成形與塑形

生坯密度(green density)

在你把陶瓷粉末成形為零件之後、燒成之前,你手上有的是一個生坯——結實到能拿取,卻仍是一堆壓實的粉末,顆粒之間夾著空氣。生坯密度就是這個生坯裡有多少真的是陶瓷、有多少是空的孔隙。它最有用的表達是理論(無孔)密度的一個分數:一個 60 percent 的生坯,意思是它的體積有 60 percent 是固體陶瓷、40 percent 是等著被燒成關閉的孔隙。

這個數字完全取決於你怎麼成形。鬆散倒入的粉末或許只有 30 到 40 percent;模壓達到約 50 到 60 percent;冷等靜壓 55 到 65 percent;分散良好的泥漿澆鑄 60 到 70 percent;富含黏結劑的流延往往更低。有兩件事把它推高:能有效堆積的顆粒(一段粒徑分布,讓小顆粒填進大顆粒之間的縫),以及把它們擠近的成形壓力或製程。有兩件事把它拉低:撐開大空洞的硬團聚體,以及後來燒掉、留下孔洞的大量黏結劑。

為何追求高的生坯密度?因為它替後面的一切鋪好路。較緻密的生坯,燒成達到全密度時需要收縮的較少——記得燒結通常把坯體從 60 percent 帶到 98 percent 以上,同時線性收縮 15 到 20 percent——而較少的收縮意味著較少的翹曲、較少的開裂,以及較容易的緻密化。同等重要的是密度要均勻:如果一區 65、另一區 50,平均 60 percent 並不夠,因為這個不匹配會在燒成時撕裂零件。高而均勻的生坯密度,是這個領域每一種成形方法安靜的目標。

一片模壓氧化鋁圓片,用質量與體積量得 2.4 g per cm3;由於緻密氧化鋁約 3.98 g per cm3,這大約是理論密度的 60 percent。燒成時它必須線性收縮約 16 percent 才能達到 98 percent 密度,所以知道生坯密度就能預測收縮量。

生坯密度是未燒坯體的固體分率;愈高、愈均勻,就愈少收縮、愈少燒成缺陷。

高的平均生坯密度若不均勻就毫無價值——一塊某處 65 percent、某處 50 percent 的坯體會收縮不均而開裂。均勻性和數字本身一樣重要。

又称
packing densityrelative green density生坯相對密度