁/共129頁熱壓鑄成型（Hotpressingcasting）

缺點：1.氣孔率高、內部缺陷相對較多、密度低，制品力學性能和性能穩定性相對較差。

2.需要脫蠟環節，增加了能源消耗和生產時間。因受脫蠟限制，難以制備厚壁制品。

3.不適合制備大尺寸陶瓷制品。

4.難以制造高純度陶瓷制品，限制了該工藝在高端技術領域的應用。工序較繁.第88頁/共129頁2

軋膜成型

（Rollcompacting）

是薄片瓷坯的成型工藝，主要用在電子陶瓷工業中瓷片電容、獨石電容及電路基板等瓷坯，適于生產批量較大的1mm以下的薄片狀產品，如薄膜、厚膜電路基片、圓片電容器等。

第89頁/共129頁軋膜成型（Rollcompacting）是將準備好的陶瓷粉料，拌以一定量的有機粘結劑(如聚乙烯醇等)和溶劑，放入相向滾動的軋輥之間，使物料不斷受到擠壓，通過粗軋和精軋成薄膜狀坯體后再進行沖片成型。煉泥與成型同時進行第90頁/共129頁(1)坯料的制備

瘠性粉料：預燒、過篩。

塑化劑：由粘合劑（PVA、聚醋酸乙烯酯、甲基纖維素）、增塑劑（甘油、己酸三甘醇、臨苯二甲酸二丁酯）和溶劑（水、甲苯、乙醇）配置而成。

將瘠性粉料和塑化劑、溶劑攪拌均勻、利用軋膜機混煉使之充分混合、吹風（使溶劑揮發）、粗軋。第91頁/共129頁（2）軋膜成型用塑化劑坯料聚乙烯醇水溶液聚乙烯醇乙醇甘油蒸餾水塑化劑用量濃度/％用量/ml高壓電容器15353～5壓電喇叭15182濾波器15242壓電陶瓷900g480g240g4000mL18～20各種軋膜瓷料用塑化劑的不同配比第92頁/共129頁(3)軋膜成型工藝

煉泥與成型同時進行，粗軋后的厚膜仍要多次反復軋煉以保證泥料高度均勻并排出氣泡。

在軋膜過程中逐步縮小軋輥間距，至所需厚度，最后進行沖切。※注意：軋膜過程中只在長度、厚度方向受碾壓，寬度方向缺乏足夠的壓力，故具有顆粒定向排列，導致燒成收縮不一致，從而使產品的致密度、機械強度具有方向性。解決辦法：軋膜時不斷將膜片作90°倒向、折疊。第93頁/共129頁（4）軋膜成型的特點軋膜成型具有工藝簡單、生產效率高、膜片厚度均勻、生產設備簡單、粉塵污染小、能成型厚度很薄的膜片等優點。但用該法成型的產品干燥收縮和燒成收縮較干壓制品的大。第94頁/共129頁3流延法成型（Tapecasting/Doctorblade）

特點：是超薄型瓷片的成型方法，可成型厚度<0.05mm的薄膜。主要用以制取薄片型或疊片型陶瓷獨石電容器、氧化鋁陶瓷基片等產品成型方法。漿料由粉料（一般<3μm）、塑化劑和溶劑組成。將漿料充分混合，攪拌除泡，真空脫氣，過濾，最后利用流延機進行成型。第95頁/共129頁工藝：細磨、煅燒后的超細熟料粉中，加入溶劑，必要時添加抗聚凝劑、除泡劑、燒結促進劑等進行濕式混磨；再加入粘結劑、增塑劑、潤滑劑等進行混磨以形成穩定的、流動性良好的漿料，在流延機導帶上流延成型。第96頁/共129頁工藝流程溶劑混磨燒結促進劑細磨熟料抗聚凝劑除泡劑烘干再混磨流延真空除氣增塑、潤滑劑粘合劑卷軸待用第97頁/共129頁流延法成型（Tapecasting/Doctorblade）

第98頁/共129頁特點：是超薄型瓷片的成型方法，可成型厚度為10微米以下的陶瓷薄片。生產效率比軋膜成型大大提高，易于連續自動化生產；坯膜性能均勻一致且易于控制。但流延成型的坯料因溶劑和粘結劑等含量高，因此坯體密度小，燒成收縮率有時高達20～21%。第99頁/共129頁4擠壓成型（Extrusionmolding）

定義：又稱擠制或擠出成型，是將經真空煉制的泥料，置于擠制機內，只需更換擠制機的機嘴，就能擠壓出各種形狀的坯體，坯體截面形狀為機嘴模具形狀。適用性：棒形和管形及厚板片狀坯體等沿擠出方向外形平直的制品

