泥浆浇注成形刚玉瓷生产工艺要点分析

・　２４　・　陶瓷　２ｏｏ８．Ｎｏ．７　泥浆浇注成形刚玉瓷生产工艺要点分析　刘　娥　余爱民　（１咸阳陶瓷研究设计院陕西咸阳７１２０００）　（２杭州诺贝尔集团有限公司　杭州　３１１１２２）　摘　要　注浆成形是一种占地面积大，劳动强度大的成形方法，但是其适应性强、生产效率高、生产成本低，特别是对于瘠　性料含量高的大型刚玉瓷产品的成形，更是有效的好方法。笔者主要讨论泥浆浇注成形刚玉瓷时，在生产工艺中应控制　的几个要点问题，并对可能产生的缺陷进行了分析。　关键词　工业氧化铝　电解质　泥浆浇注　成形模具成形环境　Ｔｅｃｌｍｏｉｇｉｃａｌ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆｏｒｍｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｏｒｕｎｄｕｍ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｂｙ　Ｓｌｉｐ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｕｕ　Ｅ‘，Ｙｕ　Ａｉｍｉｎ２（１　Ｘｉａｎｙａｎｇ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＣｅｒａｍｉｃｓ，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｘｉａｎｙａｎｇ，７１２０００）（２　Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｎｏｂｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，　Ｈａｎｆｆｚｈｏｕ，３１１１２２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｌｉｐ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｗａｓ　ａ　ｍｏｌｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ａｒｅａ　ｏｃｃｕｐｉｅｄ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｌａｂｏｒ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｂｕｔ　ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ｍｏｌｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍ—　ｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏｒｕｎｄｕｍ　ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｈａｒｄ　ｂｒｉｔｌｔｅ，ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｓｔ．Ｔｈｅ　ｐｒｏ—　ｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏｒｕｎｄｕｍ　ｃｅｒａｍｉｃｓ　ｂｙ　ｓｌｉｐ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｓｉｓｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ｍｏｌｄｉｎｇ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄ：Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ａｌｕｍｉｎａ；Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ；Ｓｌｉｐ　ｃａｓｔｉｎｇ；Ｆｏｒｍｉｎｇ　ｍｏｕｌｄ；Ｍｏｕｌｄｉｎｇ　ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔ　能如表１所示。由表１我们可以看出，７一ＡＩ，０　具有　１　主要原料的选择　较大的活性，真密度小。因此，用工业氧化铝难以调制　出满足浇注成形所要求的泥浆；用此泥浆浇注坯体，难　工业氧化铝是白色松散的结晶粉末，分散度高，粒　以成形，成形后的坯体密实度小，烧成易开裂。　