CN106891420A - 一种轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法 - Google Patents

一种轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法 Download PDF

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Abstract

一种轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，包括下述步骤：（1）制备粘接剂；（2）将粘接剂、氧化锆粉料和分散剂混合，得到预混物料；然后对预混物料进行练泥，得到氧化锆泥块；（3）粗轧，将氧化锆泥块放入到轧膜机的两轧辊之间，经多次轧压后得到膜带；相邻两次轧压的轧膜方向相互垂直；（4）精轧，逐次调小轧膜机的两轧辊之间的间隙，对膜带逐次进行轧压，直至膜带的厚度符合要求；（5）将精轧好的膜带用塑料袋真空封装后，进行冷等静压处理；（6）对膜带进行冲压，得到生坯片；（7）生坯片排胶、烧结，得到片式氧化锆陶瓷制品。采用本发明的方法能够减小轧辊的磨损，提高设备运行的稳定性及使用寿命，而且能够提高生产效率及产品的质量。

Description

一种轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法
技术领域
本发明涉及陶瓷制品的制作方法，具体涉及一种轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法。
背景技术
轧膜成型是指利用轧膜机将粉料（如氧化锆粉料）与粘接剂的混合物料经练泥、粗轧、精轧，制成一定厚度的膜带的过程。轧膜机主要是由两个相向滚动的轧辊组成。进行练泥时，轧辊转动，放在两个轧辊之间的混合物料不断受到挤压，使粉料与粘接剂混合均匀；随后通过逐次调小两轧辊之间的间隙，依次进行粗轧、精轧，在轧辊的挤压下轧出所需厚度的膜带。轧膜成型有以下特点：（1）成型过程兼有练泥作用；（2）膜带在轧辊转动时，由于两轧辊之间的间隙缩小而受压力，是两面受压轧出的膜带，在厚度方向较为致密均匀；（3）可通过调节两轧辊之间的间隙大小来获得相应厚度的膜带。
利用轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品时，在将氧化锆粉料与粘接剂的混合物料经练泥、粗轧、精轧，制成一定厚度的生坯膜带之后，再将生坯膜带置入冲片机上进行冲压，得到所需尺寸的生坯片，生坯片经排胶、烧结后得到片式氧化锆陶瓷制品。
目前，利用轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的工艺存在以下问题：（1）粘接剂未能很好地将氧化锆粉料包裹，以致生产过程中易造成轧辊被氧化锆粉料磨损，降低机器的使用寿命，同时，从轧辊上磨下来的杂质进入到产品中，导致产品的合格率降低；（2）轧出的膜带在长度方向和宽度方向上的致密度不一致，一般来说沿长度方向较为致密，而宽度方向致密度较差，这样，冲压出来的生坯片（即膜片）各向异性，烧结后收缩有方向性，生坯片各方向的收缩率不一致（一般长度方向收缩小，宽度方向收缩大），因此在设计冲压模具和冲片时均需注意生坯膜带的方向，从而增加了冲压模具的设计难度，且影响了生产进度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，采用这种方法能够减小轧辊的磨损，提高设备运行的稳定性及使用寿命，而且能够提高生产效率及产品的质量。采用的技术方案如下：