。對泥料的要求：①粉料有足夠的細度和圓潤的外形，以保證必要的流動性。②溶劑粘結劑等用量要適當，混合要均勻，如用量不當成不均勻，則擠出的坯件易產生扭彎變形

第100頁/共129頁設備：擠壓機，分為臥式和立式擠壓機兩種。前者用于擠壓比較大型的瓷棒或瓷管；后者用于擠壓小型瓷管和瓷棒。優點：生產效率高、適用于連續化批量生產、操作簡便缺點：機嘴結構復雜，加工精度要求高不適宜三維復雜形狀制品，二維制品要求外形平直，制品燒成收縮大。常用的有機粘結劑：糊精（加入量不超過6%）、桐油（4%）、羧甲基纖維素和甲基纖維素水溶液（28%）、亞硫酸紙漿廢液等。第101頁/共129頁（三）注漿成型（Slipcasting）

傳統的定義：在石膏模的毛細管力作用下，含有一定水分的流動性良好的泥漿(坯料含水量30～40%)脫水硬化、成型的過程。

1概述：

注漿成型工藝簡單，適于生產一些形狀復雜且不規則、外觀尺寸要求不嚴格、壁薄及大型厚胎的制品第102頁/共129頁空心注漿（單面注漿）draincasting料漿注入模型后，由模型單面吸漿，當注件達到要求的厚度時，排出多余料漿而形成空心注件。

2基本注漿成型方法

第103頁/共129頁實心注漿(雙面注漿)solidcasting

料漿注入模型后，料漿中的水分同時被模型的兩個工作面吸收，注件在兩模之間形成，沒有多余料漿排出。第104頁/共129頁

強化注漿在注漿過程中，人為地對料漿施加外力，以加速注漿過程進行，提高注漿速度，使坯體致密度與強度得到提高。強化注漿法有真空注漿、離心注漿和壓力注漿等。3強化注漿成型方法（提高注漿速度和坯體質量）

第105頁/共129頁1)、離心注漿法使模型在旋轉情況下進漿，料漿在離心力的作用下緊靠模壁形成致密的坯體。氣泡較輕，易集中在中間最后破裂排出，故可提高吸漿速度與制品質量。要求：泥漿中的顆粒分布范圍窄，否則大顆粒集中在靠近模型的坯體表面，而小顆粒集中在坯體內面，造成坯體組織不均勻，收縮不一致。第106頁/共129頁2)、真空注漿在模型外抽真空，或將加固后的石膏模放在真空室中負壓操作，以增大石膏模內外壓，提高注漿成型時的推動力，提高吸漿速度，縮短坯體形成時間，提高坯體致密度和強度，同時減少坯體的氣孔和針孔。第107頁/共129頁3)、壓力注漿通過提高泥漿壓力來增大注漿過程推動力，加速水分的擴散，不僅可縮短注漿時間，還可減少坯體的干燥收縮和脫模后坯體的水分。注漿壓力越高，成型速度越大，生坯強度越高。但是受模型強度的限制。模型的材料：石膏模型、多孔樹脂模型、無機填料模型。第108頁/共129頁第109頁/共129頁注漿成型工藝特點：（1）注漿成型工藝簡單，適于成型各種產品，形狀復雜、不規則、薄、體積較大而且尺寸要求不嚴的器物。（2）坯體結構均勻，但含水量大且不均勻，坯體燒后密度小，機械強度差，干燥與燒成收縮大、變形大。（3）工藝生產周期長，勞動強度大，手工操作多，占地面積大，石膏模用量大。第110頁/共129頁§2.4陶瓷材料的表面金屬化

為了實現陶瓷與金屬的焊接，需要在陶瓷的表面牢固地粘附一層金屬薄膜，這種過程稱為陶瓷的“金屬化”。陶瓷的金屬化方法很多，在電容器，濾波器及印刷電路等技術中，常采用被銀法。此外還有采用化學鍍鎳法、燒結金屬粉末法、活性金屬法、真空氣相沉積和濺射法等。第111頁/共129頁一燒滲銀法燒滲銀法又稱被銀法，是指在陶瓷表面燒滲一層銀，作為電容器、濾波器的電極或集成電路基片的導電網絡。工藝流程：瓷件預處理→銀漿的配制→涂敷→燒滲銀第112頁/共129頁1瓷件預處理瓷件金屬化之前必須預先進行凈化處理。清洗的方法很多，可用30-60℃熱皂水進行超聲波清洗，再用50-80℃清水沖洗2-5min，然后再100-140℃條件下烘干備用。第113頁/共129頁2銀電極漿料的制備⑴主要原料有三大類：一是銀及其化合物，如銀粉、碳酸銀、氧化銀等；二是熔劑類化合物，如氧化鉍、偏硼酸鉛、氟硼酸鉛、特種玻璃等；三是粘結劑化合物，如乙基纖維素、硝化纖維、松節油、松香油、松油醇、蓖麻油、亞麻仁油、大茴香油、環已酮、無水乙醇、鄰苯二甲酸二丁酯等。第114頁/共129頁（2）助熔劑：主要起到降低銀漿燒滲溫度的助熔作用，還有增強銀層與瓷體表面附著力的作用

Bi2O3、PbB4O7硼酸鉛的熔點約600℃，Bi2