先进陶瓷“成型记”！

中国粉体网讯  先进陶瓷部件的制备首先是根据产品的特点选择符合一定化学比和粒度的粉料；根据产品的形状使用一定的成型方法，如热压铸成型、注射成型、流延成型、轧模成型、挤出成型、模压成型、等静压成型、胶态成型、RP成型，制备出一定形状的坯体，通过烧结获得致密化的瓷胎，最后对瓷胎进行加工（机械加工、激光加工、电子束加工、化学腐蚀加工等）获得精密的先进陶瓷部件。

先进陶瓷成型方法的分类

1.湿法成型

湿法成型是指将陶瓷原料与溶剂混合制备成浆料注入到一定形状的模具中，待坯体凝固后取出制品的方法。包括注浆成型、注射成型、凝胶注模成型等。

氧化铝陶瓷，来源：钧杰陶瓷（封面图）

（1）注浆成型

将粉料与溶剂（主要是水）混合成浆料，加入到石膏模具中，等待部分水分排除，生坯具有一定强度后脱模。后来，又为了缩短生产周期和改善生坯的均匀性能,发展出了离心注浆和压力注浆技术，注浆材料成型适合用于对尺度要求并不严格的、复杂的几何形体上的制品，生产成本低，但是制品表面粗糙，结构不均匀，且不适合工业化生产。

注浆成型流程图

离心注浆：离心注浆成型将湿法化学粉末制备与无应力致密化技术相结合，一方面可以防止粉体的团聚及其他缺陷；另一方面可以借助粉体的粒径的不同和转速不同达到分别沉积的目的，可用于多层和梯度复合功能材料的制备。

压力注浆：可以分为微压注浆、中压注浆和高压注浆。其中，高压注浆成型陶瓷是一种具有高精度、高效率、高质量特点的陶瓷制造工艺，广泛应用于电子、机械、化工等领域的制造中，如电子陶瓷、机械密封件、化工管道等。

（2）注射成型

注射成型长期以来一直被认为是生产高精度陶瓷部件的首要工艺。注射成型在实现多种结构特征（如孔、沟槽等）、尺寸精度、密度均匀性、减少机加工量、提高自动化程度及产能等方面有突出优势，尤其是对于具备硬脆特性的陶瓷精密件而言，“粗暴”的机加工往往意味着大量的微裂纹，而CIM这种近净成形的成型工艺明显更为合适。

CIM陶瓷注射成型的应用领域

但需要注意的是，注射成形制备的坯体均匀性较好，尺寸也精确，只是因为有机物浓度较高，需要化学或热处理的方式进行排胶，这个过程容易发生坯体的塌陷开裂翘曲等情况。

（3）凝胶注模成型

凝胶注模成型是新型胶态成型技术，利用有机物聚合理论和湿法成型技术相结合，与注射成型相比，在精密陶瓷部件制备上具有以下优势：

（1）凝胶浇注中的有机物含量比注射成型的有机物含量少约5～10倍，因此可以减少粘合剂去除过程的问题；

（2）凝胶浇注只需将陶瓷浆料简单地浇注到无孔模具中，无需在高温下进行压力注射以及所有相关的工具和机械。

凝胶注模成型技术已广泛地应用于氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化铝、氮化硅等氧化物或非氧化物的精密陶瓷体系，随着技术的不断改进，凝胶注模成型工艺也日臻完善并成为现代陶瓷材料的一种重要的成型方法。

同时需要关注的是，因为有溶剂的存在，湿法成型的干燥过程和排胶过程中有较大的开裂风险。此外，由于最初的凝胶注模成型技术以丙烯酰胺（具有神经毒素）为单体，这种方法不但危害人类的身体健康，也会对周围的环境产生危害，所以开发健康无毒的凝胶体系是一个很大的发展趋势。

2.干法成型

干法成型就是将干陶瓷粉中混合少量有机粘结剂或液体，将其放入到模具中，通过外部施加压力的方法，将干料压制成型。干法成型根据加压方式主要分为两种，一种是单轴模压成型，一种是等冷静压成型。

单轴模压成型是将干陶瓷粉末送入单轴空心模具中，只能制备形状简单的薄片状制品；该过程通常在低至中等压力下进行，因为更大的压力会导致坯体和烧结部件的不均匀性和分层。该方法工艺简单适合规模化、工业化生产。

冷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。其特点是成本低、模具简单，生坯强度高，但尺寸不精确、复杂形状成型较困难，湿袋式自动化生产效率低。 

由于冷等静压技术能够改善产品性能，提高产品质量，增加经济效益，与其他成型工艺相比，有许多引人注目的优点。因此，应用领域不断扩大，技术越来越成熟。

迄今为止，采用等静压技术的产品种类已达数百种。国内外采用冷等静压技术大批量生产95%氧化铝陶瓷真空开关灭弧室“管壳"系列产品，该产品用冷等静压技术生产比用热压铸工艺生产的合格率高，性能稳定。用该技术还批量生产了氧化铝和氧化锆陶瓷轴心轴套，以及氧化铝陶瓷套。高压钠灯用透明氧化铝陶瓷管、氧化铝火花塞普遍使用干袋式等静压技术。

该方法可以制备形状复杂的制品，且成型中受到的压力均匀，坯体均匀性优于单轴模压成型，缺点设备成本高，不利于连续化生产。

小结

先进陶瓷成型是陶瓷制备工艺中重要的一环，成型技术在很大程度上决定了坯体的均匀性和制备复杂形状部件的能力，并直接影响到材料的可靠性和最终陶瓷部件的成本。高新技术领域对先进陶瓷的形状和尺寸精度都有较高的要求，而陶瓷材料本质上是一种脆性材料，加之其高硬度、高耐磨性的特点，增加了后续加工的难度及加工成本。因此，提高材料的性能可靠性，实现复杂形状部件的精密成型，降低材料的制备、加工成本成为先进陶瓷发展的重要课题。

来源：

马征：氧化铝陶瓷精密部件制备技术的研究

CERADIR先进陶瓷在线：一文了解CIM陶瓷注射成型技术相关

邓椰凡：凝胶注模成型制备氧化铝结构陶瓷及力学性能研究

（中国粉体网编辑整理/空青）

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