不同的陶瓷成型工藝如何選擇粘結(jié)劑

陶瓷成型是陶瓷工藝中必不可少的一環(huán)，它能幫助特種陶瓷在燒結(jié)前得到內(nèi)部均勻和密度高的陶瓷坯體?？梢哉f，成型工藝在很大程度上決定了坯體的均勻性和制備復(fù)雜形狀部件的能力，并直接影響到材料的可靠性和最終陶瓷部件的成本。
針對不同用途的特種陶瓷，廠商往往會采用不同的成型工藝。但無論是干壓成型，還是擠壓成型，亦或者是流延成型，它們的成效都與結(jié)合劑的選擇有莫大的關(guān)系。具體該怎么做，有道是術(shù)業(yè)有專攻，這種難題當然要交給專業(yè)人士——來自高化學株式會社的張滿貴經(jīng)理來解答。
陶瓷干壓成型
陶瓷干壓成型又稱模壓成型，是最常用的成型方法之一。它是將經(jīng)過造粒、流動性好，顆粒級配合適的粉料，裝入金屬模腔內(nèi)，通過壓頭施加壓力，壓頭在模腔內(nèi)位移，傳遞壓力，使模腔內(nèi)粉體顆粒重排變形而被壓實，形成具有一定強度和形狀的陶瓷素坯。

干壓成型示意圖

其中，造粒粉的性能，如形狀、尺寸分布、流動性等會對陶瓷坯體的致密度有很大的影響，而粘結(jié)劑的質(zhì)量則影響著造粒粉的性能。在干壓成型過程中，粘結(jié)劑主要起粘合作用，增大假顆粒粒徑，增加顆粒強度。若添加不當，那么干壓成型時將很難獲得高致密度的坯體。
到底什么樣的粘結(jié)劑才最適合干法成型，張經(jīng)理介紹說，干法成型粘結(jié)劑的選擇要考慮以下幾個因素：熱分解性、易壓碎性、強度、脫模性，以及粉體種類。在保證以上幾點均符合要求的前提下，粘結(jié)劑最好選擇無灰分殘留的水系粘結(jié)劑，這樣更加安全環(huán)保。
擠壓成型
擠壓成型工藝是生產(chǎn)制造等截面陶瓷產(chǎn)品中最常用的工藝之一。該工藝可以在低溫、低壓條件下將陶瓷粉體混合物擠出得到較長的等截面線材、管材或片材。該工藝除被廣泛用于生產(chǎn)磚、地磚、管子、棒以及具有等截面的長形部件，截面形狀非常復(fù)雜的部件也可采用擠壓，最具代表性的就是用于汽車尾氣排放的蜂窩陶瓷。
陶瓷擠壓成型所用的漿料，是固體粉末和液體的混合物。制備擠壓漿料的基本要求是：含有盡量少的粘結(jié)劑以保證最小的燒結(jié)收縮，具有良好的流變性以利于成型，同時必須保證坯體在擠出后具有保持一定形狀的能力。因此對粘結(jié)劑選擇時，需要留意其分解性、保水性、濕潤性、保形性，確保陶瓷坯體的柔軟性、強度和濕潤度能夠符合要求。
目前無機粘結(jié)劑由于燒結(jié)過程中“燒損”較少及殘?zhí)剂康投艿街匾?，如水基粘結(jié)劑。但水基漿料容易發(fā)生固-液相分離現(xiàn)象，導(dǎo)致擠壓壓力不斷升高而發(fā)生擠壓機堵死的情況,必須提高漿料的穩(wěn)定性以改善這種狀況。
流延成型
流延成型最早應(yīng)用于造紙、油漆和塑料等領(lǐng)域，是一種歷史悠久的成型技術(shù)，主要包括制備漿料、球磨混合、成型、干燥、排膠和燒結(jié)等過程。與其他成型工藝相比，流延成型具有以下：設(shè)備工藝簡單，可連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)品的缺陷小，性能均一，生產(chǎn)效率高，非常適用于大型薄板的陶瓷部件的制備。
粘結(jié)劑作為流延帶中唯一的連續(xù)相，它對流延帶的強度、可塑性、柔韌性、平滑度具有最大的影響。據(jù)張經(jīng)理介紹，流延成型法所用的粘結(jié)劑，保形性必須要好，以確保陶瓷薄板的成型精度，否則容易發(fā)生薄板開裂、卷曲等缺陷。具體可表現(xiàn)為：①不影響溶劑揮發(fā)，不產(chǎn)生氣泡；②能防止顆粒沉降；③具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；④容易燒除，沒有殘余物留下；⑤不會與基板粘結(jié)。
陶瓷注射成型技術(shù)
陶瓷注射成型技術(shù)是一種精密陶瓷材料的快速成型技術(shù)，其特點是：適于制備體積小、形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的陶瓷零件，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化連續(xù)生產(chǎn)。該技術(shù)的生產(chǎn)過程包括如下幾個主要步驟：混料、注射、脫脂和燒結(jié)。其中，粘結(jié)劑和脫脂工藝是該技術(shù)的核心。
粘結(jié)劑在整個陶瓷注射成型技術(shù)工藝中有兩個基本作用：與陶瓷粉末均勻混合，使其在一定溫度和注射壓力下具有良好的流動性，能夠順利完成注射成型；在脫脂階段，一方面能夠通過一定的脫脂工藝快速、順利地從陶瓷注射樣品中脫除，另一方面又要維持樣品完好的形狀。為了滿足上述基本要求，應(yīng)用于陶瓷注射成型的粘結(jié)劑一般為多組分體系。對于水基粘結(jié)劑而言，一般包括如下組分：水溶性聚合物、非水溶性聚合物、表面活性劑、增塑劑和潤滑劑。