先进陶瓷成型技术分享


来源:5G微波介质陶瓷

[导读]  成型工艺对先进陶瓷的致密性、微晶结构有很大影响。目前先进陶瓷产品的成型方法种类繁多,除了传统的干压成型、注浆成型之外,根据陶瓷粉体的特性和产品的制备要求,还发展出了多种成型方法。

中国粉体网讯  目前先进陶瓷产品的成型方法种类繁多,除了传统的干压成型、注浆成型之外,根据陶瓷粉体的特性和产品的制备要求,还发展出了多种成型方法。总的来说可以归纳为4类 :干法压制成型、塑性成型、浆料成型和固体无模成型,其中每一类成形又可细分为不同成形方法。


干法压制成型:主要包括干压成型与等静压成型 。


塑性成型:主要包括挤压成型、注射成型与扎膜成型 。


浆料成型:主要包括注浆成型、流延成型、凝胶注模成型和原位凝固成型 。


固体无模成型:主要包括熔融沉积成型、三维打印成型、分层实体成型、立体光刻成型和激光选取烧结成型。


根据日常使用情况,我们重点介绍以下成型方法:


1、干压成型


干压成型主要是将粉料装入金属模具中,在力的作用下加以压缩,坯料内空隙中的气体部分排出,颗粒发生位移、逐步靠拢,互相紧密咬合,最终形成截面与模具截面相同、上下两面形状由模具上下压头决定的坯体。成型坯体内孔隙尺寸显著变小,数量大大减少,密度显著提高,并具有了一定的强度。


常规干压成型方法包括单向加压、双向加压(双向同时加压,双向分别加压)、四向加压等。


干压成型的主要优点是生产效率高、重复性高、生产周期短、操作简单方便,生产的制品密度大、强度高,适合大批量工业化生产。


其主要缺点则是对成型产品的形状有较大限制,模具造价高,成型坯体强度低,复杂坯体内部致密性不一致,组织结构的均匀性相对较差等。


2、等静压成型


等静压成型是将待压试样置于高压容器中,利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压,当液体介质通过压力注入压力容器时,根据流体力学原理,其压强大小不变且均匀地传递到各个方向。此时高压容器中的粉料在各个方向上受到的压力是均匀的和大小一致的。


等静压成型是最常见的瘠性料先进陶瓷成型工艺,通过将粉体放入柔性模具或包套中,通过对其施加各项均匀的压力成型,是目前国内应用最为广泛、最为成熟的工艺,分为干袋式等静压和湿袋式等静压。


等静压成型时液体介质传递的压力在各个方向上是相等的。弹性模具在受到液体介质压力时产生的变形传递到模具中的粉料,粉料与模具壁的摩擦力小,坯体受力均匀,密度分布均一,产品性能有很大提高。


等静压工艺制品具有组织结构均匀,密度高,烧结收缩率小,模具成本低,可成型形状复杂、细长制品和大尺寸制品和精密尺寸制品等突出优点。


3、流延成型


流延成型,其主要原理是将粘度适合、分散性良好的料浆通过流延机浆料槽道口流到基带上,通过基带和刮刀的相对运动使料浆铺展,在表面张力作用下形成有光滑表面的坯体。


该法具有设备简单、可连续操作、生产效率高、自动化水平高、工艺稳定、成型坯体性能的重复性和尺寸的一致性较高,坯体性能均一等一系列优点,在陶瓷材料的成型工艺中得到了广泛的应用。


制备出的坯体具有良好的韧性和强度,其厚度可以达到几个微米。


流延法成型主要用来生产独石电容器瓷片、多层布线瓷片、厚薄膜电路基片等功能陶瓷。


4、注射成型


注射成型是将高分子聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合发展起来的一种制备陶瓷零部件的新工艺。近几年在国内发展势头迅猛,在小尺寸、高精度、复杂形状陶瓷的大批量生产方面最具优势。


注射成型方法将是小尺寸陶瓷部件特别是复杂形状陶瓷部件最具发展前景的成型方法。


5、凝胶注模成型


凝胶注模成型,借助料浆中有机单体聚合交联将陶瓷料浆固化成型,可制备出大尺寸薄壁陶瓷或形状复杂的产品。


其特点是近净尺寸成型、有机物含量少,坯体强度高可进行机械加工,适合大规模批量化生产。目前国内注凝成型应用最成熟的产品为大尺寸熔融石英坩埚、薄氧化铝基片、二氧化锆陶瓷微珠等产品。


目前5G微波介质陶瓷滤波器的主要成型方式仍为干压成型,虽然其坯体还是存在密度不均的问题,但从其效率与良率来看,在新工艺没有具备完全优势前,其仍将继续保持其主要地位。


(中国粉体网编辑整理/山川)

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