熱壓鑄成型工藝常見缺陷及解決辦法

唐志陽

（無錫工藝職業技術學院，宜興 214206）

0 引言

熱壓鑄成型現已在工業陶瓷生產中得到廣泛應用，是一種常用的成型方法。熱壓鑄成型工藝常常會因各種原因出現多種缺陷，如欠注、氣泡、皺紋、變形、凹坑、開裂等，這些缺陷不僅會給后續的排蠟工藝帶來難度，還會影響到產品的體積密度、氣密性、抗折強度等性能，因此必須采取措施加以控制。現對熱壓鑄成型工藝中常見缺陷產生的原因作了分析，同時提出了相應的解決辦法。

1 熱壓鑄成型工藝特點

熱壓鑄成型是在熱壓鑄機上進行的，它的基本原理是利用石蠟受熱熔化后具有塑性和流動性、冷卻后能凝固的特點，將瘠性陶瓷原料與熱石蠟熔液混合均勻，形成流動性良好的可塑漿料，使用金屬模具，在一定的壓力下將漿料壓入模具內，并在持續壓力下充滿整個模具且凝固，除去壓力拆除模具后，即得到所需形狀的蠟坯，蠟坯在冷凝狀態時能保持其形狀不變。

熱壓鑄成型設備投資小，生產規模可大可小，比較靈活，在成型形狀復雜的小件產品時具有明顯的優勢，是生產小件復雜、異形陶瓷制品的主要成型方法之一。熱壓鑄成型操作簡單，成型時間短、效率高；其成型的產品尺寸較準確，光潔度好，結構緊密，基本不需要后續加工；對生產設備要求不高，可用原料比較多，如一般氧化物原料、非氧化物原料、各種礦物原料及復合原料均可用。該成型方法現已廣泛用于制造中小尺寸、形狀復雜、精度要求較高的工業陶瓷產品，如結構陶瓷、紡織陶瓷、電子陶瓷、密封陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷零部件以及抗熱震陶瓷制品等，其應用廣泛，單位生產成本相對較低。熱壓鑄成型的缺點是產品密度和質量穩定性偏低，后續的排蠟工序周期長、能源消耗大，甚至對環保能帶來一定的影響，是不宜成型壁薄的、大而長的產品。

2 熱壓鑄成型常見缺陷產生原因及解決辦法

2.1 氣泡

熱壓鑄成型產生的氣泡一般包裹在坯體里面，一些尺寸較小的氣泡也會出現在坯體外表面。氣泡形狀一般是長圓形、口小內大，是進漿時氣泡被模具內壁摩擦所至。蠟坯中的氣泡對產品質量影響很大，因為大部分氣泡在坯體里面，中間過程不能發現，要到最后一道研磨工序完成后才能被發現。由于陶瓷封接件、密封件等產品對力學性能要求較高，因此氣泡是它們的致命缺陷，有氣泡的制品就是廢品，因此造成了原料和能源的浪費，也影響了生產效率，所以必須采取措施減少氣泡的出現。熱壓鑄坯體產生氣泡的原因主要有:

2.1.1 坯料中混有有機物

坯料中如混有有機物，高溫燒成時隨著有機物的燃燒揮發，產品內部就會留下氣孔。解決辦法:在熱壓鑄漿料的制備階段要嚴格控制工藝衛生，防止原料混磨時混入有機物，按工藝要求進出配料工作間。

2.1.2 漿料中的空氣沒有充分排除

在進入真空除氣機前漿料溫度沒有控制好，導致真空除氣時漿料中的空氣不能充分排除；或者真空除氣后的漿料倒入熱壓鑄機時，又將空氣帶入熱壓鑄機內。解決辦法:在進入真空除氣機前要把漿料溫度升高到90～110℃，同時不斷地進行手工攪拌，防止漿筒底部的石蠟揮發，在此溫度范圍內能達到較好的除氣效果。真空除氣后的漿料倒入熱壓鑄機時速度不能太快，漿料加到熱壓鑄機后再采用手工除氣，將空氣排除干凈。由于陶瓷密封件對力學性能要求較高，可用真空攪拌熱壓鑄機的方法排出機內的空氣。

