HebeiCeramics Vol.29No.3 TotalNo.110 2001
陶瓷工艺基础
陶瓷制品的注浆成形
使用石膏模具的现代式陶瓷制品注浆成形法产生于200多年之前。今天,注浆仍是一些日用陶瓷、卫生陶瓷和美术陶瓷制品的主要成形方法。恰恰是这种成形方法,可以制得结构均匀的复杂形状制品。与可塑成形法(滚压、挤压)不同,采用注浆法可以生产出深浮雕、独特曲线、薄壁不定截面的制品。该种方法的优点还在于简单易行,成本低廉。
注浆是一条从模型到成品的捷径,这首先在新型制品的设计阶段是非常重要的。模型、雏模、母模和易加工石膏工作模的制作占用时间少,同时顾及了因空气收缩和烧缩而引起的制品尺寸变化。必要时,可改变制品形状,消除会使裂纹产生和发育的作为应力集中区的部位。制作石膏模型、注浆模具和其它需用装具的费用大大低于压制用金属装具的制作费用。制备泥浆需用的设备比制备塑性坯料少,坯料制备阶段能源消耗小。泥浆输运距离长短皆可,并可利用低塑性料制取。
注浆成形法的缺点是:注浆模具的配置和注件的干燥占用场地大;因产品成形和干燥过程长,生产效率低;手工劳动量大;石膏模具消耗大;注件含水多,空气收缩大。这样,就对产品结构有一定的要求,首先是对空心制品(器皿、花瓶等),其孔口周边和底足应设支骨。注浆法的另一缺点是废渣量高,二次利用时尚需解散。
注浆过程就是石膏模具开口气孔的小毛细管从陶瓷泥浆中吸收水的过程。在该过程中,于模具内面形成部分脱水的致密硬质塑性沉淀物层。该层的形成过程称为坯料吃浆。坯料吃浆的速度决定成形的效率,而吃浆速度又受泥浆性能(浇注性能)、石膏模具性能及外部条件(如注浆车间的温度)的制约。
有空心注浆和实心注浆法之分。采用空心注浆法时,在一定厚度的坯料层吃浆后,要排除模内的多46
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余泥浆。实心注浆法要求根据模壁两面的吸水和坯料填充整个模腔的情况制作模具,采用此方法时泥浆由浇口进入。空心注浆法用于成形壁厚相同的薄胎制品;实心注浆法用于成形壁厚不同的厚胎及实心制品。空心注浆法的缺点是:坯料吃浆缓慢,泥浆耗量大,不能保持制品绝对的均一壁厚。在用空心注浆法成形比原制品壁厚一倍的制品时,就须将坯料吃浆时间延长三倍。实心注浆法的缺点是:所用模具复杂,易在制品壁内形成气泡。因此,在用此方法浇注厚胎制品时,最好压入泥浆。还有一种复合注浆法,就是连续使用实心和空心注浆法成形同一个复杂形状部件。这种方法使用甚少,仅用于生产采用一种注浆模具不能成形的制品。
一方面,注浆模具应拥有与未来制品形状相符的内腔,另一方面也应有保障快速完善注浆的必要构件。首先要考虑注浆口和排浆(采用空心注浆法时)口的配置位置和宽度。采用空心注浆法还可以成形厚重制品,此时在模具的下部应设有单独的排浆口,以防排浆时模具翻转。
注口一般配置于制品的最厚重部位,以便坯料迅速吃浆。注入模具中的泥浆应同时到达各个腔体,顺畅地挤出空气。同时,空气也可以通过模具各部分之间的缝隙排出。模具组成部分的数量在很多方面取决于制品的复杂程度和注件是否能迅速完好无损地脱模。由多部分组成的模具在装、拆和清整工作面时费时费力,并因在半成品表面留下的接缝多而使修坯困难,从而提高了石膏模装拆时的机械损伤(碰损、擦伤)率。尽管这种模具存有各种明显的缺陷,但是只有借助它才能制得复杂形状的优质产品,用注浆法生产极复杂的制品(如雕像)时,有时须要使用由15部分以上组成的石膏模具。
注浆成形过程分为如下阶段:通过注口向模内注浆、坯料吃浆、排除剩余泥浆(采用空心注浆
