不同的陶瓷成型工藝如何選擇粘結劑

陶瓷成型是陶瓷工藝中必不可少的一環，它能幫助特種陶瓷在燒結前得到內部均勻和密度高的陶瓷坯體。可以說，成型工藝在很大程度上決定了坯體的均勻性和制備復雜形狀部件的能力，并直接影響到材料的可靠性和最終陶瓷部件的成本。
針對不同用途的特種陶瓷，廠商往往會采用不同的成型工藝。但無論是干壓成型，還是擠壓成型，亦或者是流延成型，它們的成效都與結合劑的選擇有莫大的關系。具體該怎么做，有道是術業有專攻，這種難題當然要交給專業人士——來自高化學株式會社的張滿貴經理來解答。
陶瓷干壓成型
陶瓷干壓成型又稱模壓成型，是最常用的成型方法之一。它是將經過造粒、流動性好，顆粒級配合適的粉料，裝入金屬模腔內，通過壓頭施加壓力，壓頭在模腔內位移，傳遞壓力，使模腔內粉體顆粒重排變形而被壓實，形成具有一定強度和形狀的陶瓷素坯。

干壓成型示意圖

其中，造粒粉的性能，如形狀、尺寸分布、流動性等會對陶瓷坯體的致密度有很大的影響，而粘結劑的質量則影響著造粒粉的性能。在干壓成型過程中，粘結劑主要起粘合作用，增大假顆粒粒徑，增加顆粒強度。若添加不當，那么干壓成型時將很難獲得高致密度的坯體。
到底什么樣的粘結劑才最適合干法成型，張經理介紹說，干法成型粘結劑的選擇要考慮以下幾個因素：熱分解性、易壓碎性、強度、脫模性，以及粉體種類。在保證以上幾點均符合要求的前提下，粘結劑最好選擇無灰分殘留的水系粘結劑，這樣更加安全環保。
擠壓成型
擠壓成型工藝是生產制造等截面陶瓷產品中最常用的工藝之一。該工藝可以在低溫、低壓條件下將陶瓷粉體混合物擠出得到較長的等截面線材、管材或片材。該工藝除被廣泛用于生產磚、地磚、管子、棒以及具有等截面的長形部件，截面形狀非常復雜的部件也可采用擠壓，最具代表性的就是用于汽車尾氣排放的蜂窩陶瓷。
陶瓷擠壓成型所用的漿料，是固體粉末和液體的混合物。制備擠壓漿料的基本要求是：含有盡量少的粘結劑以保證最小的燒結收縮，具有良好的流變性以利于成型，同時必須保證坯體在擠出后具有保持一定形狀的能力。因此對粘結劑選擇時，需要留意其分解性、保水性、濕潤性、保形性，確保陶瓷坯體的柔軟性、強度和濕潤度能夠符合要求。
目前無機粘結劑由于燒結過程中“燒損”較少及殘碳量低而受到重視，如水基粘結劑。但水基漿料容易發生固-液相分離現象，導致擠壓壓力不斷升高而發生擠壓機堵死的情況,必須提高漿料的穩定性以改善這種狀況。
流延成型
流延成型最早應用于造紙、油漆和塑料等領域，是一種歷史悠久的成型技術，主要包括制備漿料、球磨混合、成型、干燥、排膠和燒結等過程。與其他成型工藝相比，流延成型具有以下：設備工藝簡單，可連續生產，產品的缺陷小，性能均一，生產效率高，非常適用于大型薄板的陶瓷部件的制備。
粘結劑作為流延帶中唯一的連續相，它對流延帶的強度、可塑性、柔韌性、平滑度具有最大的影響。據張經理介紹，流延成型法所用的粘結劑，保形性必須要好，以確保陶瓷薄板的成型精度，否則容易發生薄板開裂、卷曲等缺陷。具體可表現為：①不影響溶劑揮發，不產生氣泡；②能防止顆粒沉降；③具有較低的玻璃化轉變溫度；④容易燒除，沒有殘余物留下；⑤不會與基板粘結。
陶瓷注射成型技術
陶瓷注射成型技術是一種精密陶瓷材料的快速成型技術，其特點是：適于制備體積小、形狀復雜、尺寸精度要求高的陶瓷零件，能夠實現自動化連續生產。該技術的生產過程包括如下幾個主要步驟：混料、注射、脫脂和燒結。其中，粘結劑和脫脂工藝是該技術的核心。
粘結劑在整個陶瓷注射成型技術工藝中有兩個基本作用：與陶瓷粉末均勻混合，使其在一定溫度和注射壓力下具有良好的流動性，能夠順利完成注射成型；在脫脂階段，一方面能夠通過一定的脫脂工藝快速、順利地從陶瓷注射樣品中脫除，另一方面又要維持樣品完好的形狀。為了滿足上述基本要求，應用于陶瓷注射成型的粘結劑一般為多組分體系。對于水基粘結劑而言，一般包括如下組分：水溶性聚合物、非水溶性聚合物、表面活性劑、增塑劑和潤滑劑。