热压铸成型工艺

低压注射成型即热压铸成型工艺是精密陶瓷成型方法中较常见的一种工艺方法，其中成型后产品的脱蜡工序是整个生产工序中较重要的一个环节，在此环节中容易出现产品\"流蜡\"缺陷。本文从产品排蜡的机理分析了影响排蜡过程中导致流蜡的几个影响因素。

1 前言

石蜡在热压铸成型生产特种陶瓷中是一种常用的定型剂，将本来不具有可塑性的精密陶瓷粉料混炼成可成型的原料对利成型。由于添加的量较多，若产品直接进行烧结会出现较大变形及鼓光等严重缺陷。因此必须在烧结前需将石蜡从成型坯体中驱除，防止上述烧结缺陷产生。但在实际生产的排蜡工序过程中产品常常会出?quot;流蜡\"现象，本文就\"流蜡\"现象的产生机理进行了分析和评述。

2 排蜡基本机制

产品脱蜡的具体过程为：将成型坯体用排蜡吸附全部掩埋并加热，利用石蜡58℃左右开始熔化的特性及排蜡吸附性能将产品坯体中的石蜡吸附出来，同时排蜡粉支持坯体使产品不至于因为坯体中的石蜡熔化而软化变形，继续开温直到坯体中的石蜡完全排除并出现部分低共熔物使坯体具有一定强度后排蜡结束

2．2 排蜡过程的影响因素

石蜡的排除速度和完全度由以下参数决定：坯体含石蜡量、排蜡温度、排蜡粉的吸附能力、坯体的厚度。围绕坯体的排蜡粉的数量、空气中石蜡蒸气分压力的大小。还体中粉料与石蜡的混合均匀程度。下面将结合我们在生产实际中的经验分别讨论以上因素的影响。

2．2．L 坯体所含石蜡量过多

坯体中的石蜡量过多意味着单位时间内熔化成液体的石蜡量较正常含蜡量的产品要多，过多的液体石蜡无法在正常时间内被吸附粉吸附，多余的石蜡液体就会聚集成流体而不再是单体从坯体表面流失，同时带走一部分坯体中的物质，形成类似河流的冲击平原状的缺陷--\"流蜡\"。

2．2．2 排蜡温度在较短时间内升温过快

坯体中石蜡的软化点为58℃左右，在此温度下，石蜡会由固态转变成液态，当在单位时间内石蜡由固态转变成液态的数量多于此时间段内氧化铝吸附粉从坯体中吸附的石蜡液体的数量时，多余的石蜡液体就会聚集成流体从坯体表面流动，同时带走一部分坯体中的物质，造成流蜡。

2．2．3 氧化铝吸附粉的吸附能力较差

升温正常，坯体中石蜡由固态转变成液态的速率也正常，但此时氧化铝吸附粉的吸附能力不足，正常数量的液态石蜡无法被吸附粉全部吸附，坯体中由固态转变成液态石蜡量与氧化铝吸附粉从坯体中吸附的液态石蜡量不平衡，多余的石蜡液体就会聚集成流体从坯体表面流失，同时带走一部分坯体中的物质，造成流蜡。

2．2．4 产品的表面积与体积的比值较小

\"产品的表面积与体积的比值较大意味着围绕产品的氧化铝吸附粉较多，单位时间内被吸附的蜡量也会较多，反之则较少，较少的吸附粉所吸附的石蜡量有限，此时较易流蜡。

2．2．5 空气中石蜡蒸气分压的大小

石蜡蒸气分压是排蜡程序中较关键的因素，它是排蜡过程得以延续的唯一动力，吸附粉中的石蜡液体若不被蒸发成气体，坯体中的石蜡就无法继续排至吸附粉中。当石蜡蒸气分压力较小时，排蜡动力会较大整个排蜡过程得以顺畅进行；当石蜡蒸气分压力较大时，排蜡的阻力增大，排蜡过程会较迟缓甚至会有停顿，而当吸附粉中的\"传蜡\"过程有停顿时，坯体中石蜡由固态向液态转化的过程却不会停顿，液态石蜡的量积聚过多时就会造成流蜡。

2．2．6 石蜡在原料中的均匀度不够

产品内部的石蜡与氧化铝混练不均匀时会造成某一部分区域内石蜡量过多，同一时间内液化的石蜡量无法由正常的排蜡通道排出，导致产品的某一区域集中了较多的液态石蜡，此时也较易流蜡。

3 排蜡过程的平衡控制

由以上分析可知\"流蜡\"的形成是由于单位时间内液体石蜡从坯体中排出的最大于液体石蜡从氧化铝吸附粉中排出的量所引起的。因此，要控制好产品的脱蜡，关键是控制三个过程的相互平衡：坯体中的石蜡液化过程、氧化铝吸附粉吸附坯体中已经液化的石蜡并加以传递的过程、液体石蜡从氧化铝吸附粉中蒸发于空气的过程。在实际生产中，分别影响到三个不同过程的实际因素如下。

3 排蜡过程的平衡控制

由以上分析可知\"流蜡\"的形成是由于单位时间内液体石蜡从坯体中排出的最大于液体

石蜡从氧化铝吸附粉中排出的量所引起的。因此，要控制好产品的脱蜡，关键是控制三个过程的相互平衡：坯体中的石蜡液化过程、氧化铝吸附粉吸附坯体中已经液化的石蜡并加以传递的过程、液体石蜡从氧化铝吸附粉中蒸发于空气的过程。在实际生产中，分别影响到三个不同过程的实际因素如下。