2.1.3 成型時漿料流動性過好或壓力過大

這兩種情況會導致成型時漿料填充速度過快產生渦流而把空氣帶進漿料中，使成型后的坯體中產生氣泡。解決辦法:拌蠟時掌握好石蠟和表面活性物質的加入量，不能過多加入；成型時控制好漿料溫度，這樣可防止成型時漿料流動性過好。成型過程中要根據產品形狀和尺寸、漿料的粘度、漿料和模具的溫度隨時調整成型壓力，調整壓力的宗旨是在能注滿整個模具的情況下盡量用較小壓力，防止壓力過大；還要針對不同的熱壓鑄機型號和漿料密度采用不同的壓力。當壓力超過某一極限值時，漿料開始由出漿管注入模具，其最小壓力為:P＝（H－h）b其中P為最小壓力，H為漿桶的高度，h為料漿的高度，b為料漿的密度。由上式可知，如果漿桶的高度（H）很大，則P就要求大些。成型一段時間后，漿料逐漸減少，h減小，這時也要提高P，也就是要提高壓縮空氣的壓力。

2.1.4 模具不合適

模具排氣槽如過大會產生渦流，過小則空氣排不出，會導致空氣包裹在坯體中而產生氣泡；模具進漿氣包裹在坯體中而產生氣泡；模具進漿口位置不合理導致渦流而出現氣泡；模具粗糙或損傷時，進漿受到阻礙而帶進空氣產生氣泡。解決辦法:采用模具型腔的最高處是滑配合，或者根據產品的結構設計排氣槽，排氣槽的深度一般為0.2～0.25mm，寬度要根據產品具體規格而定，其布置要合理，否則容易產生渦流。另外，模具要定時維護保養，出現問題要及時修理，防止帶傷使用，以保證進漿順暢。

2.2 皺紋

皺紋分冷紋、熱紋和水紋。冷紋線條比較粗糙，熱紋線條比較光潔，水紋帶有水珠痕跡。

冷紋產生的原因有:漿料粘度大或者成型時漿料溫度和模具溫度偏低，使漿料的流動性差，導致進漿不順暢而產生冷紋；模具內壁光潔度不夠，導致漿料在其中不能順暢流動而產生冷紋和微氣泡等缺陷；成型壓力偏小，導致漿料流速慢，受模具內壁冷卻帶來的阻力，坯體表面常常會出現冷紋，特別是成型高度較高的產品時更容易造成冷紋；成型時模具內空氣未完全排除。解決辦法:制備漿料時加入足夠的石蠟和表面活性物質；選擇合適的攪拌方式并充分攪拌；拌蠟前控制好原料的顆粒度和含水率，使含水率小于0.5%，萬孔篩余小于0.5%；成型時調整好漿料溫度和模具溫度，防止溫度偏低，這樣就能保證漿料的粘度小、流動性好，從而避免冷紋的產生。加工方便排氣的模具，并保證其內壁光潔度達到要求。成型時根據具體情況隨時調整壓力，避免壓力偏小。

熱紋產生的原因有:成型時漿料溫度或者模具溫度偏高，導致漿料進入模具后不能及時凝固，漿料反流而產生熱紋；成型壓力過大，導致進漿速度太快，在保壓時間不足時就容易產生熱紋。解決辦法:成型時調整好漿料溫度和模具溫度，防止溫度偏高；控制好成型壓力，避免壓力過大，保證足夠的保壓時間。

水紋是由于采用水或冰塊冷卻的模具，成型前沒有將水擦干凈，導致坯體表面出現水珠或水波一樣的皺紋。解決辦法:模具從水或冰塊中取出后，要將模具上的水擦干后再成型，擦模具的毛巾也要及時擰干，臟了要及時更換。

2.3 開裂

蠟坯開裂的類型有:內直角開裂、合縫線開裂、壓注口開裂、不規則開裂等。產生原因如下:

（1）模具溫度偏低，使蠟坯冷卻速度過快，注模型芯阻止蠟坯收縮造成開裂；模具冷卻后沒有及時脫模導致開裂；脫模時震動過大產生開裂。解決辦法:成型時控制好模具溫度和脫模時間，脫模時防止震動過大。

（2）成型內孔為方形的產品時脫模過快，使方角收縮時產生應力而導致開裂。解決辦法:內孔為方形的蠟坯避免脫模過快。

（3）模具注漿口無斜度或斜度不足，使注漿口邊緣產生開裂；自動削坯的模具，削坯口太大或削坯口不鋒利導致開裂。解決辦法:設計加工模具時控制好注漿口斜度，對自動削坯的模具要控制好削坯口尺寸，模具使用過程中要及時檢修。

