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問(wèn):熟石膏粉制做模型時(shí)為什么會(huì)產(chǎn)生熱膨脹?這種膨脹對(duì)模型有何益處和壞處?影響熱膨脹的因素有哪些?

答:1 石膏粉產(chǎn)生熱膨脹的原因(機(jī)理)

石膏粉與水混合后,發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng):

同時(shí)伴隨著熱膨脹的產(chǎn)生。其產(chǎn)生熱膨脹的原因(機(jī)理)目前有以下兩種解釋:

1)在石膏粉炒制加工過(guò)程中,由于二水石膏加熱脫水的溫度控制不嚴(yán),特別是炒制加工時(shí)的攪拌不均勻,有部分二水石膏因溫度過(guò)高繼續(xù)脫水變成了無(wú)水石膏(也叫過(guò)燒石膏或硬石膏),這些無(wú)水石膏活性大,在水化時(shí)很快由斜方晶系轉(zhuǎn)化為單斜晶系,產(chǎn)生微量的體積膨脹。

2)從石膏粉溶解凝固理論來(lái)看,在模型制造過(guò)程中,當(dāng)半水石膏與水混合時(shí),石膏與水產(chǎn)生水化作用,同時(shí)產(chǎn)生一種放熱反應(yīng),它隨時(shí)間的延長(zhǎng)而升高。這是因?yàn)樵诎胨嗟娘柡腿芤褐杏芯а坎粩嗌?最后晶芽連續(xù)生長(zhǎng)成二水石膏晶體,并且隨之放出水化熱而產(chǎn)生膨脹。

2 石膏熱膨脹對(duì)模型的益處和壞處

客觀上講,石膏熱膨脹對(duì)模型既有益處又有壞處,但弊大于利。益處是在模型制造和胎型返制過(guò)程中,由于熱膨脹作用,揭模套比較容易。壞處是容易漲胎,破壞胎型、模型;模型口縫隙大,使用中容易引起漏漿,影響模型的使用壽命。

具體到衛(wèi)生瓷生產(chǎn)模型,其危害如下:

1)坐便器類(lèi)幫模、底模對(duì)縫不嚴(yán)實(shí),模型制造中合模時(shí)不易操作,或者模型從中間部位斷裂,或者出現(xiàn)弓形開(kāi)縫,成形注漿時(shí),中間跑漿。

2)坐便器模型圈翹起,對(duì)縫不嚴(yán),弓形開(kāi)縫,內(nèi)表面棱角處有裂。

3)水箱、水箱蓋模型對(duì)口不嚴(yán)。面具類(lèi)模型內(nèi)表面有裂。

4)注模時(shí)易把母模脹壞,或者模型不易從母模中取出,損壞模型、胎型。

3 影響石膏熱膨脹的因素

描述石膏熱膨脹的技術(shù)參數(shù)是熱膨脹系數(shù)。影響石膏熱膨脹(系數(shù))的因素較多,主要有石膏粉的種類(lèi),水、膏比例,攪拌方法,轉(zhuǎn)速,攪拌時(shí)間,緩凝劑等。

1)石膏粉的種類(lèi)。在水、膏比例以及其它外部環(huán)境條件相同情況下,β石膏粉膨脹系數(shù)最小,α+β混合粉次之,α石膏粉最大。

2)水、膏比。保持?jǐn)嚢钑r(shí)間以及其它外部環(huán)境條件不變。當(dāng)混合水量增加,即當(dāng)水、膏比增大時(shí),石膏的膨脹系數(shù)變小;反之,當(dāng)混合水量減少,即當(dāng)水、膏比變小時(shí),石膏的膨脹系數(shù)變大。

3)攪拌方法。石膏的攪拌方法分為手工攪拌、機(jī)械攪拌和真空攪拌三種。保持混水量75%(水、膏比為1:1.33)以及其它外部條件不變,手工攪拌時(shí)膨脹系數(shù)最大,機(jī)械攪拌次之,真空攪拌時(shí)最小。