表１．ｙ—Ａ１：Ｏ　和ａ—Ａ１２０３的性能　１．１　煅烧温度对氧化铝原料性能的影晌　Ｔａｂ．１　Ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ．ｙ—Ａ１２０３　ａｎｄ　ａ—Ａｌ’ｏ】　氧化铝在高温时的稳定相为ａ—ＡＩ：０，。７一ＡＩ：０，　线膨胀系数ａ　转化为ａ—ＡＩ，０　时有１４％的体积收缩，同时真密度由　晶系　一．　体积　密度　（ｃｎ￣／ｍｏ１）　（　ｃ　）　（／℃）　３．６６增大到３．９６。因此，７一Ａ１：０，工业氧化铝不能直　．ｙ—ＡＬＯ３　立方　２７．７７　３．６６　５．９×１０　接用来加工生产刚玉瓷，必须经过煅烧，使７一ＡＩ，０　ａ—Ａ１２Ｏ３　三方　２５．５５　３．９９　５．７×１０　全部转化为ａ—Ａ１：０，，才能保证制品在烧成的过程中，　度组成波动范围大。含有少量ＳｉＯ　、Ｆｅ　Ｏ，、Ｔｉ０２、　不会因产生过大的体积收缩而造成大量的废品。煅烧　Ｎａ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ和Ｈ２Ｏ。工业氧化铝的主要成分是７　温度的高低不但影响到产品收缩的大小，而且对泥浆　的浇注性能影响更大。　一ＡＩ：Ｏ３（５０％一７０％）和Ｑ—ＡＩ２Ｏ３（３０％一６０％），其性　表２煅烧温度对氧化铝真密度的影响　Ｔａｂ．２　Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ａｌｕｍｉｎａ　ｓｐｅｃｉｉｆｃ　ｇｒａｖｉｔｙ　ｂｙ　ｃａｌｃｉｎｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　由表２可以看出，煅烧温度在１　４５０　ｏＣ时丫一ＡＩ　０，　完全转化为ａ—ＡＩ　０，，基本接近刚玉最大理论密度值。　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８．Ｎｏ．７　陶瓷　・　２５　・　差，导致坯体结构疏松、强度差、烧成收缩大。这是因　煅烧温度过高，不但浪费燃料，而且使ＡＩ　Ｏ，颗粒硬度　增加，延长研磨时间。但如果煅烧温度不足，将直接影　响到泥浆含水量的高低。为此我们做过对比试验。对　煅烧温度不同的原料，通过控制球磨时间，控制泥浆颗　为煅烧温度不够，原料中残存７一ＡＩ　Ｏ，，７一ＡＩ　Ｏ，遇水　后发生膨胀。下面是７一ＡＩ　Ｏ，全部转化为ａ—ＡＩ　Ｏ，　后，不同煅烧温度对氧化铝泥浆稳定性能和浇注坯体　粒万孑Ｌ筛余为０．１％　０．１５％，加入同样数量的电解　质，结果浇注泥浆含水量发生很大变化（见表３）。　表３煅烧温度对泥浆含水量的影响　Ｔａｂ．３　Ｔｈｅ　ｉｎｎｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｃａｌｃｉｎｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｓｌｕｒｒｙ　烧成收缩率的影响（见表４、表５）。　表４煅烧温度对氧化铝泥浆稳定性的影响（水分３０％）　Ｔａｂ．４　Ｔｈｅ　ｉｎｎｕｅｎｅｅ　ｏｆ　ｃａｌｃｉｎｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｏｉｌ　ａｌｕｍｉｎａ　ｓｌｕｒｒｙ　ｓｔａ—　ｂｉｌｉｔｖ　煅烧温度不够，泥浆易触变稠化，流动性显著变　表５　氧化铝的煅烧温度对注浆坯体烧成收缩的影响（％）　Ｔａｂ．５　ｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎａ　ｃａｌｃｉｎｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｎ　ｆｉｒｉｎｇ　ｓｈｒｉｎｋａｇｅ　ｏｆ　ｌｉｓｐ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｇｒｅｅｎ　ｄｏｄｙ（％）　由表４、表５可以看出，随着煅烧温度的升高，泥　浆电位随之升高，其滤水性也随之增大，泥浆的稳定性　在降低。１　４５０℃时煅烧的原料从１　５００℃开始收缩率　解质的用量，在泥浆达到使用性能的情况下，略小于电　解质的最大用量为最佳用量。　２．１无机电解质　已开始变小，到达１　６００℃时收缩率已接近于０，产品　已处于稳定状态。　水玻璃、磷酸钠、碳酸钠等是最常用的一类稀释　剂，它们在水溶液中都能离解成Ｎａ’和相应的阴离子。　如果２种混合使用，稀释效果会更好。生产中常采用　水玻璃和纯碱作稀释剂调整吸浆速度和坯体的软硬程　１．