一种轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，其特征在于依次包括下述步骤：
（1）粘接剂的制备
将水加热至沸腾，然后加入聚乙烯醇（PVA），边加热边搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解；然后加入甘油，搅拌3~5分钟后自然冷却（通常冷却至20~30℃），得到粘接剂；
（2）练泥
将粘接剂加入到容器中，然后向容器中添加氧化锆粉料，边添加氧化锆粉料边搅拌；添加完氧化锆粉料后继续搅拌至混合均匀，然后加入分散剂并继续搅拌5~10分钟，得到预混物料；然后将预混物料添加到轧膜机的两轧辊之间，开启轧膜机，轧辊转动并挤压预混物料，进行练泥，得到氧化锆泥块；
（3）粗轧
将步骤（2）得到的氧化锆泥块放入到轧膜机的两轧辊之间，经多次轧压后得到膜带；
相邻两次轧压的轧膜方向相互垂直，具体为：完成上一次轧压后，将膜带取下并对折，再放入到轧膜机的两轧辊之间进行下一次轧压，其轧膜方向与上一次轧膜方向成90度（即上一次轧压时膜带的长度方向变为下一次轧压时膜带的宽度方向，上一次轧压时膜带的宽度方向变为下一次轧压时膜带的长度方向）；
（4）精轧
将粗轧得到的膜带的边沿切掉，然后逐次调小轧膜机的两轧辊之间的间隙，由厚到薄对膜带逐次进行轧压，直至膜带的厚度符合要求；
（5）冷等静压处理
将精轧好的膜带用塑料袋真空封装后，放入冷等静压机内进行冷等静压处理；
（6）冲压
将经过冷等静压处理的膜带置入冲片机上进行冲压，得到所需形状及尺寸的生坯片；
（7）排胶、烧结
使步骤（6）得到的生坯片排出粘接剂并烧结，得到片式氧化锆陶瓷制品。
通常，在完成步骤（7）的烧结后，对得到的片式氧化锆陶瓷制品进行分拣，将其中平整度符合要求的片式氧化锆陶瓷制品收集，而将其中不平整的片式氧化锆陶瓷制品再次送入窑炉中烧结，使其平整度达到检验要求。
通常，烧结合格的片式氧化锆陶瓷制品后续还经过平面磨、抛光等机械加工，以达到终端产品的使用需求。
优选步骤（1）中， 水、聚乙烯醇、甘油的重量比例为100：10~20：5~10。
优选步骤（2）加入的粘接剂的重量为氧化锆粉料的20~60%。
优选步骤（2）加入的分散剂的重量为氧化锆粉料的0.2~0.5%。
上述分散剂可以是聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾。
步骤（2）进行练泥时通常对预混物料进行多次挤压，通常做法是：在上一次挤压形成泥块后，将该泥块对折，并放入两轧辊之间进行下一次挤压，如此重复进行多次挤压。优选步骤（2）进行练泥的过程中，开启风扇对准轧辊吹风，以加速物料的干燥，缩短练泥时间。
步骤（3）中反复进行轧压，直至膜带表面光滑、没有气泡，则粗轧结束。
优选步骤（4）中轧压次数为3次，完成第一次轧压后将两轧辊之间的间隙调小再进行第二次轧压，完成第二次轧压后将两轧辊之间的间隙调小再进行第三次轧压。第三次轧压时两轧辊之间的间隙根据最终所要获得的膜带的厚度要求进行调节。
优选步骤（5）对膜带进行冷等静压处理时，膜带表面所受的压强为130~180MPa，保持压强1~5分钟。
优选步骤（7）中，将生坯片按每叠多片的方式摆放到窑具上，再送入排胶炉中排出粘接剂，并送入窑炉中烧结。
优选步骤（7）中，将生坯片送入排胶炉中，然后以1~2℃/分钟的速率上升至800~1000℃，再保温5~6小时，然后以1~3℃/分钟的速率下降至20~30℃，使生坯片排出粘接剂；然后将生坯片送入窑炉中，在1450~1500℃下保温3~6小时，使生坯片烧结成瓷。