4)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速。在混水量80%(水、膏比為1:1.25)以及其它外部環(huán)境條件不變的情況下,攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速越高,則膨脹系數(shù)越大。原因是由于攪拌速度的加快,石膏與水的反應(yīng)加快所致。

5)攪拌時(shí)間。在混水量75%(水、膏比為1:1.33)及其它外部環(huán)境條件不變的情況下,隨著攪拌時(shí)間的增加,熱膨脹系數(shù)增大。

6)緩凝劑。在沒(méi)有加緩凝劑的情況下,所有半水石膏在兩小時(shí)內(nèi)一般都轉(zhuǎn)變?yōu)槎?。加入一定量的緩凝?例如硼砂、腐植酸鈉等),可減慢半水石膏的溶解反應(yīng)速度,石膏的熱膨脹系數(shù)低。因此,在澆注模型時(shí)或制作母模胎型時(shí),石膏粉的水化熱膨脹特性不容忽視,對(duì)所用石膏粉的熱膨脹系數(shù)必須及時(shí)取樣檢測(cè),掌握參數(shù)情況,確保所用石膏粉產(chǎn)地的穩(wěn)定,同時(shí)選擇合適的注模工藝參數(shù),才能保證胎型、模型的質(zhì)量。(王同言)

問(wèn):請(qǐng)介紹一下有關(guān)等靜壓成形工藝方面的知識(shí)?

答:1 等靜壓成形的概念

等靜壓成形是將待壓試樣置于高壓容器中,利用液體介質(zhì)不可壓縮的性質(zhì)和均勻傳遞壓力從各個(gè)方向?qū)υ嚇舆M(jìn)行均勻加壓,當(dāng)液體介質(zhì)通過(guò)壓力泵注入壓力容器時(shí),根據(jù)流體力學(xué)原理,其壓強(qiáng)大小不變且均勻地傳遞到各個(gè)方向。此時(shí)高壓容器中的粉料在各個(gè)方向上受到的壓力是均勻的和大小一致的。通過(guò)上述方法使瘠性粉料成形致密坯體的方法稱(chēng)為等靜壓法。

2 等靜壓成形的特點(diǎn)

等靜壓成形的特點(diǎn)與等靜壓成形方法原理近似的是軸向壓制成形。軸向壓制成形為單向或雙向壓力壓制,粉料與模具的摩擦力較大,壓力沿壓制方向會(huì)產(chǎn)生壓力損失,使坯體各部分的密度不均勻。而等靜壓成形時(shí)液體介質(zhì)傳遞的壓力在各個(gè)方向上等是相等的。彈性模具在受到液體介質(zhì)壓力時(shí)產(chǎn)生的變形傳遞到模具中的粉料,粉料與模具壁的摩擦力小,坯體受力均勻,密度分布均一,產(chǎn)品性能有很大提高。

3 等靜壓成形的分類(lèi)

1)濕式等靜壓。將預(yù)壓好的坯料包封在彈性的塑料或橡膠模具內(nèi),密封后放入高壓缸內(nèi),通過(guò)液體傳遞使坯體受壓成形。

2)干式等靜壓。將彈性模具半固定,不浸泡在液體介質(zhì)中,而是通過(guò)上下活塞密封。壓力泵將液體介質(zhì)注入到高壓缸和加壓橡皮之間,通過(guò)液體和加壓橡皮將壓力傳遞使坯體受壓成形。

4 等靜壓成形工藝

1)粉體預(yù)處理。對(duì)瘠性粉料等靜壓成形工藝也需要對(duì)粉體進(jìn)行預(yù)處理,通過(guò)造粒工藝提高粉體的流動(dòng)性,加入粘結(jié)劑和潤(rùn)滑劑減少粉體內(nèi)摩擦力,提高粘結(jié)強(qiáng)度,使之適應(yīng)成形工藝需要。

