张弘毅 武振飞 庞佳敏 陆丽芳

摘  要  本文研究分析了热压铸氧化铝陶瓷生产中油酸、低密度聚乙烯含量对氧化铝喂料的影响，模具温度以及脱脂温度曲线对氧化铝陶瓷坯体的影响，并且在此基础上结合现有喂料配方及生产工艺，成功生产出具有复杂结构的氧化铝陶瓷，有效解决了复杂结构氧化铝陶瓷产品生产中出现的技术难题。

关键词  氧化铝陶瓷;热压铸成型;复杂结构

0  引  言

氧化铝陶瓷耐磨、耐腐蚀、耐高温、机械强度高，同时其原料易于获得、价格便宜，氧化铝陶瓷凭借这些优越的性能在许多领域大放光彩，如电器绝缘部件、陶瓷阀芯、精密机械零部件等。

氧化铝陶瓷的成型方法有注浆成型、热压铸成型、干压成型等，其中热压铸成型将陶瓷浆料注射成接近产品形状的模具，产品尺寸精准可控，不需要大量的机械加工，只需少量的修整，大大降低了生产成本，可用于大规模生产高精度的陶瓷制品。

我们在研制一些具有复杂结构陶瓷产品的过程中，发现随着制品结构复杂程度提高和尺寸增大，成型中出现填充困难、生坯容易变形损坏、产品脱脂缺陷增多等现象，很难生产出合格的产品，因此希望通过对油酸、骨架粘结剂含量、模具温度、脱脂温度曲线等关键因素的研究，找出它们与产品缺陷的影响规律，从而设计合理的配方并优化工艺参数，有效解决热压铸成型的复杂氧化铝陶瓷产品的主要缺陷。

1  实  验

1.1实验方案

将Al2O3粉体湿法球磨后烘干、过筛，加入适量的油酸干磨，过筛烘干，得到初步加工好的Al2O3粉体，放在烘箱中80 ℃保存。将石蜡、蜂蜡、硬脂酸以及多种高分子有机物放入搅拌机中加热至熔化，搅拌半小时，加入Al2O3粉体100 ℃搅拌12 h，搅拌最后2 h需抽真空，得到Al2O3喂料。

将喂料加入射蜡机蜡桶中，待Al2O3喂料融化后，搅拌并抽真空1 h，在一定条件下注射Al2O3陶瓷生坯。生坯按相同姿势装埋在Al2O3粉中，放入电炉中脱脂63 h，修整后进行烧结，制备流程如图1。

1.2实验原料

本实验中所使用的原料如表1所示。

1.3实验设备

本实验中所使用的设备如表2所示。

1.4实验结果

生产出的复杂氧化铝陶瓷产品常温抗折强度为292.7 Mpa，孔隙率0.22%，体积密度3.82 g/cm3，总收缩14.19%，产品微观结构如图2所示。

2  讨  论

2.1油酸对粉体分散效果的影响

在混料过程中，氧化铝粉体团聚影响浆料的分散效果，导致产品内部密度分布不均衡。加入油酸对氧化铝粉体表面改性，可以有效改善这一现象。图3是未加油酸的氧化铝粉体，图4为球磨预处理引入油酸后的氧化铝粉体，从图4中可以看出，油酸在氧化铝粉体颗粒表面形成一层均匀、细密的保护膜，粉体分散效果较好，在混料中，油酸在熔融高分子和氧化铝粉体间起到桥梁作用，促进氧化铝粉体在粘结剂中分散，实验发现，油酸含量低于0.5 wt%，浆料流动性影响不大，当油酸为0.5～0.8 wt%时，浆料流动性有一定提高。

2.2低密度聚乙烯对生坯的影响

氧化铝喂料由粉体和粘结剂组成，喂料单纯采用石蜡作为粘结剂，生坯强度低，脱模易损坏，我们通过引入低密度聚乙烯（LDPE）有效解决这个问题。如图5所示，生坯强度随着LDPE的增加而提高，在LDPE含量为3 wt%时达到最高强度，比含量为1 wt%时提升了50.6%，继续增加LDPE，生坯强度开始降低。LDPE的增加有效改善了生坯强度，但也改变了浆料的流动性。从图6可以看出，LDPE的增加导致浆料流动速率急剧下降，粘度提高。反复试验，如图7所示，发现当LDPE为3 wt%时，产品出现填充不足的缺陷，LDPE为2 wt%的喂料满足生产要求且生坯具备一定的强度，有效提升了脱模时生坯的合格率。

适当的LDPE可以改善生坯强度，本产品适合LDPE含量为2wt%。

2.3模具温度对成型的影响

模具温度对生坯成型有较大的影响，图8为网格状氧化铝陶瓷产品。如图8（a）所示，模具温度过低时，浆料在填充满模具前开始冷却凝固，压力无法推动浆料继续前进;如图8（b）所示，模具温度较高，浆料填充模腔过程中，凝固速度降低，收缩减小，模腔填充满后开始凝固收缩，导致模具对生坯产生压应力，脱模时复杂精细的生坯容易损坏;如图8（c）所示，模具温度介于两者之间，没有出现上述两种现象，生坯完整无缺且脱模时没有粘模。适当的温度有利于产品成型和脱模，在试验中观察到模具的合适温度与产品的尺寸、结构和所用喂料密切相关，图8产品适合的模具温度为26～28 ℃。

2.4脱脂温度曲线对脱脂的影响

如图9所示，A、B、C分别为三种不同的脱脂曲線，这三种曲线在120 ℃到200 ℃的升温速率由慢到快，而三种脱脂制度产品合格率与之相反，曲线A产品合格率最高。曲线B、曲线C排蜡升温过快，粘结剂中熔点较低的有机物大量从固态转变为液态，高于埋粉吸附量，坯体表面液态有机物不能及时排出，产品出现缺陷。曲线A粘结剂随着温度升高缓缓转变为液态，并在毛细管作用下缓缓扩散到埋粉中，粘结剂中熔点低的物质有充足的时间排净，避免了多种有机物同时挥发，同时熔点较低有机物的排净，形成了完整通道，有利于剩余粘结剂的排出。因此，脱脂时要控制升温速度，避免多种有机物同时挥发。

3  结  论

（1）通过对喂料和工艺的优化成功生产出具有复杂结构的氧化铝陶瓷。

（2）通过预处理引入的油酸促进粉体在浆料中的分散，提升浆料的流动性。

（3）适当提高低密度聚乙烯含量可以有效提升生坯强度。

（4）适当的模具温度对生坯成型及脱模有良好的作用。

（5）脱脂升温时要控制速度，避免多种有机物同时挥发影响产品质量。

参 考 文 献

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