特种陶瓷是具有耐磨损、耐腐蚀、耐⾼温、抗氧化、⾼硬度等⼀系列优良性能的新型材料，在化⼯、冶⾦、⽯油运输、机械密封件、信息、能源、航空航天以及国防领域应⽤⼴泛。且⾼新技术领域对特种陶瓷的形状和尺⼨精度都有较⾼的要求。⽽陶瓷材料本质上是⼀种脆性材料，加之其⾼硬度、⾼耐磨性的特点，增加了后续加⼯的难度及加⼯成本。因此，提⾼材料的性能可靠性，实现复杂形状部件的精密成型，降低材料的制备、加⼯成本成为特种陶瓷发展的重要课题。 01
特种陶瓷
特种陶瓷也称为先进陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷、⾼性能陶瓷、⾼技术陶瓷和精细陶瓷，突破了传统陶瓷以黏⼟为主要原料的界限，主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料，有时还可以与⾦属进⾏复合形成陶瓷⾦属复合材料，是⼀种采⽤现代材料⼯艺制备的、具有独特和优异性能的陶瓷材料。
特种陶瓷分类及应⽤
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特种陶瓷成型⽅法及特点
陶瓷成型就是将陶瓷原料按照实际⽣产的要求制作成具有规定形状、尺⼨及⼀定强度的⽣坯，成型过程取决于陶瓷原料的性能和成型⼯艺⽅法。造就陶瓷制品形状的⽅法也是多种多样的，但总的来说，可以分为⼲法成型和湿法成型。
⼲法成型包括⼲压成型、等静压成型、超⾼压成型、粉末电磁成型等⽅法。湿法成型⼤致可分为塑性成型和胶态浇注成型两⼤类。塑性成型也称湿压法，是指将已制成塑性的物料在刚性模具中压制成型的⼀种成型⽅法，包括挤压成型、注射成型、轧膜成型(压延成型)等⼏种。胶态浇注成型是将具有流动性的浆料制成可⾃我⽀撑形状的⼀种成型⽅法。该法利⽤浆料的流动性，使物料⼲燥并固化后得到⼀定形状的成型体。主要包括注浆成型、注凝成型、流延成型、直接凝固成型、胶态振动注模成型等。
玻璃房陶瓷材料及部件的主要成型⼯艺
极化片
2.1⼲压成型
⼲压成型就是在陶瓷粉料中加⼊⼀定量的有机添加剂（粘结剂、润滑剂、可塑剂、消泡剂、减⽔剂等），在外界压⼒的作⽤下，使其在模具中成型。
优点：易于实现⾃动化，所以在⼯业⽣产中得到较⼤的应⽤。
缺点：在成型过程中，常会因为径向、轴向的压⼒分布不均⽽引起坯体的分层，开裂、密度不均等现象也会经常发⽣。 2.2等静压成型
等静压成型是通过施加各项同性压⼒⽽使粉料⼀边压缩⼀边成型的⽅法。根据成型温度的不同，等静压成型⼜分为热等静压成型和冷等静压成型。冷等静压是在常温下对⼯件进⾏成型的等静压法。热等静压是在指在⾼温⾼压下对⼯件进⾏等压成型烧结的等静压法。
陶瓷球坯模压－等静压成型⼯艺过程
陶瓷球坯直接等静压成型⼯艺过程
优点：能压制具有凹形、空⼼、细长件以及其他复杂形状的零件；摩擦损耗⼩，成型压⼒低；压⼒从各个⽅⾯传递，压坯密度分布均匀、压坯强度⾼，模具制作⽅便，寿命长，成本较低。
缺点：压坯尺⼨和形状不易精确控制，⽣产率较低，且投资⼤，操作较复杂，成型在⾼压下操作，容器及其它⾼压部件需要特别防护。
2.3超⾼压成型
超⾼压成型是⼀种发展很快的成型⽅法，多⽤于纳⽶陶瓷的成型中。纳⽶陶瓷的粒径受烧结温度影响很⼤，烧结温度越低，粒径越⼩，越容易得到纳⽶陶瓷；⽽通过加⼤成型压⼒，提⾼素坯的初始密度，可以降低纳⽶陶瓷的烧结温度，因此超⾼压成型应运⽽⽣。超⾼压成型明显地改变了素坯的烧结性能，从⽽更加容易得到纳⽶陶瓷。
2.4粉末电磁成型