本发明中通过添加分散剂，使粘接剂能够很好地将氧化锆粉料包裹住，能够减少粉料对轧辊的摩擦（在两轧辊运转时表现为轧辊与粘接剂之间的摩擦），从而减少轧辊的磨损；粗轧时，每轧一次后，将膜片对折并调换轧膜方向使之与上一次轧膜方向成90度，能够减少膜片中颗粒的趋向性，有助于减弱膜带各向上致密度的差异；通过对膜带进行冷等静压处理，使膜带在长度方向、宽度方向的各向异性变为各向同性，使得冲压出的生坯片在烧结时各方向的收缩率一致。
本发明与现有轧膜工艺相比，具有如下明显的优点和效果：（1）采用合适的粘接剂并添加分散剂，使粘接剂很好地将氧化锆粉料包裹，使轧膜机运行时，轧辊与粉料之间的摩擦转换为轧辊与粘接剂之间的摩擦，减少了轧辊的磨损，从而延长轧辊的使用寿命，避免轧辊频繁更换，减少轧辊的更换时间，同时，减少了因摩擦轧辊而产生的杂质进入生坯片中，提高产品的合格率；（2）粗轧时各次轧膜调换轧膜方向，且对膜带进行冷等静压处理，使膜带在长度方向、宽度方向各向同性，克服了现有轧膜工艺生产的膜带各向异性所导致的生坯片在烧结时各方向收缩率不一致的问题，因此在设计冲压模具和冲片时均无需考虑膜带方向的问题，使得冲压模具设计及冲片操作极为方便，降低了冲压模具的设计难度，并有利于加快生产进度，且避免了生产过程中因模具使用的方向不正确，而导致产品不合格甚至报废等问题。
简而言之，采用本发明的方法能够减小轧辊的磨损，提高设备运行的稳定性及使用寿命，而且能够提高生产效率及产品的质量，降低了成本。
具体实施方式
实施例1
本实施例中，轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法依次包括下述步骤：
（1）粘接剂的制备
将水加热至沸腾，然后加入聚乙烯醇，边加热边搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解；然后加入甘油，搅拌4分钟后自然至25℃，得到粘接剂；
本步骤（1）中， 水、聚乙烯醇、甘油的重量比例为100：15：8；
（2）练泥
将粘接剂加入到容器中，然后向容器中添加氧化锆粉料，边添加氧化锆粉料边搅拌；添加完氧化锆粉料后继续搅拌至混合均匀，然后加入分散剂并继续搅拌8分钟，得到预混物料；然后将预混物料添加到轧膜机的两轧辊之间，开启轧膜机，轧辊转动并挤压预混物料，进行练泥，得到氧化锆泥块；
本步骤（2）中，加入的粘接剂的重量为氧化锆粉料的40%，加入的分散剂（均为聚丙烯酸钠）的重量为氧化锆粉料的0.4%；
本步骤（2）中，进行练泥时对预混物料进行多次挤压，其做法是：在上一次挤压形成泥块后，将该泥块对折，并放入两轧辊之间进行下一次挤压，如此重复进行多次挤压；进行练泥的过程中，开启风扇对准轧辊吹风；
（3）粗轧
将步骤（2）得到的氧化锆泥块放入到轧膜机的两轧辊之间，经多次轧压后得到膜带（至膜带表面光滑、没有气泡，则粗轧结束）；
相邻两次轧压的轧膜方向相互垂直，具体为：完成上一次轧压后，将膜带取下并对折，再放入到轧膜机的两轧辊之间进行下一次轧压，其轧膜方向与上一次轧膜方向成90度（即上一次轧压时膜带的长度方向变为下一次轧压时膜带的宽度方向，上一次轧压时膜带的宽度方向变为下一次轧压时膜带的长度方向）；
（4）精轧
将粗轧得到的膜带的边沿切掉，然后逐次调小轧膜机的两轧辊之间的间隙，由厚到薄对膜带逐次进行轧压，直至膜带的厚度符合要求；
本步骤（4）中轧压次数为3次，完成第一次轧压后将两轧辊之间的间隙调小再进行第二次轧压，完成第二次轧压后将两轧辊之间的间隙调小再进行第三次轧压；第三次轧压时两轧辊之间的间隙根据最终所要获得的膜带的厚度要求进行调节；
（5）冷等静压处理
将精轧好的膜带用塑料袋真空封装后，放入冷等静压机内进行冷等静压处理；
本步骤（5）中，对膜带进行冷等静压处理时，膜带表面所受的压强为160MPa，保持压强3分钟；