2)成形工藝。包括裝料、加壓、保壓、卸壓等過(guò)程。裝料應(yīng)盡量使粉料在模具中裝填均勻,避免存在氣孔;加壓時(shí)應(yīng)求平穩(wěn),加壓速度適當(dāng);針對(duì)不同的粉體和坯體形狀,選擇合適的加壓壓力和保壓時(shí)間;同時(shí)選擇合適的卸壓速度。

3)成形模具。等靜壓對(duì)成形模具有特殊的要求,包括有足夠的彈性和保形能力;有較高的抗張抗裂強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度;有較好的耐腐蝕性能,不與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng);脫模性能好;價(jià)格低廉,使用壽命長(zhǎng)。一般濕式等靜壓多使用橡膠類(lèi)模具,干式等靜壓模具多使用聚氨酯、聚氯乙烯等材料。

5 等靜壓設(shè)備

常用的冷等靜壓機(jī)的工作壓力可高達(dá)65kN/cm2。按照容器密封結(jié)構(gòu)不同,冷等靜壓機(jī)可分為螺紋式和框架式兩類(lèi)。螺紋式冷等靜壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但操作勞動(dòng)強(qiáng)度大,使用過(guò)程螺紋磨損嚴(yán)重,通常是容器(缸體)小的等靜壓機(jī);框架式冷等靜壓機(jī),設(shè)備雖然復(fù)雜,但安全可靠,操作簡(jiǎn)便,通常是容器(缸體)較大的壓機(jī)。

熱等靜壓設(shè)備通常由裝有加熱爐體的高壓容器、高壓氣體介質(zhì)輸送、電氣、測(cè)溫和冷卻等系統(tǒng)組成。直到70年代末,雖然最大的熱等靜壓機(jī)的缸體尺寸為直徑3050mm,長(zhǎng)度9150mm;最高氣體壓力為 105 kN/cm2;最高加熱溫度為2700℃。但工業(yè)生產(chǎn)用的熱等靜壓機(jī)一般壓力為15～20kN/cm2,溫度為1500℃。采用熱等靜壓固結(jié)粉末時(shí),將粉末預(yù)成形制成坯料或通過(guò)振動(dòng)將粉末直接裝入硬質(zhì)包套中。包套封焊前需在室溫或加溫抽真空過(guò)程中封焊。封焊后的包套放入高壓容器。然后,可先打入氣體(低于最終氣壓),再進(jìn)行升溫,由于氣體的加熱膨脹最終達(dá)到所規(guī)定的氣體壓力;也可同時(shí)升溫和加壓。熱等靜壓工藝中,包套的抽空和密封對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有明顯的影響,是熱等靜壓工藝的關(guān)鍵之一。包套一般采用金屬(軟鋼、不銹鋼、鈦等)或陶瓷材料制成。最早采用的是金屬包套,適于生產(chǎn)簡(jiǎn)單形狀的制品;陶瓷包套性脆、不致密,需放在金屬套中,兩層包套之間的間隙用傳壓介質(zhì)(陶瓷粉末)填充,陶瓷包套材料適用于形狀復(fù)雜和尺寸精密的制品。

6 等靜壓成形的應(yīng)用

等靜壓工藝制品具有組織結(jié)構(gòu)均勻,密度高,燒結(jié)收縮率小,模具成品低,生產(chǎn)效率高,可成形形狀復(fù)雜、細(xì)長(zhǎng)制品和大尺寸制品和精密尺寸制品等突出優(yōu)點(diǎn),是目前一種較先進(jìn)的成形工藝,以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)開(kāi)始替代傳統(tǒng)的成形方法,如陶瓷生產(chǎn)的火花塞、瓷球、柱塞、真空管殼等產(chǎn)品,顯示出越來(lái)越廣闊的應(yīng)用前景。

本欄目責(zé)任編輯 聶保民