河北陶瓷 第29卷第3期 总第110期 2001年法时)、坯料吃浆层固结、坯体阴干、拆模、水修、粘接附件、干燥、修坯。
注浆前,必须先制取稳定的含有水和各种成分的陶瓷料浆。浇注泥浆的湿度、流动性和稠化度是主要性能,在其它条件等同时这些性能决定坯料于石膏模壁的吃浆速度。
泥浆应符合如下几种重要要求:
第一,应稳定,即在几十分钟内不沉淀。为此,应预先研磨泥浆的固体成分。通常,浇注泥浆μ的粒子尺寸在100m之内。粘性熟料泥浆除外,其粒子尺寸达几毫米。泥浆的稳定性主要通过长时(实际是连续)机械混合和引入化学物质添加剂(电介质等)的方法保持。
泥浆的流动性和稠化度。传统的添加剂有水玻璃、烧碱、碳碱剂、三聚磷酸钠。标准含量为0.05%～0.50%。如果添加剂过量,不是起反作用(提高粘度),就是使稠化度过分降低。分散于水
中的粘土(首先是粘土形成矿物)粒子与水发生复杂的相互作用,致使离子交换加快。因此,粘土泥浆的浇注性状、各种电解质对其的作用均制约于粘土的矿物组成。例如,强盐渍粘土、高蒙脱石粘土(膨润土)很难稀释。
最后,浇注泥浆还应在石膏模壁形成一定密度并具有过滤能力的沉淀物,这与模并具和固相粒子的尺寸密切相关。粘土矿物通常呈长形粒子形式,在石膏模表面附近构成粒子的择优取向层,致使坯体干燥时出现表面裂纹。引入瘠性添加剂可以降低收缩应力,并通过调节吃浆层的过滤能力而对坯料吃浆过程产生重要的影响。同时,既要防止瘠化剂过磨,也要防止欠磨。研磨过细会降低过滤能力,使坯料吃浆太慢;研磨过糙会使坯料吃浆太快,造成制品厚度不均。
浇注泥浆的性能
指 标μ筛余(56m
)筛孔,%湿度,%密度,g/cm稠化系数
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第二,泥浆应拥有较低的粘度(高流动性),以便能迅速填充注浆模具。泥浆的流动性就是标准量泥浆(一般为100ml)通过限流孔(通常为4mm直径)的时间(秒)。日用瓷泥浆的粘度在采用空心注浆法(湿度为31%～34%)时应达到10～15s,在采用实心
注浆法(湿度为30%～32%)时应达到15～20s。
粘土悬浮液具有形成内结构的能力,该结构在强混合时损坏,在静态时发育。因此,泥浆的流动性与停止混合后所经过的时间有很大关系。在泥浆静止(不混合)30min后测得的流动性与静止30s后测得的流动性之比称为稠化度。标准泥浆的稠化度大致为1.5～2.5。如果值过高,则意味着泥浆将“凝固”于模型中,并在坯体吃浆结束时难以排出;如果值过小,则说明结聚能力低,即吃浆时间缓慢,吃浆层结)。泥浆的粘度可通过引构疏松(坯体脱模后“坍塌”
瓷料浆
1～232～34118～212
料 浆
半瓷料浆精陶料浆
5～830～32210～212
11～1229～30210～215
1175～11761175～11761175～1176
泥浆应储存在装有搅拌器的容器内,并由泵输送至注浆工段。泥浆应静置陈化。不能使用新制备的泥浆,以免制品出现一些缺陷。
坯料的吃浆速度和成形半成品的质量在很多方面与石膏模的性能有关。用于注浆的石膏模具应干燥充分,但也不能干燥过分(湿度应不小于4%)。使用后干燥不佳的模具妨碍坯料快速吃
入水和电解质的方法调节。
第三,泥浆应含有大量的固相。瓷器浇注泥浆的湿度为28%～31%;白色煅烧粘土坯料(如精陶)泥浆的湿度为30%～35%;含高量粘土的红色煅烧坯料泥浆的湿度为40%～45%。在保障良好流动性和必要稠化度的情况下,应尽量降低泥浆的湿度。泥浆的湿度越小,吃浆速度越快,注件的空气收缩率越低,模具的使用期限越长。提高固相量可以降低干燥收缩率和干燥消耗量。为此,须在泥浆中引入适量的电解质,以明显改变
