熱壓鑄成形工藝常見(jiàn)缺陷分析

摘要:本文對(duì)熱壓鑄成形工藝的基本原理以及其容易產(chǎn)生的缺鑄、凹坑、皺紋、氣泡、變

形、開(kāi)裂等常見(jiàn)缺陷進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并闡述了其產(chǎn)生原因和對(duì)應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞:熱壓鑄;缺陷;措施

1前 言

熱壓鑄成形是特種陶瓷生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種成形工藝，其操作簡(jiǎn)單、成形時(shí)間短、生產(chǎn)效率高，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境要求不高，原料適用性強(qiáng)，如一般氧化物、非氧化物、復(fù)合原料及各種礦物原料均可適用。產(chǎn)品尺寸精度高、外表光潔，基本不需要后續(xù)加工，是制作復(fù)雜、異形陶瓷制品的主要成形方法之一。

熱壓鑄成形工藝的基本原理是:利用石蠟受熱熔化、遇冷凝結(jié)的特點(diǎn)，將無(wú)可塑性的瘠性陶瓷粉料，與熱石蠟熔液均勻混合，形成可流動(dòng)的漿料，在一定壓力下注入金屬模具中，待漿料凝固后脫模，取出坯件;坯件經(jīng)過(guò)適當(dāng)修理，埋在吸附劑中，通過(guò)加熱進(jìn)行脫蠟處理，然后把脫蠟過(guò)的坯件燒結(jié)成成品。

由于熱壓鑄成形工藝自身的特點(diǎn)，經(jīng)熱壓鑄成形的產(chǎn)品，缺鑄、凹坑、皺紋、氣泡、變形、隱裂等缺陷相對(duì)較多，如果成形過(guò)程控制不好，不僅給后續(xù)的脫蠟環(huán)節(jié)帶來(lái)難度，還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品密度低而影響力學(xué)性能以及其他相關(guān)性能的穩(wěn)定性，這對(duì)于對(duì)體積密度、氣密性、抗折強(qiáng)度等要求嚴(yán)格的密封陶瓷器件而言，顯得至關(guān)重要。筆者根據(jù)陶瓷工藝學(xué)的基本理論，結(jié)合多年來(lái)在熱壓鑄崗位實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)熱壓鑄工藝中容易出現(xiàn)的常見(jiàn)缺陷進(jìn)行分析，同時(shí)提出了相應(yīng)的控制和解決措施以供參考。

2熱壓鑄工藝的常見(jiàn)缺陷分析

2.1 缺注

缺注是模具內(nèi)沒(méi)有注滿漿料，脫模出來(lái)的產(chǎn)品不完整，異形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品較容易產(chǎn)生這類缺陷。究其原因，主要有以下幾方面:

(1) 漿料粘度大、流動(dòng)性差

漿料粘度大、流動(dòng)性差，漿料不能填滿整個(gè)模具，因而產(chǎn)生缺注。遇到這種情況，必須調(diào)整好原料粘度，保證漿料的流動(dòng)性。

首先，要注意原料的充分干燥，因?yàn)榧尤朐现械幕钚晕镔|(zhì)一般采用油酸，混合攪拌后使油酸附著在粉料顆粒表面，通過(guò)減少粉料顆粒間的摩擦，起到提高粉料流動(dòng)性的作用;如果原料沒(méi)有充分干燥，由于油酸與水互不潤(rùn)濕，活性物質(zhì)與原料不能兼容，這樣起不到粉料之間的潤(rùn)滑作用而造成流動(dòng)性差。

其次，粉料顆粒度對(duì)漿料流動(dòng)性影響較大:顆粒太小，不僅粉料的流動(dòng)性不好，還會(huì)增加脫蠟難度;顆粒越大，比表面積越小，在同等條件下，比表面積越小則流動(dòng)性越好;但顆粒過(guò)大導(dǎo)致燒成后產(chǎn)品致密度較低，相對(duì)燒成溫度高，因此粉料的粒度應(yīng)適當(dāng)，一般原料的細(xì)度要求為萬(wàn)孔篩余小于0.5%。

要注意的是，活性物質(zhì)和石蠟的加入量要適中，石蠟一般控制在12%～16%，活性物質(zhì)控制在0.4%～1%。原料顆粒密度較大的可以少加，相反可以適當(dāng)增加，但石蠟和活性物質(zhì)過(guò)多會(huì)增加脫蠟的難度。此外，和蠟攪拌時(shí)應(yīng)先快速后轉(zhuǎn)入慢速攪拌，目的是使粉料和石蠟混合均勻，同時(shí)將漿料中的氣泡充分排放。