（4）成型一端是密封的筒體產品時，由于模具設計不合理，脫模時筒體內的壓力改變造成密封端開裂或變形；成型有臺階的產品時操作不當而造成開裂。解決辦法:對一端是密封的筒體產品，設計模具時要在模芯中間留通氣孔，這樣可以減少脫模時產生的沖擊。有臺階的產品要與脫模墊腳相通，這樣可避免應力造成開裂。

2.4 欠注

欠注就是成型時模具內未注滿漿料，脫模后的蠟坯不完整，成型形狀復雜的產品時容易出現這種缺陷。欠注產生的原因較多，如下:

2.4.1 漿料的粘度大、流動性差

漿料的粘度大，其流動性就差，成型時漿料不能注滿整個模具會造成欠注，其產生原因有以下幾方面:

（1）拌蠟前原料沒有充分干燥。拌蠟時一般加入油酸和蜂蠟作為表面活性物質，經過攪拌混合均勻后，油酸和蜂蠟就附著在原料顆粒表面，可以減少原料顆粒間的摩擦，因而能提高原料的流動性。如果原料干燥不充分，由于油酸、蜂蠟與水互不潤濕，這樣它們就不能附著在原料顆粒表面，也就起不到原料之間的潤滑作用，從而導致漿料的流動性差，甚至難以熱壓鑄成型。解決辦法:拌蠟前將原料充分烘干，使其含水率小于0.5%；拌蠟和成型過程中要防止混入水分。

（2）原料顆粒度太小。原料的顆粒度對漿料的流動性有較大的影響，顆粒越小，則其比表面積就越大，要配制一定粘度的漿料需加入的石蠟量就越大；在石蠟加入量一定的情況下，原料的顆粒越小，制得的漿料的粘度就越大，其流動性就越差。原料顆粒太小，不僅影響漿料的流動性，而且會增加排蠟的難度。但原料的顆粒也不能過大，否則會導致產品相對燒成溫度高、密度低。解決辦法:選料和球磨時要注意原料的粒度，拌蠟前原料要達到萬孔篩余小于0.5%的要求。

（3）石蠟及表面活性物質加入量不足。相同溫度下，漿料中的石蠟含量越大，其粘度就越小，流動性越好，越利于成型。加入表面活性物質（蜂蠟和油酸）能提高漿料的流動性，石蠟和活性物質的加入量不足時，會造成漿料的粘度大，流動性差。但它們的加入量也不能過多，否則會增加坯體排蠟的難度，還會使產品的氣孔率和收縮率增加。解決辦法:拌蠟時石蠟和活性物質的加入量要控制好，石蠟加入量一般為12～16%，活性物質一般為0.4～1%，顆粒密度較大的原料可以少加點，相反，則可以適當多加一點。拌蠟時要先快速攪拌，然后再慢速攪拌，這樣能使石蠟和原料混合均勻，且能將漿料中的空氣充分排除。

（4）成型時漿料溫度不合適。成型時漿料溫度對其流動性影響較大，溫度偏低，則漿料粘度大、流動性差，不能注滿模具而造成欠注；反之，則漿料粘度小、流動性好。但漿料溫度也不能過高，否則會使石蠟揮發，還會導致坯體冷凝后收縮增大而出現欠注；或因溫度高使漿料在模具中不能及時凝固，導致漿料反流而產生欠注，壁厚以及內部結構復雜的產品更容易出現這一現象。另外，模具溫度和注漿口溫度太高或太低也會導致欠注。解決辦法:成型時根據漿料粘度調整漿料溫度，一般為65～90℃，成型壁厚的產品可以適當降低溫度，對壁薄的或尺寸大且形狀復雜的產品，要適當提高漿料溫度，這樣可以減小漿料粘度，增加其流動性，有利于成型，避免出現欠注現象。

除上述各種原因外，空氣濕度和氣候等因素對漿料的熱流動性也有很大的影響。天氣潮濕會妨礙原料和石蠟的均勻分布，從而降低漿料的熱流動性。因此天氣潮濕時拌蠟要適量多加一點表面活性物質，以提高漿料的熱流動性。另外，成型前真空除氣時，一定要注意把漿料溫度升高到90～110℃，在此溫度范圍內真空除氣，既能保證漿料的熱流動性，又能防止石蠟揮發影響漿料的熱流動性。