（6）冲压
将经过冷等静压处理的膜带置入冲片机上进行冲压，得到所需形状及尺寸的生坯片；
（7）排胶、烧结
使步骤（6）得到的生坯片排出粘接剂并烧结，得到片式氧化锆陶瓷制品。
步骤（7）中，将生坯片按每叠多片的方式摆放到窑具上，再送入排胶炉中，然后以1.5℃/分钟的速率上升至900℃，再保温5.5小时，然后以2℃/分钟的速率下降至26℃，使生坯片排出粘接剂；然后将生坯片送入窑炉中，在1480℃下保温4小时，使生坯片烧结成瓷。
在完成步骤（7）的烧结后，对得到的片式氧化锆陶瓷制品进行分拣，将其中平整度符合要求的片式氧化锆陶瓷制品收集，而将其中不平整的片式氧化锆陶瓷制品再次送入窑炉中烧结，使其平整度达到检验要求。
烧结合格的片式氧化锆陶瓷制品后续可经过平面磨、抛光等机械加工，以达到终端产品的使用需求。
实施例2
本实施例中，轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法依次包括下述步骤：
（1）粘接剂的制备
将水加热至沸腾，然后加入聚乙烯醇，边加热边搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解；然后加入甘油，搅拌3分钟后自然至20℃，得到粘接剂；
本步骤（1）中， 水、聚乙烯醇、甘油的重量比例为100：10：10；
（2）练泥
将粘接剂加入到容器中，然后向容器中添加氧化锆粉料，边添加氧化锆粉料边搅拌；添加完氧化锆粉料后继续搅拌至混合均匀，然后加入分散剂并继续搅拌10分钟，得到预混物料；然后将预混物料添加到轧膜机的两轧辊之间，开启轧膜机，轧辊转动并挤压预混物料，进行练泥，得到氧化锆泥块；
本步骤（2）中，加入的粘接剂的重量为氧化锆粉料的60%，加入的分散剂（均为聚丙烯酸钾）的重量为氧化锆粉料的0.2%；
本步骤（2）中，进行练泥时对预混物料进行多次挤压，其做法是：在上一次挤压形成泥块后，将该泥块对折，并放入两轧辊之间进行下一次挤压，如此重复进行多次挤压；进行练泥的过程中，开启风扇对准轧辊吹风；
（3）粗轧
将步骤（2）得到的氧化锆泥块放入到轧膜机的两轧辊之间，经多次轧压后得到膜带（至膜带表面光滑、没有气泡，则粗轧结束）；
相邻两次轧压的轧膜方向相互垂直，具体为：完成上一次轧压后，将膜带取下并对折，再放入到轧膜机的两轧辊之间进行下一次轧压，其轧膜方向与上一次轧膜方向成90度（即上一次轧压时膜带的长度方向变为下一次轧压时膜带的宽度方向，上一次轧压时膜带的宽度方向变为下一次轧压时膜带的长度方向）；
（4）精轧
将粗轧得到的膜带的边沿切掉，然后逐次调小轧膜机的两轧辊之间的间隙，由厚到薄对膜带逐次进行轧压，直至膜带的厚度符合要求；
本步骤（4）中轧压次数为3次，完成第一次轧压后将两轧辊之间的间隙调小再进行第二次轧压，完成第二次轧压后将两轧辊之间的间隙调小再进行第三次轧压；第三次轧压时两轧辊之间的间隙根据最终所要获得的膜带的厚度要求进行调节；
（5）冷等静压处理
将精轧好的膜带用塑料袋真空封装后，放入冷等静压机内进行冷等静压处理；
本步骤（5）中，对膜带进行冷等静压处理时，膜带表面所受的压强为180MPa，保持压强1分钟；
（6）冲压
将经过冷等静压处理的膜带置入冲片机上进行冲压，得到所需形状及尺寸的生坯片；
（7）排胶、烧结
使步骤（6）得到的生坯片排出粘接剂并烧结，得到片式氧化锆陶瓷制品。
步骤（7）中，将生坯片按每叠多片的方式摆放到窑具上，再送入排胶炉中，然后以2℃/分钟的速率上升至1000℃，再保温5小时，然后以3℃/分钟的速率下降至30℃，使生坯片排出粘接剂；然后将生坯片送入窑炉中，在1500℃下保温3小时，使生坯片烧结成瓷。
