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第十五章粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺;第十五章粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺;第十五章粉末冶金与陶瓷材料的成型工艺

粉末冶金（PowderMetallurgy）与陶瓷(Ceramic)的主要制备工艺过程包括粉末制备、成型和烧结。其生产工艺过程可简单地表示为：粉末制备、坯料制备、成型干燥、烧结后处理、热压或热等静压烧结成品

本章将讨论粉末冶金与陶瓷的成型原理、粉体制备技术、粉末冶金的成型工艺和陶瓷材料的成型工艺。

三种方法：干压；塑形泥团成形；注浆成型;第一节粉体成型原理

一、粉料的基本物理性能

1.粒度(ParticleSize)和粒度分布(ParticleSizeDistribution)

粒度是指粉料的颗粒大小，通常以颗粒半径r或直径d表示。粒度分布是指多分散体系中各种不同大小颗粒所占的百分比。;2.颗粒的形态与拱桥效应

人们一般用针状、多面体状、柱状、???状等来描述颗粒的形态。

粉料自由堆积的空隙率往往比理论计算值大得多，就是因为实际粉料不是球形，加上表面粗糙不平，以及附着和凝聚的作用，结果颗粒互相交错咬合，形成拱桥型空间，增大了空隙率。这种现象称为拱桥效应。;3.粉体的表面特性

（1）粉体颗粒的表面能(surfaceenergy)和表面状态

表面能：晶体破碎后内部原子在周围原子的均等作用下处于能量平衡状态，而表面原子只是一侧受到内部原子的引力，另一侧则处于一种具有“过剩能量”的状态，该“过剩能量”称为表面能。

;3.粉体的表面特性

（1）粉体颗粒的表面能(surfaceenergy)和表面状态

下表是当粒径发生变化时，一般物质颗粒其原子数与表面原子数之间的比例变化。;3.粉体的表面特性

（2）粉体颗粒的吸附与凝聚(Coagulation)

一个颗粒依附于其它物体表面上的现象称之为吸附。而凝聚则是指颗粒间在各种引力作用下的团聚。;4.粉料的堆积（填充）特性(PackingProperty)

单一颗粒（即纯粗颗粒或细颗粒）堆积时的空隙率约40%。若用二种粒度（如平均粒径比为10:1）配合则其堆积密度增大；而采用三级粒度的颗粒配合则可得到更大的堆积密度。;5.粉料的流动性(FlowingProperty)

粉料虽然由固体小颗粒组成，但由于其分散度较高，具有一定的流动性。当堆积到一定高度后，粉料会向四周流动，始终保持为圆锥体，其自然安息角（偏角）α保持不变。

自然安息角越小，反映出流动性越好

球形粉末的流动性好

;二、压制成型原理

压制成型是基于较大的压力，将粉状坯料在模型中压成块状坯体的。;二、压制成型原理

1.压制成型过程中坯体的变化（密度、强度、坯体中压力）

下图为单面加压是坯体内部压力分布情况。;2.影响坯体密度(Density)的因素

（1）成型压力

压制过程中，施加于粉料上的压力主要消耗在以下二方面：

1）克服粉料的阻力P1，称为净压力。

2）克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P2，称为消耗压力。

压制过程中的总压力P=P1+P2，即成型压力。;2.影响坯体密度(Density)的因素

（2）加压方式下图为加压方式和压力分布关系图。;2.影响坯体密度(Density)的因素

（3）加压速度一轻、二重、慢提起

（4）添加剂的选用;3.对压制用粉料的工艺性能要求

(由于压制成型时粉料颗粒必须能充满模型的各个角落)

良好的流动性。

粉料中气体越少越好。以便得到较高的素坯密度。

粉料的堆积密度越高越好。;三、可塑泥团的成型原理

1.可塑泥团的流变特性(RheologicalBehavior)

;三、可塑泥团的成型原理

1.可塑泥团的流变特性(RheologicalBehavior)

;2.影响泥团可塑性的因素

（1）固相颗粒大小和形状

一般地说，泥团中固相颗粒愈粗，呈现最大塑性时所需的水分愈少，最大可塑性愈低；颗粒愈细则比表面愈大，每个颗粒表面形成水膜所需的水分愈多，由细颗粒堆积而成的毛细管半径越小，产生的毛细管力越大，可塑性也高。不同形状颗粒的比表面是不同的，因而对可塑性的影响也有差异。

（2）液相的数量和性质

水分是泥团出现可塑性的必要条件。泥团中水分适当时才能呈现最大的可塑性。;3.对可塑坯料的工艺性能要求

可塑性好，含水量适当，干燥强度高，收缩率小，颗粒细度适当，空气含量低。;四、泥浆/粉浆的成型原理

1.泥浆的流变特性

（1）泥浆的流动曲线

下图