2.4.2 壓力太小，保壓時間不足

成型壓力的大小決定著模具中漿料的填充速度，以及漿料冷卻收縮時的補償能力。壓力太小且保壓時間又不足時，則由于漿料的填充速度慢，會導致料漿不能注滿模具而產生欠注。適當提高成型壓力，不僅能減少欠注缺陷的產生，還能降低坯體冷卻時的收縮率，提高坯體密度，減少空洞和縮孔的出現。但壓力也不能太大，否則會使漿料填充過快產生渦流而帶入空氣，使坯體產生氣孔。保壓時間不足，會導致漿料不能注滿模具，或坯體冷卻時的體積收縮不能得到完全補償，從而產生欠注。解決辦法:根據漿料的流動性和溫度及產品尺寸形狀，選擇合適的成型壓力和保壓時間，使模具中的漿料冷卻收縮時能完全得到漿料補償。

2.4.3 模具中氣體未充分排除

模具排氣不暢，成型時模具中氣體不能充分排除，會導致漿料不能注滿模具而產生欠注。解決辦法:設計模具時要設計深度合適的排氣槽，排氣槽的深度一般為0.2～0.25mm，太淺起不到排氣作用，太深會影響產品形狀。

2.5 凹坑

凹坑產生的原因有:成型時模具和漿料溫度太高，導致坯體冷卻收縮增大；坯體還未完全凝固時就脫模；模具進漿口尺寸太小或位置不合理而影響漿料的注入；成型壓力太小，使坯體冷卻時的體積收縮不能得到充分補償，以上幾種情況都會使坯體表面產生凹坑。解決辦法:成型時根據產品形狀和壁厚等選擇合適的模具和漿料溫度，模具溫度一般為10～25℃；控制好成型壓力和脫模時間；設計合理的模具進漿口尺寸和位置。

2.6 變形

變形產生原因是模具溫度和漿料溫度偏高，坯體未完全凝固時就脫模，或脫模后操作不當。解決辦法:根據產品尺寸形狀等選擇合適的模具溫度和漿料溫度，掌握好脫模時間，脫模后的坯體要輕拿輕放。

3 結語

熱壓鑄成型工藝容易產生的缺陷有以上幾種，每種缺陷產生的原因是多方面的，實際生產中要嚴格按照工藝要求操作，加強坯體檢驗，及時發現質量問題。操作工人要有耐心和責任心，操作時要細心，這樣才能及時發現不合適的工藝參數并進行調整，避免出現大批量的廢品。生產中具體的工藝參數是隨實際情況不斷變化的，合適的工藝參數要在實踐中不斷摸索和總結才能得到，因此，成型時操作工人的經驗也很重要，有經驗的工人能根據出現的問題及時找到產生的原因。總之，熱壓鑄成型工藝每個環節都有可能產生缺陷，生產過程中必須層層把好關，這樣才能減少缺陷的產生，提高坯體合格率。

[1]欽征騎,錢杏南,賀盤發.新型陶瓷材料手冊[M].南京:江蘇科學技術出版社.1995.

[2]謝德欣.熱壓鑄成形工藝常見缺陷分析[J].佛山陶瓷.2009(12):12-14.

[3]付鵬,劉衛東,吳細桂.氧化鋁陶瓷生產工藝中的質量控制[J].佛山陶瓷.2005(05):24-27.

[4]梁迎春.影響熱壓鑄成型工藝質量的因素分析[J].真空電子技術.2012(04):49-51.

[5]張銳.陶瓷工藝學[M].北京:化學工業出版社.2007.

[6]俞韜.95電真空陶瓷管熱壓鑄成型方法之研究[J].陶瓷研究.2013,28(1):123-124.

[7]周朝陽,李中權.熱壓鑄厚壁剛玉瓷的研制[J].陶瓷工程.2001(03):6-8,24.

[8]石棋,劉瑩,郭志猛.電真空高鋁陶瓷管產品質量控制[J].中國陶瓷.2006,42(12):45-46,53.

[9]趙迎喜.解決厚壁95瓷在熱壓鑄生產線存在的問題[J].江蘇陶瓷.2005,38(3):18-20.