在完成步骤（7）的烧结后，对得到的片式氧化锆陶瓷制品进行分拣，将其中平整度符合要求的片式氧化锆陶瓷制品收集，而将其中不平整的片式氧化锆陶瓷制品再次送入窑炉中烧结，使其平整度达到检验要求。
烧结合格的片式氧化锆陶瓷制品后续可经过平面磨、抛光等机械加工，以达到终端产品的使用需求。
实施例3
本实施例中，轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法依次包括下述步骤：
（1）粘接剂的制备
将水加热至沸腾，然后加入聚乙烯醇，边加热边搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解；然后加入甘油，搅拌5分钟后自然至30℃，得到粘接剂；
本步骤（1）中， 水、聚乙烯醇、甘油的重量比例为100：20：5；
（2）练泥
将粘接剂加入到容器中，然后向容器中添加氧化锆粉料，边添加氧化锆粉料边搅拌；添加完氧化锆粉料后继续搅拌至混合均匀，然后加入分散剂并继续搅拌5分钟，得到预混物料；然后将预混物料添加到轧膜机的两轧辊之间，开启轧膜机，轧辊转动并挤压预混物料，进行练泥，得到氧化锆泥块；
本步骤（2）中，加入的粘接剂的重量为氧化锆粉料的20%，加入的分散剂（均为聚丙烯酰胺）的重量为氧化锆粉料的0.5%；
本步骤（2）中，进行练泥时对预混物料进行多次挤压，其做法是：在上一次挤压形成泥块后，将该泥块对折，并放入两轧辊之间进行下一次挤压，如此重复进行多次挤压；进行练泥的过程中，开启风扇对准轧辊吹风；
（3）粗轧
将步骤（2）得到的氧化锆泥块放入到轧膜机的两轧辊之间，经多次轧压后得到膜带（至膜带表面光滑、没有气泡，则粗轧结束）；
相邻两次轧压的轧膜方向相互垂直，具体为：完成上一次轧压后，将膜带取下并对折，再放入到轧膜机的两轧辊之间进行下一次轧压，其轧膜方向与上一次轧膜方向成90度（即上一次轧压时膜带的长度方向变为下一次轧压时膜带的宽度方向，上一次轧压时膜带的宽度方向变为下一次轧压时膜带的长度方向）；
（4）精轧
将粗轧得到的膜带的边沿切掉，然后逐次调小轧膜机的两轧辊之间的间隙，由厚到薄对膜带逐次进行轧压，直至膜带的厚度符合要求；
本步骤（4）中轧压次数为3次，完成第一次轧压后将两轧辊之间的间隙调小再进行第二次轧压，完成第二次轧压后将两轧辊之间的间隙调小再进行第三次轧压；第三次轧压时两轧辊之间的间隙根据最终所要获得的膜带的厚度要求进行调节；
（5）冷等静压处理
将精轧好的膜带用塑料袋真空封装后，放入冷等静压机内进行冷等静压处理；
本步骤（5）中，对膜带进行冷等静压处理时，膜带表面所受的压强为130MPa，保持压强5分钟；
（6）冲压
将经过冷等静压处理的膜带置入冲片机上进行冲压，得到所需形状及尺寸的生坯片；
（7）排胶、烧结
使步骤（6）得到的生坯片排出粘接剂并烧结，得到片式氧化锆陶瓷制品。
步骤（7）中，将生坯片按每叠多片的方式摆放到窑具上，再送入排胶炉中，然后以1℃/分钟的速率上升至800℃，再保温6小时，然后以1℃/分钟的速率下降至20℃，使生坯片排出粘接剂；然后将生坯片送入窑炉中，在1450℃下保温6小时，使生坯片烧结成瓷。
在完成步骤（7）的烧结后，对得到的片式氧化锆陶瓷制品进行分拣，将其中平整度符合要求的片式氧化锆陶瓷制品收集，而将其中不平整的片式氧化锆陶瓷制品再次送入窑炉中烧结，使其平整度达到检验要求。
烧结合格的片式氧化锆陶瓷制品后续可经过平面磨、抛光等机械加工，以达到终端产品的使用需求。

Claims (9)

1.一种轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，其特征在于依次包括下述步骤：
（1）粘接剂的制备
