中國粉體網訊 成型工藝是得到內部均勻及高密度坯體的核心環節，現有的陶瓷成型方法主要包括：干壓成型、半干壓成型、可塑成型、注漿成型、等靜壓成型和3D打印成型。
薄壁復雜形狀陶瓷理論上只有3D打印成型才能夠做出像紙一樣薄的形狀復雜的陶瓷半成品。但是3D打印成型存在價格昂貴、生產效率也不高等缺點；另外，3D打印最大的問題就是：在成型的過程中需要引入大量的樹脂黏合劑，因大量有機黏合劑的引入，在素坯排燒和產品燒成過程中，導致干燥和燒成收縮太大（15%～20%線收縮），而使產品開裂、變形和坍塌，無法制作出形狀不變、尺寸相對精準的薄壁復雜形狀的陶瓷制品。
因此，探索一種新的陶瓷成型模式，解決薄壁復雜形狀陶瓷的成型和制作問題，很有必要。
新成型方法：由“柔軟性”變“硬質”
有研究發現，利用無機金屬纖維材料的“柔軟性”實現“硬質”復雜形狀陶瓷的，這是一種新型的陶瓷成型方法。具體方法：
1、用無機非金屬纖維制成無機非金屬纖維紙；
2、把無機非金屬纖維紙通過折紙法、剪紙法、卷紙法、合成紙板法、紙繩編織法制作各種復雜形狀的無機非金屬纖維紙件；
3、將纖維紙件浸入事先調配好的陶瓷基高溫強化劑之中，待料漿浸入程度達到要求后，取出滲入陶瓷基高溫強化劑的纖維復合材料素坯樣件；
4、最后將素坯樣件干燥后燒結，制成復雜形狀的陶瓷產品。
這種新型成型方法與通常的陶瓷成型方法相比有以下特點：
●在本法中的陶瓷基高溫強化劑屬普通水系料漿，無需添加石蠟、樹脂等有機黏結劑，可節省工藝過程，環保。
●無機非金屬纖維與陶瓷基高溫強化劑結合后，纖維網絡結構與高溫強化劑強強結合，雙重保護，避免變形和坍塌。
●該種結構的陶瓷基復合材料，因無機非金屬纖維的框架作用使得制品的燒成收縮非常小（線收縮1.5%～2.1%），燒成過程不易產生變形。
因該方法具有上述突出優點，使得難以實現的薄壁復雜形狀陶瓷制作變得簡單易行，這是陶瓷成型方法的新發現。
新成型法制備工藝研究
基于新成型方法的陶瓷基復合材料制備工藝研究共包含了無機非金屬纖維紙的制備工藝研究和陶瓷基復合材料新的成型和制作方法研究兩方面的內容。
工藝流程圖
1、無機非金屬纖維紙的制備工藝研究
根據性能要求，無機金屬纖維紙可分為：無機非金屬纖維紙P、M、G等。其中，無機非金屬纖維紙P用量最大，也是最為普遍的一種無機非金屬纖維紙。在成型過程中無機非金屬纖維紙的性能要求很高，應具有：超薄、柔軟，常溫下干、濕強度高、耐高溫度等級高等技術特性。
無機非金屬纖維主要成分是Al2O3和SiO2，是由含鋁元素的礦石（高嶺土或黏土等）為主要原料經1700℃以上高溫煅燒熔融后，經過噴吹后形成的纖維狀物質。雖然其形態與植物纖維相似，但由于構成不同，它的物理化學性能與植物纖維有較大的差異。
無機非金屬纖維與植物纖維的對比
無機非金屬纖維無親水性，要想其保證分散均勻，就要通過引入特殊的有機助劑來實現，這些助劑通過對無機非金屬纖維的濕潤、表面改性、分散、懸浮和黏結等過程處理，來滿足無機非金屬纖維紙的抄造工藝要求。比如：
（1）打漿和除渣：采用疏解器，控制轉數對無機非金屬纖維打漿，利用金屬編織網過濾；
（2）引入9%針葉木漿提高無機非金屬纖維紙強度；
（3）添加分子量為500萬的PEO作為分散劑,保證分散均勻；
（4）添加1.0%水溶性樹脂Y，對無機非金屬纖維紙進行改性增強處理。
2、陶瓷復合材料新成型法與制造方法
將紙件浸于陶瓷基高溫強化劑液體中，待料漿浸入程度達到要求后取出，得陶瓷基無機非金屬復合材料半成品；再將其干燥后進行燒結，得陶瓷基復合材料產品。因復雜形狀薄壁陶瓷制品在燒成過程中極易發生變形和塌陷，所以通過配方和工藝設計，保證產品在燒成的任何溫度下，都能保持適宜的強度而不坍塌和變形，是制作薄壁復雜形狀陶瓷產品的技術關鍵。
要解決這一技術關鍵問題，要從陶瓷基復合材料的配方和工藝設計入手，主要包括:
（1）無機非金屬纖維的選擇；
（2）陶瓷基高溫強化劑的選擇；
（3）無機非金屬纖維與陶瓷基高溫強化劑匹配組合設計；
（4）陶瓷基高溫強化劑固含量的確定；
（5）燒成溫度制度制定。
根據不同種類無機非金屬纖維性能特點設計組合不同的陶瓷基高溫強化劑，實現燒成過程不坍塌、不變形的目標，同時，因材料配方組合的不同，能夠制作出不同性能和用途的陶瓷基復合材料。
陶瓷基高溫強化劑液體由作為固體組分的無機非金屬材料和水組成，固含量為45％～65％；燒結條件為：將干燥的半成品在30～50min內（因產品不同而變化）隨爐升溫至燒結溫度，保溫燒結20min后，關閉電爐，隨爐冷卻至室溫，燒結溫度1000～1300℃（因產品不同而變化），得陶瓷基復合材料產品。通過大量的實驗和研究，研究人員作出了系列薄壁陶瓷基復合材料產品，如下表：
產品系列與參數控制
樣品圖片
總結
這種新型的陶瓷成型方法，既能做出致密陶瓷，也能作出多孔陶瓷。能做出像紙一樣薄的形狀復雜并可隨意創作的各種不同顏色的折紙陶瓷花、剪紙陶瓷片和編織成陶瓷花籃等藝術陶瓷產品，實現了復雜薄壁陶瓷工藝簡單化、日常化目標。同時可利用無機非金屬纖維紙纖維之間相互交織的網絡特性，做出不同性能要求的多孔陶瓷產品，用于化工和食品工業的過濾陶瓷材料。
該方法的可靠性已通過了實驗室的驗證，現已在實驗室生產出系列小試樣品。而現在用這種方法制作的產品只局限在1000～1300℃的普通陶瓷，我們也可以用這種方法制作出1500～1800℃的精細陶瓷，只需選用更高溫度等級的無機非金屬纖維和與之相匹配的陶瓷基高溫強化劑就能夠實現技術上的突破，達到制作精細陶瓷的目標，這方面的工作還有待于進一步的研究和探索。
參考來源：
喬禾等人：折疊出來的陶瓷——基于一種新的陶瓷成型機制作方法的發現和研究
（中國粉體網編輯整理/空青）
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