(2) 成形溫度控制不當(dāng)

成形時(shí)要根據(jù)漿料的粘度調(diào)整好壓注的溫度和壓力。壓注溫度一般控制在65～90℃，壁薄的產(chǎn)品可以適當(dāng)提高溫度，壁厚的適當(dāng)降低。注漿口溫度和模具溫度太高或太低也會(huì)造成缺注，過(guò)高則坯體冷卻后收縮過(guò)大造成缺注，或因溫度高料漿不能在模具中及時(shí)凝結(jié)，特別是內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及比較厚的產(chǎn)品，會(huì)導(dǎo)致料漿反流，造成缺注;而溫度過(guò)低也會(huì)因?yàn)榱蠞{流動(dòng)不好，不能填滿模具而引起缺注。

(3) 注漿壓力和注漿時(shí)間不夠

注漿壓力的大小決定著料漿在模具中的填充速度，也決定著料漿在模具中冷卻收縮時(shí)的補(bǔ)償能力。壓力太小，且注漿時(shí)間又不夠的情況下，由于漿料的填充速度慢，可能導(dǎo)致注入模具中的料漿不足，造成缺注;壓力過(guò)大又會(huì)造成填充時(shí)漿料產(chǎn)生渦流，把空氣帶入，使坯件出現(xiàn)氣孔。因此要選擇合適的成形壓力和加壓的持續(xù)時(shí)間，使料漿在模具中冷凝收縮時(shí)及時(shí)得到料漿的補(bǔ)充。

(4) 模具設(shè)計(jì)不合理

模具排氣不暢，壓注時(shí)氣體沒(méi)有完全排出會(huì)造成料漿注不滿而出現(xiàn)缺注，還會(huì)在坯件中產(chǎn)生氣泡，因此要在模具中設(shè)計(jì)合理的排氣槽。

2.2 凹坑

凹坑是坯件表面出現(xiàn)凹陷的現(xiàn)象，其產(chǎn)生的原因可從以下兩方面分析。

(1) 料漿溫度和模具溫度。如兩者溫度過(guò)高，會(huì)使坯件冷卻收縮過(guò)大，造成坯體表面出現(xiàn)凹坑。模具溫度一般控制在10～25℃，具體要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和壁厚來(lái)把握。

(2) 坯件凝結(jié)發(fā)生體積收縮時(shí)未能得到料漿的補(bǔ)充和壓力的支撐，也會(huì)造成凹坑，所以出現(xiàn)凹坑缺陷時(shí)，要同時(shí)考慮注漿口和注漿壓力的大小是否合理。

2.3 皺紋

皺紋分熱紋、冷紋和水紋。熱紋線條比較光潔，冷紋比較粗糙，水紋帶有水珠痕跡。熱紋是由于模具溫度或者料漿溫度偏高，料漿進(jìn)入模具沒(méi)有及時(shí)凝結(jié)，料漿反流而產(chǎn)生的皺紋，另外，壓力大時(shí)進(jìn)漿速度快，如保壓時(shí)間不夠時(shí)也容易出現(xiàn)熱紋。

冷紋是由于料漿粘度大、流動(dòng)性差，進(jìn)漿不順暢而產(chǎn)生的。模具內(nèi)壁粗糙，漿料在模具內(nèi)壁不能順暢流動(dòng)，不但會(huì)帶來(lái)皺紋還會(huì)產(chǎn)生微氣泡等缺陷;注漿壓力偏小，料漿流速慢，受模壁冷卻帶來(lái)的阻力，也常會(huì)出現(xiàn)皺紋，特別是高度較大的產(chǎn)品。

水紋是對(duì)于采用冰塊或水冷卻的模具，使用時(shí)因水沒(méi)有擦干，產(chǎn)品外表面出現(xiàn)的水波或水珠一樣的紋。

2.4 氣泡

氣泡一般包裹在坯件里面，有些也會(huì)出現(xiàn)在外表面，但尺寸較小，象斜插進(jìn)坯體表層。氣泡的形狀一般是口小內(nèi)大、長(zhǎng)圓形，是進(jìn)漿時(shí)氣泡受模具內(nèi)壁摩擦所至。熱壓鑄成形時(shí)，坯件產(chǎn)生氣泡的原因主要有如下幾方面:

(1) 料漿中的空氣沒(méi)有排除干凈。排除料漿空氣一般采用真空脫泡，但當(dāng)真空脫泡后的料漿倒入壓鑄機(jī)時(shí)，會(huì)將空氣帶入，所以要注意倒?jié){的方法，倒?jié){速度不能太快。料漿加到壓鑄機(jī)后可以通過(guò)手工除氣，把帶入機(jī)內(nèi)的空氣充分排除，對(duì)于對(duì)力學(xué)性能要求嚴(yán)格的陶瓷密封件，還可以采用真空攪拌熱壓鑄機(jī)的方法排出氣泡。

(2) 料漿流動(dòng)性好，壓注壓力偏大時(shí)，料漿填充速度過(guò)快也易產(chǎn)生渦流，從而把空氣帶進(jìn)料漿內(nèi)，使坯體中出現(xiàn)氣泡。

(3) 模具設(shè)計(jì)不合理如排氣槽過(guò)大會(huì)產(chǎn)生渦流，過(guò)小則空氣排放不出，包裹在坯體中而產(chǎn)生氣泡;進(jìn)漿位置不合理也會(huì)產(chǎn)生渦流而生成氣泡;模具損傷或模具粗糙時(shí)，進(jìn)漿受到阻礙也會(huì)帶進(jìn)氣泡，所以要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)排氣槽:排氣槽的深度一般為0.2～0.25mm，寬度可以根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格而定;排氣槽的布置也要合理，否則也容易產(chǎn)生渦流;模具出現(xiàn)缺陷要及時(shí)修理，以保證進(jìn)漿順暢。

氣泡是熱壓鑄成形的常見(jiàn)缺陷，也是陶瓷密封件、封接件的致命缺陷，由于氣泡的產(chǎn)生原因是多方面的，要預(yù)防氣泡的產(chǎn)生，首先要保證漿料的性能，如流動(dòng)性好、氣泡含量小等;其次，在成形操作過(guò)程中要控制好工藝參數(shù)，如根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整注漿溫度和壓力;此外，還要設(shè)計(jì)合理的模具結(jié)構(gòu)，如注漿口的位置、排氣槽的尺寸等，另外，模具要定時(shí)維護(hù)保養(yǎng)，防止模具帶傷使用。

2.5 變形

模具溫度過(guò)高、脫模過(guò)早，或出模后操作不當(dāng)均會(huì)使坯件產(chǎn)生變形。

2.6 開(kāi)裂

坯體開(kāi)裂有壓注口開(kāi)裂、合縫線開(kāi)裂、內(nèi)直角開(kāi)裂、不規(guī)則開(kāi)裂等類型。

(1) 模具冷卻速度慢，坯體冷卻過(guò)快，則模型會(huì)阻止坯體收縮而產(chǎn)生開(kāi)裂。所以要把握適中的模具溫度和脫模時(shí)間。

(2) 內(nèi)孔為方形的瓷件，脫模過(guò)快會(huì)使方角收縮時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力而出現(xiàn)開(kāi)裂，所以內(nèi)有方角的坯件脫模不能過(guò)快。

(3) 模具注漿口沒(méi)有斜度或斜度不夠時(shí)，會(huì)導(dǎo)致注漿口邊緣開(kāi)裂;模具設(shè)計(jì)為自動(dòng)削坯的，如削坯口不鋒利，或削坯口太大也容易出現(xiàn)開(kāi)裂，所以要合理設(shè)計(jì)模具并及時(shí)檢修。

(4) 對(duì)于一端是密封的筒體坯件，脫模時(shí)會(huì)因?yàn)橥搀w內(nèi)壓力的改變而使密封的一端產(chǎn)生變形或開(kāi)裂，這種模具最好在模芯中間設(shè)計(jì)通氣孔，減少脫模時(shí)產(chǎn)生的沖擊。另有，對(duì)于有臺(tái)階的產(chǎn)品，要注意與脫模墊腳相通，以防止應(yīng)力造成開(kāi)裂。

3結(jié) 論

熱壓鑄成形適用于生產(chǎn)中小尺寸、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及精度要求較高的結(jié)構(gòu)陶瓷、電子陶瓷、絕緣陶瓷、紡織陶瓷、密封陶瓷、耐腐蝕陶瓷以及耐熱震陶瓷制品等，其適應(yīng)性廣、單位生產(chǎn)成本相對(duì)較低，但要在生產(chǎn)中提高合格率，生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，除嚴(yán)格工藝管理外，還有待在實(shí)踐中不斷摸索和總結(jié)，將各類產(chǎn)品缺陷控制在最低水平。

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