将水加热至沸腾，然后加入聚乙烯醇，边加热边搅拌，直至聚乙烯醇完全溶解；然后加入甘油，搅拌3~5分钟后自然冷却，得到粘接剂；
（2）练泥
将粘接剂加入到容器中，然后向容器中添加氧化锆粉料，边添加氧化锆粉料边搅拌；添加完氧化锆粉料后继续搅拌至混合均匀，然后加入分散剂并继续搅拌5~10分钟，得到预混物料；然后将预混物料添加到轧膜机的两轧辊之间，开启轧膜机，轧辊转动并挤压预混物料，进行练泥，得到氧化锆泥块；
（3）粗轧
将步骤（2）得到的氧化锆泥块放入到轧膜机的两轧辊之间，经多次轧压后得到膜带；
相邻两次轧压的轧膜方向相互垂直，具体为：完成上一次轧压后，将膜带取下并对折，再放入到轧膜机的两轧辊之间进行下一次轧压，其轧膜方向与上一次轧膜方向成90度；
（4）精轧
将粗轧得到的膜带的边沿切掉，然后逐次调小轧膜机的两轧辊之间的间隙，由厚到薄对膜带逐次进行轧压，直至膜带的厚度符合要求；
（5）冷等静压处理
将精轧好的膜带用塑料袋真空封装后，放入冷等静压机内进行冷等静压处理；
（6）冲压
将经过冷等静压处理的膜带置入冲片机上进行冲压，得到所需形状及尺寸的生坯片；
（7）排胶、烧结
使步骤（6）得到的生坯片排出粘接剂并烧结，得到片式氧化锆陶瓷制品。
2.根据权利要求1所述的轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，其特征在于：步骤（1）中， 水、聚乙烯醇、甘油的重量比例为100：10~20：5~10。
3.根据权利要求1所述的轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，其特征在于：步骤（2）加入的粘接剂的重量为氧化锆粉料的20~60%。
4.根据权利要求1所述的轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，其特征在于：步骤（2）加入的分散剂的重量为氧化锆粉料的0.2~0.5%。
5.根据权利要求1或4所述的轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，其特征在于：所述分散剂是聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾。
6.根据权利要求1所述的轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，其特征在于：步骤（2）进行练泥时对预混物料进行多次挤压，其做法是：在上一次挤压形成泥块后，将该泥块对折，并放入两轧辊之间进行下一次挤压，如此重复进行多次挤压。
7.根据权利要求1或6所述的轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，其特征在于：步骤（2）进行练泥的过程中，开启风扇对准轧辊吹风。
8.根据权利要求1所述的轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，其特征在于：步骤（5）对膜带进行冷等静压处理时，膜带表面所受的压强为130~180MPa，保持压强1~5分钟。
9.根据权利要求1所述的轧膜成型制作氧化锆陶瓷制品的方法，其特征在于：步骤（7）中，将生坯片送入排胶炉中，然后以1~2℃/分钟的速率上升至800~1000℃，再保温5~6小时，然后以1~3℃/分钟的速率下降至20~30℃，使生坯片排出粘接剂；然后将生坯片送入窑炉中，在1450~1500℃下保温3~6小时，使生坯片烧结成瓷。
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