唐志阳

（无锡工艺职业技术学院，宜兴 214206）

0 引言

热压铸成型现已在工业陶瓷生产中得到广泛应用，是一种常用的成型方法。热压铸成型工艺常常会因各种原因出现多种缺陷，如欠注、气泡、皱纹、变形、凹坑、开裂等，这些缺陷不仅会给后续的排蜡工艺带来难度，还会影响到产品的体积密度、气密性、抗折强度等性能，因此必须采取措施加以控制。现对热压铸成型工艺中常见缺陷产生的原因作了分析，同时提出了相应的解决办法。

1 热压铸成型工艺特点

热压铸成型是在热压铸机上进行的，它的基本原理是利用石蜡受热熔化后具有塑性和流动性、冷却后能凝固的特点，将瘠性陶瓷原料与热石蜡熔液混合均匀，形成流动性良好的可塑浆料，使用金属模具，在一定的压力下将浆料压入模具内，并在持续压力下充满整个模具且凝固，除去压力拆除模具后，即得到所需形状的蜡坯，蜡坯在冷凝状态时能保持其形状不变。

热压铸成型设备投资小，生产规模可大可小，比较灵活，在成型形状复杂的小件产品时具有明显的优势，是生产小件复杂、异形陶瓷制品的主要成型方法之一。热压铸成型操作简单，成型时间短、效率高；其成型的产品尺寸较准确，光洁度好，结构紧密，基本不需要后续加工；对生产设备要求不高，可用原料比较多，如一般氧化物原料、非氧化物原料、各种矿物原料及复合原料均可用。该成型方法现已广泛用于制造中小尺寸、形状复杂、精度要求较高的工业陶瓷产品，如结构陶瓷、纺织陶瓷、电子陶瓷、密封陶瓷、绝缘陶瓷、化工陶瓷零部件以及抗热震陶瓷制品等，其应用广泛，单位生产成本相对较低。热压铸成型的缺点是产品密度和质量稳定性偏低，后续的排蜡工序周期长、能源消耗大，甚至对环保能带来一定的影响，是不宜成型壁薄的、大而长的产品。

2 热压铸成型常见缺陷产生原因及解决办法

2.1 气泡

热压铸成型产生的气泡一般包裹在坯体里面，一些尺寸较小的气泡也会出现在坯体外表面。气泡形状一般是长圆形、口小内大，是进浆时气泡被模具内壁摩擦所至。蜡坯中的气泡对产品质量影响很大，因为大部分气泡在坯体里面，中间过程不能发现，要到最后一道研磨工序完成后才能被发现。由于陶瓷封接件、密封件等产品对力学性能要求较高，因此气泡是它们的致命缺陷，有气泡的制品就是废品，因此造成了原料和能源的浪费，也影响了生产效率，所以必须采取措施减少气泡的出现。热压铸坯体产生气泡的原因主要有:

2.1.1 坯料中混有有机物

坯料中如混有有机物，高温烧成时随着有机物的燃烧挥发，产品内部就会留下气孔。解决办法:在热压铸浆料的制备阶段要严格控制工艺卫生，防止原料混磨时混入有机物，按工艺要求进出配料工作间。

2.1.2 浆料中的空气没有充分排除

在进入真空除气机前浆料温度没有控制好，导致真空除气时浆料中的空气不能充分排除；或者真空除气后的浆料倒入热压铸机时，又将空气带入热压铸机内。解决办法:在进入真空除气机前要把浆料温度升高到90～110℃，同时不断地进行手工搅拌，防止浆筒底部的石蜡挥发，在此温度范围内能达到较好的除气效果。真空除气后的浆料倒入热压铸机时速度不能太快，浆料加到热压铸机后再采用手工除气，将空气排除干净。由于陶瓷密封件对力学性能要求较高，可用真空搅拌热压铸机的方法排出机内的空气。

2.1.3 成型时浆料流动性过好或压力过大

这两种情况会导致成型时浆料填充速度过快产生涡流而把空气带进浆料中，使成型后的坯体中产生气泡。解决办法:拌蜡时掌握好石蜡和表面活性物质的加入量，不能过多加入；成型时控制好浆料温度，这样可防止成型时浆料流动性过好。成型过程中要根据产品形状和尺寸、浆料的粘度、浆料和模具的温度随时调整成型压力，调整压力的宗旨是在能注满整个模具的情况下尽量用较小压力，防止压力过大；还要针对不同的热压铸机型号和浆料密度采用不同的压力。当压力超过某一极限值时，浆料开始由出浆管注入模具，其最小压力为:P＝（H－h）b其中P为最小压力，H为浆桶的高度，h为料浆的高度，b为料浆的密度。由上式可知，如果浆桶的高度（H）很大，则P就要求大些。成型一段时间后，浆料逐渐减少，h减小，这时也要提高P，也就是要提高压缩空气的压力。