２清洗对煅烧氧化铝性能的影响　煅烧后的氧化铝，经过球磨达到一定的细度后，必　须对其清洗，以除去其中的有害杂质。在生产过程中　发现，如果对煅烧氧化铝清洗的不合适，配制的浇注泥　浆会产生触变和稠化作用，这样不但需要提高泥浆含　水量，而且使注浆性能变坏。通过上面分析，在１　４５０　度。单用水玻璃，坯体脱模后硬化较快，内外水分差别　小，坯体致密发硬，容易开裂。单用纯碱时，脱模后坯　体硬化较慢，内外水分差别大，坯体较软或者外硬内　软。在使用电解质时，一定要注意其质量。电解质质　℃下煅烧，适当清洗，７一ＡＩ　０，全部转化为ａ—ＡＩ　０　的煅烧氧化铝作主要原料，生产刚玉瓷。　量不好时不但不能起到解胶的作用，反而使泥浆发生　絮凝。　２．２能生成保护胶体的有机盐类　２电解质的选择　刚玉瓷生产对电解质的纯度要求比较高。对于电　如腐殖酸钠、单宁酸钠等这类有机电解质具备着　稀释剂的几个条件。它们的稀释效果比较好，但有机　电解质的最大缺点是当存放时间较长时，或天气太热　时，电解质易变质而失去作用，使得浇注的坯体有大量　维普资讯 http://www.cqvip.com ・　２６　・　陶瓷　２００８，Ｎｏ．７　针孔。　２．３聚合电解质　如聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素、阿拉伯树胶等，它　们都是水溶性聚合物。它们对泥浆的影响取决于聚合　物的特性，如表面吸附、聚合度和结构。对于瘠性料含　量高的泥浆，最常使用的是阿拉伯树胶。阿拉伯树胶　质量稳定，稀释效果最好，而且用量范围宽。泥浆含水　量相对较小，一般控制在２７％～３２％，干坯的强度大。　但是，在调制泥浆时须加入消泡剂，大多数消泡剂所产　生的挥发物对人体有害，在使用中要注意。这类电解　质同样不能存放时间太长，否则容易产生变质问题。　３　浇注刚玉瓷对泥浆性能的要求　对原料、电解质的选择，目的都是为能够调制出适　合浇注的泥浆。好的泥浆是提高注浆生产效率，获得　高质量坯件的必要条件。因此，要保质、保量地完成生　产任务，首先要调制出具有以下良好性能的泥浆：①要　求泥浆在含水率较低的情况下粘度要小。倾注时泥浆　流出一根连绵不断的细线，使之容易流动到模具的各　部位。②稳定性好。要求泥浆在陈腐过程中不沉淀，　保持泥浆的组成稳定，从而保证成形后的坯体各部位　组织均匀。③过滤性好。即泥浆中的水能顺利通过附　在模壁上的泥层而被模型吸收。泥浆中合理的颗粒级　配以及电解质的合理用量，决定泥浆的滤过性。④不　含气泡。泥浆中的气泡最后会导致产品出现针孔。　４对石膏模的要求　产品的成形主要是将达到性能要求的泥浆，浇注　在石膏模型中来完成的。因此对于石膏模型的要求也　是不可忽视的。具体要求如下：①模型设计要合理，且　易于脱模。模型内部表面要避免直棱直角、突然弯曲、　厚度相差过大、型芯缺乏斜度等不合理的结构。不合　理的结构会造成脱模困难，在干燥和烧成后出现废品。　②孑Ｌ隙率和吸水率要适度，能保证各部位吸水均匀，坯　体收缩一致。如果同一批模具中的各个个体孑Ｌ隙率和　吸水率不同，将造成各个体的脱模时间不同，使生产过　程难以掌握，无法正常进行生产。③模型的湿度要严　格控制，一般应保持５％～ｌ０％的含水率。模型过干，　吃浆速度过快会引起坯体开裂；过湿会延长注浆时间，　甚至难于成形。④模型要具有一定的强度，必要时要　用金属件加固。　从操作经验来看，石膏模在不同的阶段，模具要用　不同的方法去处理，才能浇注出符合要求的坯体。　５对环境的要求　１）对温度的要求。泥浆、模具、注浆间的温度必须　控制在２５～３７℃。温度太低，泥浆的粘度增大，流动　性受到影响，模具的吃浆速度也变慢，使得成形时间延　长，成形的坯体强度低、收缩大。温度过高，容易使石　膏模过干、过热。浇注过程中很容易造成吃浆过快以　及成形后坯体气孔率增大等缺陷。　２）对湿度的要求。成形车间的湿度一般控制在　３０％～５０％，湿度大则模型吃浆太慢，坯体脱模时间延　长；湿度过小，未脱模的坯体在模具内，坯体表面干燥　加快，容易造成坯体内外水分不均而开裂。　３）季节对泥浆注浆成形的影响也很大。春秋季风　大、空气干燥，室内外温差大。因此，要特别注意保持　成形间的温度和湿度，注意浇注泥浆的陈腐温度和陈　腐时间。　６　结语　１）采用泥浆浇注成形刚玉瓷，关键是要制备具有　良好性能的泥浆。选择合适的原料和合适的电解质是　调制出具有优良性能泥浆的必要条件。　２）选择在ｌ　４５０℃下煅烧并清洗过的ａ—Ａ１　Ｏ，煅　烧氧化铝。外加剂一般选用无机电解质和阿拉伯树胶　ｔ昆合使用。　３）选择符合要求的模具，每次使用都对其进行必　要的处理。　４）严格控制浇注间环境以满足浇注坯体的需要。　５）在上述条件都具备的前提下，操作人员的责任　心也是必不可少的。