粉末电磁压制是⼀种利⽤强脉冲电磁⼒作⽤于粉末体使其致密化的⾼效率成型新⼯艺。这种⽅法通常⽤于⾦属材料的成型，可获得⾮常⾼的致密度。粉末电磁压制法成型的样品致密度均达到了95%以上，具有较好的压电与介电性能。
管装粉末电磁压制原理
吴彦春.电磁压制设备研制及其在功能陶瓷制备中的应⽤研究
2.5挤压成型
将粉料、粘接剂、润滑剂等与⽔均匀混合充分混练，然后利⽤液压机推动活塞，将已塑化的坯料从挤压嘴挤出。由于挤压嘴的内型逐渐缩⼩，活塞对泥团产⽣很⼤的挤压⼒，使坯料致密并成型。
挤出成型⽰意图
优点：挤压成型得到的陶瓷膜管具有较⼤的孔隙率、密度和耐压强度，且孔径分布集中，⽓体的渗透通量很⼤，是⼀种优良的陶瓷膜管。适于制造圆形、椭圆形、多边形和其他异形断裂⾯的管材或棒材。
缺点：物料强度低容易变形，并可能产⽣表⾯凹坑和起泡、开裂及内部裂纹等缺陷。
2.6注射成型
注射成型⼜称热压铸成型，该技术通过加⼊⼀定量的聚合物及添加剂组元并微热，赋予⾦属粉末、陶瓷粉末与聚合物相似的流动性，在压⼒下将料浆注满⾦属模中，冷却后脱坯得到坯件。被美国等发达国家列为重要的“国家关键技术”。
陶瓷注射成型的⼯艺路线
优点：原材料利⽤率⾼，可快速⾃动地进⾏批量⽣产；可制备体积⼩、形状复杂、尺⼨精度⾼的异形件；由于流动冲模，使⽣坯密度均匀，烧结产品性能优越；⽣产成本低。
2.7压延成型
将粉料、添加剂和⽔均匀混合制成塑性物料，然后将物料经两个相向转动轧辊轧制，从⽽成为板状素坯的成型⽅法。轧膜成型所得坯体密度⾼，适于⽚状、板状物件的成型。古代蹴鞠用什么做的
2.8注浆成型
注浆成型⽅法是将制备好的泥浆注⼊⽯膏模型中，由于⽯膏模型具有透⽓和吸⽔性能，泥浆接触模型以后，泥浆中的⽔分会逐渐被吸⼊模型壁中，泥浆中的细⼩颗粒会随着模型的形状⽽均匀地排列成⼀个稠泥层，当稠泥层达到⼈们预期的厚度时，即可将模型中多余的泥浆倒出。待稠泥层中的⽔分被模型继续吸收达到独⽴成型后，即可将坯体取出，⼲燥待修。
注浆成型流程图
优点：⼯艺成本低，过程简单，易于操作和控制。
缺点：成型形状粗糙，注浆时间较长，坯体密度、强度也不⾼。
tmdi-302.9离⼼注浆成型
离⼼注浆成型是在传统注浆成型基础上发展⽽来的。它通过调节pH值等⼯艺参数，使粉体在液体中均匀分散，在⾼速旋转的离⼼⼒的作⽤下沉积成型。离⼼注浆成型将湿法化学粉末制备与⽆应⼒致密化
技术相结合，⼀⽅⾯可以防⽌粉体的团聚及其他缺陷；另⼀⽅⾯可以借助粉体的粒径的不同和转速不同达到分别沉积的⽬的，可⽤于多层和梯度复合功能材料的制备。
2.10电泳沉积成型
电泳沉积成型是利⽤直流电场促使带电颗粒发⽣迁移，进⽽沉积到极性相反的电极上⽽成型。
特点：操作简单、灵活及可靠性⾼，因⽽适⽤于多层陶瓷电容器、传感器、梯度功能陶瓷的成型⽅法，但对过程参数的变化影响⽐较敏感。
2.11凝胶注模成型
注凝成型是在悬浮介质中加⼊⼄烯基有机单体，然后利⽤催化剂和引发剂通过⾃由基反应使有机单体进⾏交联，坯体实现原位固化。凝胶注模成型技术是美国橡树岭国家实验室的研究者在20世纪90年代初⾸先发明的⼀种新的胶态快速成型⼯艺。
凝胶模成型原理图
凝胶注模成型⼯艺详细流程⽰意图
优点：坯体强度⾼，便于机械加⼯。
缺点：致密化过程中坯体的收缩率⽐较⼤，导致坯体弯曲变形，且所使⽤的有机单体有毒性，反应⽓氛不易控制。
氧气袋2.12流延成型
流延成型是指在陶瓷粉料中加⼊溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂等成分，得到分散均匀的稳定浆料，在流延机上制得所要求厚度薄膜的⼀种成型⽅法。