2.1.4 模具不合适

模具排气槽如过大会产生涡流，过小则空气排不出，会导致空气包裹在坯体中而产生气泡；模具进浆气包裹在坯体中而产生气泡；模具进浆口位置不合理导致涡流而出现气泡；模具粗糙或损伤时，进浆受到阻碍而带进空气产生气泡。解决办法:采用模具型腔的最高处是滑配合，或者根据产品的结构设计排气槽，排气槽的深度一般为0.2～0.25mm，宽度要根据产品具体规格而定，其布置要合理，否则容易产生涡流。另外，模具要定时维护保养，出现问题要及时修理，防止带伤使用，以保证进浆顺畅。

2.2 皱纹

皱纹分冷纹、热纹和水纹。冷纹线条比较粗糙，热纹线条比较光洁，水纹带有水珠痕迹。

冷纹产生的原因有:浆料粘度大或者成型时浆料温度和模具温度偏低，使浆料的流动性差，导致进浆不顺畅而产生冷纹；模具内壁光洁度不够，导致浆料在其中不能顺畅流动而产生冷纹和微气泡等缺陷；成型压力偏小，导致浆料流速慢，受模具内壁冷却带来的阻力，坯体表面常常会出现冷纹，特别是成型高度较高的产品时更容易造成冷纹；成型时模具内空气未完全排除。解决办法:制备浆料时加入足够的石蜡和表面活性物质；选择合适的搅拌方式并充分搅拌；拌蜡前控制好原料的颗粒度和含水率，使含水率小于0.5%，万孔筛余小于0.5%；成型时调整好浆料温度和模具温度，防止温度偏低，这样就能保证浆料的粘度小、流动性好，从而避免冷纹的产生。加工方便排气的模具，并保证其内壁光洁度达到要求。成型时根据具体情况随时调整压力，避免压力偏小。

热纹产生的原因有:成型时浆料温度或者模具温度偏高，导致浆料进入模具后不能及时凝固，浆料反流而产生热纹；成型压力过大，导致进浆速度太快，在保压时间不足时就容易产生热纹。解决办法:成型时调整好浆料温度和模具温度，防止温度偏高；控制好成型压力，避免压力过大，保证足够的保压时间。

水纹是由于采用水或冰块冷却的模具，成型前没有将水擦干净，导致坯体表面出现水珠或水波一样的皱纹。解决办法:模具从水或冰块中取出后，要将模具上的水擦干后再成型，擦模具的毛巾也要及时拧干，脏了要及时更换。

2.3 开裂

蜡坯开裂的类型有:内直角开裂、合缝线开裂、压注口开裂、不规则开裂等。产生原因如下:

（1）模具温度偏低，使蜡坯冷却速度过快，注模型芯阻止蜡坯收缩造成开裂；模具冷却后没有及时脱模导致开裂；脱模时震动过大产生开裂。解决办法:成型时控制好模具温度和脱模时间，脱模时防止震动过大。

（2）成型内孔为方形的产品时脱模过快，使方角收缩时产生应力而导致开裂。解决办法:内孔为方形的蜡坯避免脱模过快。

（3）模具注浆口无斜度或斜度不足，使注浆口边缘产生开裂；自动削坯的模具，削坯口太大或削坯口不锋利导致开裂。解决办法:设计加工模具时控制好注浆口斜度，对自动削坯的模具要控制好削坯口尺寸，模具使用过程中要及时检修。

（4）成型一端是密封的筒体产品时，由于模具设计不合理，脱模时筒体内的压力改变造成密封端开裂或变形；成型有台阶的产品时操作不当而造成开裂。解决办法:对一端是密封的筒体产品，设计模具时要在模芯中间留通气孔，这样可以减少脱模时产生的冲击。有台阶的产品要与脱模垫脚相通，这样可避免应力造成开裂。

2.4 欠注

欠注就是成型时模具内未注满浆料，脱模后的蜡坯不完整，成型形状复杂的产品时容易出现这种缺陷。欠注产生的原因较多，如下:

2.4.1 浆料的粘度大、流动性差

浆料的粘度大，其流动性就差，成型时浆料不能注满整个模具会造成欠注，其产生原因有以下几方面:

（1）拌蜡前原料没有充分干燥。拌蜡时一般加入油酸和蜂蜡作为表面活性物质，经过搅拌混合均匀后，油酸和蜂蜡就附着在原料颗粒表面，可以减少原料颗粒间的摩擦，因而能提高原料的流动性。如果原料干燥不充分，由于油酸、蜂蜡与水互不润湿，这样它们就不能附着在原料颗粒表面，也就起不到原料之间的润滑作用，从而导致浆料的流动性差，甚至难以热压铸成型。解决办法:拌蜡前将原料充分烘干，使其含水率小于0.5%；拌蜡和成型过程中要防止混入水分。

（2）原料颗粒度太小。原料的颗粒度对浆料的流动性有较大的影响，颗粒越小，则其比表面积就越大，要配制一定粘度的浆料需加入的石蜡量就越大；在石蜡加入量一定的情况下，原料的颗粒越小，制得的浆料的粘度就越大，其流动性就越差。原料颗粒太小，不仅影响浆料的流动性，而且会增加排蜡的难度。但原料的颗粒也不能过大，否则会导致产品相对烧成温度高、密度低。解决办法:选料和球磨时要注意原料的粒度，拌蜡前原料要达到万孔筛余小于0.5%的要求。