3．L坯体中的石蜡液化过程

(1）升温制度。当升温过快时，坯体中的石蜡液化的速度加快，坯体内部的石蜡加速向坯体外部迁移。

(2）坯体中的含蜡量。当坯体中的蜡量较高时，单价时间、单位体积内石蜡被液化的量比较多。

3．2 氧化铝吸附份吸附坯体中已经液化的石蜡并加以传递

(1)氧化铝吸附粉。吸附粉在脱蜡过程中起到传蜡通道的作用，当通道状态良好时（吸附粉吸附能力良好），传蜡虽比较大，也就是石蜡的吸附量会比较大，反之会比较少。

（2）产品排装密度。单位空间内产品的排装密度越大，相对于单件产品使用的氧化铝吸附粉少，对于此空间内的某件产品来说所分配的氧化铝吸附粉就少，此外，当单位空间内的产品很多时，作为交通管道的氧化铝吸附份会由于需要运送很多产品排出的液体石蜡而相对减少对某件产品的石蜡运送量，运送能力是有限固定的，但路要运送的固体石蜡却是源源不断地液化成持运送的液体，当待运送的液体石蜡累积到一定数值时，产品就会不可避免地流蜡。

（3）产品的几何特征--表面积与体积的比值。当比值较大时，意味着相对于同体积的产品来说，它会变多的氧化铝吸附粉为它服务，可以较顺畅地将还坯的液体石蜡运送出去；当比值较小时，包围产品的氧化铝吸附份数量可能满足不了运送要求而导致液体石蜡累积最后造成流蜡。

3．3 液体石蜡从氧化铝吸附粉中蒸发至空气的过程

此过程非常重要，它提供了运送石蜡的直接且唯一的驱动力。

当最外一层的氧化锅吸附粉表面的蒸气分压大于空气的石蜡蒸气分历时，氧化铝吸附粉表面的石蜡蒸气会向空气中扩散，当表面的石蜡蒸气扩散至空气中后，表面的液体石蜡又会被汽化并从窑中吸收热量。与此同时，最外一层的氧化铝吸附粉中的石蜡液体浓度与第二层氧化铝吸附粉中的石蜡液体浓度平衡被破坏，造成内部石蜡液体浓度大于表面石蜡液体浓度，在此浓度差的拉动下，内部氧化铝吸附粉中的石蜡液体逐渐向外部扩散，坯体内部的石蜡液体也由内而外地向外部扩散，最终，坯体中的石蜡都通过这种方式扩散至空气。由以上分析可知，石蜡由坯体中扩散至空气中的两个决定因素为：空气中的石蜡蒸气分压和热量。

（1）空气中的石蜡蒸气分压

当窑炉空间内空气中的石蜡蒸气分压较高时，吸附粗中的石蜡蒸气分压也必须累积到一定数值才能保证石蜡蒸气扩散到空气中去，从而拉动整个排蜡过程持续进行。当吸附粉中的石蜡蒸气分压在累积时，整个运送石蜡液体的过程便停顿下来，但是坯体中的石蜡受热软化的进程并没有相互减慢或停顿下来，于是坯体中的液体石蜡最随着不断液化而增多，由于吸附粉的运送过程暂时被终止，于是两个过程不平衡，最终形成流蜡。

（2）热量

当石蜡蒸气蒸发至空气中后，石蜡液体继续汽化，在汽化过程中必须吸收热量，当热量不够时，石蜡液体汽化的速度就会减慢，问样造成不平衡而形成流蜡。

4 综合排蜡模型及控制方法

上述排给过程实际上是一个综合的物理现象，它包括以下步骤：在一定的温度下，产品坯体中的石蜡受热融化成液体；在吸附洲的毛细力作用下液体从高浓区向低浓度发生毛细流动，并逐渐扩散至吸附剂的固--气界面处；运送至吸附剂固--气界面处的液体石蜡分子受热蒸发至外部气氛；坯体内部的石蜡分子通过坯体中已打通的连通空隙逐渐排出至外部气氛中，以上过程包括了粘结剂的热分解。毛细流动、液相扩散、气相扩散等主要的物理机制。根据以上分祈，我们针对排给过程的影响同素进行了一系列的实验，发现在以下控制方向上着手能较好地控制排错过程，取得较好的排蜡效果。

（l）改善原料制备工艺，重点是改善原料混合过程中的表面活性剂、混合方法及时间，以求达到原料均匀混合的目的。

（2）改善空气的石蜡蒸气分压状况，加快石蜡蒸气的排出速度。对于连续式隧道电窑应加大烟道抽力并加强烟道的清扫频率；对于间歇式窑在产品预热到温时（≤200℃）应打开烟道闸板，加强烟道抽力，从而改善窑炉内气氛中的石蜡蒸气分压，加快吸蜡频率。

（3）根据产品原料的具体特性及产品的壁厚（表面积与体积的比值）来确定排装密度（一般为产品：间距=1:1.3）。

改善吸咐的吸附能力，每隔3个月左右应中温煅烧（1300℃）以改善吸付能力，在此过程中视情况而添加一部分新的吸附剂粉料以综合改善吸附性能。

5 结语

热压铸成型工艺由于其显而易见的优势在小型、复杂的产品类型中有较广泛的发展前景，但由于需要进行二次烧成，烧成成本是其中较大的一部分，因此在排蜡烧成中的良品率控制就显得非常重要，深入了解排蜡过程各种变化和解决排蜡中的流蜡缺陷对热压铸成型工艺的贡献是不言而喻的，可以在保持产品的自身形状，尺寸的情况下缩短排蜡时间和提升排蜡良品率，从而在成本控制上有比较明显的优势。但要达到这一目标还与热压铸工艺过程中的其他影响因素，如原料粉体的粒度、石蜡的含水率、表面活性剂、烧成窑炉、天气状况等等，而且这些因素往往会相互影响，需要对许多因素进行综合考虑才能真正消除流蜡缺陷。