日用陶瓷成型技术进展

作者：许爱民，曾令可

---

来源：中国知网  发布时间：2013-7-23

【摘 要】：主要介绍了日用陶瓷从古至今的主要成型技术以及具有较大进展和应用前景的成型技术。
【关键词】：日用陶瓷，成型，进展
引 言

  中国是世界上几个历史悠久的文明古国之一，对人类社会的进步与发展作出了许多重大贡献。在陶瓷技术与艺术上所取得的成就，尤其具有特殊重要意义。在中国，制陶技艺的产生可追溯到纪元前 4500 年至前2 5 0 0 年的时代，而早在欧洲掌握制瓷技术之前一千多年，中国已能制造出相当精美的瓷器。因此要了解陶瓷成型技术的进展，首先就应该了解中国古代陶瓷成型技术。
1 中国古代陶器成型技术

  古代陶器的成型方法由简单的手制到轮制, 其间经历了捏塑法、泥片盘筑法、模制法和轮制法等几种。这些制作方法在原始瓷器上也可见到，在瓷器制作时主要已采用轮制法，当然，也有捏塑和模制法制作。

1、捏塑法也可以称为直接成型法。在新石器时代，小件陶器的成型，多用手捏塑而成，没有经过泥片或泥条的中间形式，即没有以泥片或泥条作为中介，直接将整坨泥料捏塑成坯体，这是一种相当原始的成型方法。这种陶器制作不规整，指印痕明显。

2 、泥条盘筑法多为较大型器，用坯泥搓成泥条，然后自下而上一圈一圈盘筑起来成型一件器物，内外用手抚平，需要纹饰者再在器物表面刻画或绘画。新石器时代大量陶器和商代部分原始瓷器都用这种方法成型。

3 、慢轮修整是轮制法的初级成型，比捏塑法和泥条盘筑法等工艺要进步得多，形状为一轮盘，将土坯置放于转盘之上，转盘中心有轴，制作时，利用轮盘的惯性旋转和坯泥的离心力，缓慢地对器坯进行修整，这种制作方法可能经历了较漫长的时期。在快轮修整制作法出现后，这种方法渐次淘汰，因为快轮修整的转盘转速加快以后，提高了产品的质量，也提高了劳动生产率。从用途上看，慢轮修整无法拉坯成型，而快轮修整则可以轻而易举地拉坯成型，因此这是一个飞跃的发展。现有的考古资料表明，新石器时代用快轮制陶的地区很多，而黄河流域是快轮制陶最为发达的地区。从新石器时代开始，中国许多陶业发达的地区都已采用快轮制陶，以后逐渐在原始青瓷和瓷器上采用手工快轮制作，这种方法经历了数千年的历史。
2 中国古代瓷器成型技术

  成型是制作瓷器的第一步，瓷土经过一系列的粉碎、淘洗等过程，成为已制备好的坯料，然后根据各自的需要制成具有一定形状和尺寸的形体即工艺上所称的坯件。古时候瓷器成型的方法很多，如修坯成型、拉坯成型、手工捏塑成型、模具压印成型等。修坯成型（又称利坯成型）是一种古老的传统轮制手工操作方法（称琢器成型）。制坯程序是，先将瓷泥做成粗坯（拉坯成型也称做坯）等干燥后，再放置在修坯车上用刀具将粗坯修成所需要厚薄的各式中空形体。拉坯成型是大家十分熟悉的一种传统成型方法，与陶器的制作一样，把要制成圆形制品如碗、盘、碟等坯料置于陶车中央，转动车盘，双手按泥，根据手的屈伸收放拉出器坯。拉坯成型的器坯还要经过利坯（也称旋坯），因为坯体粗厚不平整，必须进行旋削，经过在陶车上用刀旋削，胎体厚度适当，表里平整。另外，对干燥的坯体，一般要进行外型的修平、磨光、挖足等工艺过程，传统修坯工艺都是手工操作。
3 现代日用陶瓷成型技术