（3）石蜡及表面活性物质加入量不足。相同温度下，浆料中的石蜡含量越大，其粘度就越小，流动性越好，越利于成型。加入表面活性物质（蜂蜡和油酸）能提高浆料的流动性，石蜡和活性物质的加入量不足时，会造成浆料的粘度大，流动性差。但它们的加入量也不能过多，否则会增加坯体排蜡的难度，还会使产品的气孔率和收缩率增加。解决办法:拌蜡时石蜡和活性物质的加入量要控制好，石蜡加入量一般为12～16%，活性物质一般为0.4～1%，颗粒密度较大的原料可以少加点，相反，则可以适当多加一点。拌蜡时要先快速搅拌，然后再慢速搅拌，这样能使石蜡和原料混合均匀，且能将浆料中的空气充分排除。

（4）成型时浆料温度不合适。成型时浆料温度对其流动性影响较大，温度偏低，则浆料粘度大、流动性差，不能注满模具而造成欠注；反之，则浆料粘度小、流动性好。但浆料温度也不能过高，否则会使石蜡挥发，还会导致坯体冷凝后收缩增大而出现欠注；或因温度高使浆料在模具中不能及时凝固，导致浆料反流而产生欠注，壁厚以及内部结构复杂的产品更容易出现这一现象。另外，模具温度和注浆口温度太高或太低也会导致欠注。解决办法:成型时根据浆料粘度调整浆料温度，一般为65～90℃，成型壁厚的产品可以适当降低温度，对壁薄的或尺寸大且形状复杂的产品，要适当提高浆料温度，这样可以减小浆料粘度，增加其流动性，有利于成型，避免出现欠注现象。

除上述各种原因外，空气湿度和气候等因素对浆料的热流动性也有很大的影响。天气潮湿会妨碍原料和石蜡的均匀分布，从而降低浆料的热流动性。因此天气潮湿时拌蜡要适量多加一点表面活性物质，以提高浆料的热流动性。另外，成型前真空除气时，一定要注意把浆料温度升高到90～110℃，在此温度范围内真空除气，既能保证浆料的热流动性，又能防止石蜡挥发影响浆料的热流动性。

2.4.2 压力太小，保压时间不足

成型压力的大小决定着模具中浆料的填充速度，以及浆料冷却收缩时的补偿能力。压力太小且保压时间又不足时，则由于浆料的填充速度慢，会导致料浆不能注满模具而产生欠注。适当提高成型压力，不仅能减少欠注缺陷的产生，还能降低坯体冷却时的收缩率，提高坯体密度，减少空洞和缩孔的出现。但压力也不能太大，否则会使浆料填充过快产生涡流而带入空气，使坯体产生气孔。保压时间不足，会导致浆料不能注满模具，或坯体冷却时的体积收缩不能得到完全补偿，从而产生欠注。解决办法:根据浆料的流动性和温度及产品尺寸形状，选择合适的成型压力和保压时间，使模具中的浆料冷却收缩时能完全得到浆料补偿。

2.4.3 模具中气体未充分排除

模具排气不畅，成型时模具中气体不能充分排除，会导致浆料不能注满模具而产生欠注。解决办法:设计模具时要设计深度合适的排气槽，排气槽的深度一般为0.2～0.25mm，太浅起不到排气作用，太深会影响产品形状。

2.5 凹坑

凹坑产生的原因有:成型时模具和浆料温度太高，导致坯体冷却收缩增大；坯体还未完全凝固时就脱模；模具进浆口尺寸太小或位置不合理而影响浆料的注入；成型压力太小，使坯体冷却时的体积收缩不能得到充分补偿，以上几种情况都会使坯体表面产生凹坑。解决办法:成型时根据产品形状和壁厚等选择合适的模具和浆料温度，模具温度一般为10～25℃；控制好成型压力和脱模时间；设计合理的模具进浆口尺寸和位置。

2.6 变形

变形产生原因是模具温度和浆料温度偏高，坯体未完全凝固时就脱模，或脱模后操作不当。解决办法:根据产品尺寸形状等选择合适的模具温度和浆料温度，掌握好脱模时间，脱模后的坯体要轻拿轻放。

3 结语

热压铸成型工艺容易产生的缺陷有以上几种，每种缺陷产生的原因是多方面的，实际生产中要严格按照工艺要求操作，加强坯体检验，及时发现质量问题。操作工人要有耐心和责任心，操作时要细心，这样才能及时发现不合适的工艺参数并进行调整，避免出现大批量的废品。生产中具体的工艺参数是随实际情况不断变化的，合适的工艺参数要在实践中不断摸索和总结才能得到，因此，成型时操作工人的经验也很重要，有经验的工人能根据出现的问题及时找到产生的原因。总之，热压铸成型工艺每个环节都有可能产生缺陷，生产过程中必须层层把好关，这样才能减少缺陷的产生，提高坯体合格率。

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