流延成型（刮到法）过程⽰意图
优点：设备简单、可连续操作、⽣产效率⾼、⾃动化⽔平⾼、⼯艺稳定、坯体性能均⼀等。
2.13直接凝固成型
直接凝固成型是20世纪90年代瑞⼠苏黎世联邦技术学院Gauckler教授的研究⼩组将⽣物酶技术、胶态化学与陶瓷⼯艺学相结合⽽发明的⼀种全新概念的净尺⼨原位陶瓷成型技术。
直接凝固注模成型⼯艺流程图
优点：不需或只需少量的有机添加剂(⼩于1wt%)，坯体不需脱脂，坯体密度均匀，相对密度较⾼，⽽且可成型⼤尺⼨复杂形状的陶瓷部件。
缺点：坯体强度往往不够⾼。
2.14胶态振动注模成型
胶态振动注模成型是1993年alifornia⼤学SantaBarbara分校F.F.Lange教授发明的⼀种胶态成型技术。将制备好的含有⾼离⼦强度的稀悬浮体(20%～30%(vol))通过压滤或离⼼获得⾼固相含量的坯料，然后在振动作⽤下进⾏浇注，实现原位固化。
胶态振动注模成型⼯艺流程图
优点：可实现连续化⽣产，并可成型复杂形状的陶瓷部件。
缺点：素坯强度较低，脱模时坯体易于开裂和变形。
2.15温度诱导絮凝成型
温度诱导絮凝成型是瑞典L.Bergstrom1994年发明的⼀种净尺⼨胶态成型⽅法，DCC及胶态振动注模成型利⽤的是胶体的静电稳定特性⽽这种⽅法利⽤了胶体的空间(位阻)稳定特性。
温度诱导絮凝成型流程图
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优点：脱模后不合格的坯体可作为原料重复使⽤，可⽤于成型⼏乎所有陶瓷粉体体系。
2.16固体⽆模成型
近代固体⽆模成型技术概念⼤约出现在20世纪70年代末。90年代初，美国Texas⼤学提出了⾃由成型制造的成型思想并应⽤于陶瓷领域。固体⽆模成型技术突破了传统成型思想的限制，是⼀项基于“⽣长型”的成型⽅法。在陶瓷领域，固体⽆模成型⼯艺⼜可分为：激光选区烧结成型、三维打印成型、熔融沉积成型、分层制造成型、⽴体光刻成型等。
特点：⾼度柔性，技术的⾼度集成，快速性，⾃由成型制造等。该技术⽬前存在的主要问题有：设备价格⾼，软件开发，材料开发，成型精度和质量等问题。
各种胶态成型⽅法的⽐较
总体来说，钢模压制、等静压成型等⼲法成型技术发展较早，技术成熟度⾼，⾃动化程度⾼，是⽬前特种陶瓷成型的主要⽅法，但由于精确尺⼨控制得不⼒，限制了其在⾼性能精细陶瓷成型⽅⾯的应⽤。⽽以注凝成型和流延成型为代表的胶态成型⽅法是湿法成型中的新技术，不仅具备低成本的优点，⽽且⾃动化程度较⾼，能实现规模⽣产，代表了特种陶瓷成型⽅法的发展⽅向。未来，特种陶瓷成型技术未来的发展将集中于以下⼏个⽅⾯：
（1）进⼀步开发已经提出的各种⽆模成形技术在制备不同陶瓷材料中的应⽤；
（2）性能更加复杂的结构层以及在层内的穿插、交织、连接结构和成分三维变化的设计；
（2）性能更加复杂的结构层以及在层内的穿插、交织、连接结构和成分三维变化的设计；（3）⼤型异形件的结构设计与制造；
（4）陶瓷微结构的制造及实际应⽤；
（5）进⼀步开发⽆污染和环境协调的新技术。
参考资料：
葛伟青.特种陶瓷材料的研究进展
鲁燕萍.陶瓷冷等静压成型技术
刘成功.浅谈特种陶瓷技术的新发展
李国栋.⾼性能陶瓷胶态成型新⼯艺综述
康永等.陶瓷成型加⼯技术新进展
姬⽂晋等.特种陶瓷成型⽅法
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