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陶瓷材料以其优异的性能已广泛应用于电子、机械、国防等工业领域。随着现代社会市场竞争日趋激烈,要求尽量缩短陶瓷部件的开发和制造周期,制造批量小、品种多、改型快的产品,但是陶瓷制件难成形、难加工、成本高等问题又限制它的使用。采用快速成型技术制备陶瓷件可以克服上述缺点。
快速成型技术(RapidPrototyping,简称RP)是20世纪80年代中期兴起的高新技术,与传统的成形方法相比具有无需模具、开发周期短等一系列优点,但是目前比较成熟的快速成形技术在制备陶瓷材料方面也存在着制造成本高、陶瓷件的收缩率较大、强度低等问题。本课题利用石蜡和含有陶瓷粉料的蜡浆,采用快速成形的原理来制备陶瓷部件,可以大大的降低成本,提高陶瓷件的生产效率,同时保证制件的性能。
本文提出了一种新的快速成型技术,考虑了从原料到成型陶瓷制件的整个工艺步骤和成型过程中需要注意的环节。实验首先对石蜡和蜡料的性质进行了研究,确定了原料的组成、固含量以及其粘温特性,而后根据快速成型的原理制备了石蜡薄层,并在其表面进行了雕刻,接着进行了蜡料的填充以及逐层累积的工序操作,制备出一些形体简单的原型试样,对试样进行了排蜡和烧成处理。
实验确定了这种成型方法成型过程中的一些具体参数,例如:蜡层的厚度控制在0.8~1.0mm左右,蜡料在填充时的温度控制在90~95℃等,另外还制定了具体的排蜡热处理制度。为了考察该技术的可行性,对叠层和未叠层试样进行了机械性能测试和断面形貌的扫描,观察了叠层试样是否存在分层的现象;同时观察了试样在排蜡烧成后是否出现了变形。实验最后还探讨了蜡料中陶瓷粉的固含量对陶瓷制品的致密程度、收缩率、机械强度造成的影响以及排蜡工艺制度对制件性能的影响。
结果表明这种利用石蜡和陶瓷蜡料采用快速成型原理来制备陶瓷件的方法是完全可行的,而且蜡料中的固含量在84%~86%,制件经过充分的排蜡烧成后试样不会变形且具有良好的机械性能。
利用这种新的快速成形方法来制备陶瓷制件可以实现无模生产,大大降低了陶瓷制件的生产周期,提高了生产效率,从而实现了高效率、高精度、低成本的制备形状复杂的陶瓷制件,因而具有十分广阔的发展前景。