浆,而过于干燥的模具又会使坯料吃浆太快,引起注件起鳞。模具的干燥温度不应高于65～70℃。当干燥器内的温度尚在38℃以上时,不宜拿出模具,否则易开裂。
在注浆前,用湿海绵仔细擦除石膏模各部分
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的灰尘和残存浆料,并将其轻微润湿。装配模具,使其各部分紧固连接。为了制得优质半成品,在使用新模具时,须进行几次预注浆,使模具各部分磨合匹配。
一般情况下,模具的周转次数为60～80次,此后模具丧失有效吸水的能力。所用石膏的类型也很重要。采用高强度石膏可以制取寿命较长的模具,但要付出坯料吃浆速度缓慢的代价。造型石膏模具显示出较高的坯料吃浆速度,只是其强度较低,易造成机械和腐蚀损坏,并且泥浆的湿度越大,损坏得越快。在生产实践中,陶瓷厂家大多采用不同类型石膏的混合物制作模具。
石膏部分溶解(特别是在新模具中),在模面形成附着物。当泥浆中的钠盐与石膏反应时,在模具外表面构成硫酸钠晶体“渣皮”。一般认为,如果在模具外壁出现这种结疤,就意味着车间温度低。用手的敏感部位触及石膏模具时,不应有凉的感觉。25～28℃的周围气温可视为最佳注浆温度。为消除附着物和净化模具工作面,可使用2%～5%的苏打溶液擦拭模具。石膏模具须存放
这一负压原理积极地应用到了注浆机中。
极其有效的是对浇注泥浆进行真空处理。处理后,可以消除粘土粒子表面各段的微气孔和在制备、搅拌泥浆时形成的大气孔,还可降低泥浆的粘度,避免许多半成品缺陷的形成。注浆时,采用模具振动法也能产生良好的作用:降低粘度,排除空气,提高半成品的强度。制品的成形包括半成品的形成过程及其获得强度的过程。注浆成形过程开始于料浆灌模,结束于半成品脱模。随着制品形状的出现和制品表面的形成,才可以论述会影响未来产品使用性能和美观性能的缺陷问题。产品缺陷可以按其产生根源划分(例如“设计缺陷”,、“配料缺陷”等),也可按其产生位置划分(表面缺陷、内在缺陷)。对于经注浆法制得的半成品,应辨别是因违反最佳成形条件而出现的缺陷,还是因前面工艺阶段产生的缺陷。
因泥浆制备不善引起的缺陷有:半成品形状欠缺(缺肉)、破裂气泡在半成品表面构成弧坑(棕眼)、半成品表面皱纹、制品壁局部凸起(放浆条纹)、月牙状裂纹等。这些缺陷的出现,是因泥浆粘度高(放浆条纹除外)、稠化快、温度低、电解质含量过剩所致。
因注浆条件不善引起的缺陷有:注浆斑点和裂纹(泥浆流过强)、半成品形状欠缺(注浆时带入空气)。
于无尘无污物的平面,要避开穿堂风,温度不得高于38℃,相对湿度在30%以上。
对注浆过程具有重要影响的还有泥浆的温度和压力。在将泥浆的温度提高到60℃时,坯料的吃浆速度提高1倍。这是因为泥浆粘度降低及其于模具毛细管的流动性提高的缘故。将泥浆于模具中的压力增至0.5MPa时,也可加快吃浆速度。这样,可以在模具表面形成较致密的低湿度坯料层,从而降低半成品的干燥收缩率和缩短模具的干燥时间。正是由于提高压力拥有如此明显的优越性,才诞生了一种先进的注浆成形方法压注法。这种方法需要专用的设备和装具
水注
因石膏模具引起的缺陷有:半成品形状欠缺(模具结构不合理,泥浆不能彻底填满各腔体)、半成品变形和开裂(因模具表面沾上润滑脂而造成气孔率不均)、半成品表面有接缝和产品煅烧后生成熔洞(模具磨损)。在使用过干燥模具时,还会产生吃浆
层起鳞和半成品壁面开裂缺陷;模具过湿会形成气孔。
注浆成形制品的常见缺陷是粘接附件剥离,如嘴、把等。这些附件不是用带分支注浆槽的多工作
腔模具注浆成形(此时注一次浆可成形几十个附件),就是用石膏模具塑性成形。附件连接部位开裂的主要原因首先是主坯体与附件的湿度差小。在半成品干燥初始,产生与不同湿度(下转33页)
浆机和高强度塑料模具。现在,许多知名企业在生产坯料吃浆时间长的厚胎产品(如卫生设备瓷)时都采用这种水压注法。
通过在模套下部构成负压的形式也可以加快坯料的吃浆过程。这种方法已在一些企业得到应用。另外,众多的陶瓷工业设备主导生产商也将48
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河北陶瓷 第29卷第3期 总第110期 2001年
信息管理人员和技术人员除进行信息管理和设备管理外,还负责信息系统应用技术培训和信息咨询服务[3]。Intranet用户(企业各部门)在一定权限内对企业数据库和Internet信息进行查询、阅读与存取。
4 结束语在信息成为资源的今天,信息在企业发展中起着越来越重要的作用。信息管理已成为企业管理新方向。对于陶瓷这一传统行业,应加强信息管理,建立科学的信息管理系统和适合陶瓷行业的信息管理模式。
参考文献
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1 CIO向决策层提供整合信息,并获取信息需求指示;2、3 CIO向信息机构及信息员下达工作任务和获得整合信息;4 信息管理人员进行信息管理,并进行信息的收集、加工及企业数据库的存储管理;5 信息查询、阅读与存储;6 Internet通讯;7 企业各部门与信息管理系统的数据传输;8 企业信息的查阅,任务下达。
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2 谢新洲,李娜1我国企业信息化与竞争情报的实
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3 许广奎,刘持慧1论企业竞争情报系统的建立与
管理[J].情报理论与实践,2001,(3):197～199
图2 陶瓷信息系统的组织机构及运行方式
企业信息主管(CIO)负责信息系统的总体协调。CIO向决策层提供整合信息,并获取信息需求指示,向信息机构的信息人员下达工作任务。
收稿日期:2001207213
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制品各部分收缩不均有关的应力。对该过程起较大作用的是周围空气的湿度。
各企业注浆工段可采用架式注浆法或输送带式注浆法。采用架式注浆法时,注浆前的石膏模具配置于台架上。借助容器或泥浆导管用手工进行注浆。在车间条件下干燥半成品。架式注浆法的缺点是占用场地大,不能准确地调节吃浆和阴干条件。这种方法的明显优点是:同时可浇注多种制品。
输送带式注浆法的特点是:模具注浆、排浆机械化,坯料的吃浆时间、温度可控。在自动化注浆线上,可以借助真空抽风机抽取空心注浆时的剩余泥浆,这样可防止在薄胎制品上形成流痕。自动化注浆线广泛用于同型产品的大批量生产。
在现代陶瓷的生产中,使用可保障良好均质性的高效成形法
压注法生产卫生设备产品,
《河北陶瓷》编辑部
采用普通注浆法生产复杂形状的高艺术产品。
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