  日用陶瓷工业与其它工业产业一样在 2 0 世纪上、中叶因受诸多因素的影响而处于缓慢发展阶段，直到上世纪下叶，陶瓷工业才进入稳步、快速发展时期。新工艺、新技术逐步渗透到日用瓷生产的坯釉制备、坯体成型、坯体干燥、施釉、坯体素烧、釉烧等各工序。这些新工艺、新技术在日用陶瓷工业中的应用促进了产品质量和产量的提高，并有助于日用瓷生产自动化的实现。现代日用陶瓷的成型工艺比古代先进得多，根据坯料的性能和含水量的不同，主要可以分为：可塑成型法、注浆成型法和压制成型法。
3.1 可塑成型法

（1）旋压成型 旋压成型是日用陶瓷的常用成型方法之一。它主要利用作旋转运动的石膏模与只能上下运动的样板刀来成型。
（2）滚压成型 滚压成型是由旋压成型演变过来的，滚压与旋压不同之点是把扁平的样板刀改为回转型的滚压头。
（3）塑压成型 塑压成型是 20 世纪 70 年代在美国日用陶瓷生产中开始使用的一种新型成型方法。8 0年代后期国内瓷厂在唐山瓷区首先使用。此方法成型原理是利用液压机将上下工作模中的可塑泥饼挤压成型，然后再对下工作模中通入压缩空气使其脱离下工作模，再将上下工作模分离，然后向上工作模内进行充气使坯体脱离上工作模落入托板上，再进行干燥处理而获得半成品坯体。影响塑压成型的因素很多，主要有：①塑压模的致密度。要求塑压模的强度高，致密度不能太高。②塑压模的透气性。要使模具具有所需的透气性。③模具的尺寸、形状和定位要严格控制。从表 1 中我们可以看出：①旋压成型操作要求高，制品变形率高（主要是由于旋压成形要求坯泥的含水量稍高（以求排泥阻力小些）、成型时，与样板刀接触的坯体表面不光滑，这就不得不在成型赶光阶段添加水分来赶光表面、成型的排泥是混乱的等造成的），这些都造成旋压成形将逐渐退出历史的舞台。②滚压成型是当今大多数日用瓷厂都采用的成型方法，但石膏模消耗大，且又由于石膏模质量问题，使素坯表面必须水修，影响产品质量，所以可发展多孔塑料模代替石膏模。③塑压成型的产品质量好，又可成型各种异形产品，是一种很有发展前景的成形技术，但塑压成型对模具的要求很高，所以我们要加大对模具的研究，使塑压成型成为一种实用的成型技术。

表 1 各种可塑成型方法比较

3.2 注浆成型法
  注浆成型分空心注浆和实心注浆两种。
（1 ）空心注浆
空心注浆是将泥浆注入预先制好的石膏模内，根据坯体需要的厚度，按测定泥浆凝固的时间，到时将多余的泥浆倒出，成型空心的造型坯体。等石膏吸附的坯体失去部分水分，坯体收缩，并有一定的强度，脱离石膏模后，开模（脱模）取出，放入烘房中干燥处理，再加修整即成，如壶、罐、瓶类造型及雕塑等异形产品，均可采用此种成型方法。
（2 ）实心注浆
实心注浆与空心注浆不同的是，它根据产品的需要制成内外合模。泥浆注满内外合模之间，没有多余的泥浆。它可以按需要制成不同厚薄的坯体，并可避免变形。但此方法比空心注浆难度大。主要是由于泥浆中的气体不易从坯体中排除，泥浆难于注满，且易出现泡孔，故多用真空注浆和压力注浆等方法，如调羹（针匙）、鱼盘（长盘）等，均可用此种成型方法。
3.3 压制成型法

  压制成型法在日用陶瓷成型中运用最多的是干压成型法，干压成型法是将粉料中加入一定量的有机粘

表 2 空心注浆与实心注浆对泥浆的要求比较

接剂，而后注入钢模，在压力机上加压形成具有一定形状的坯体。干压成型法对粉料的要求：①要尽量提高粉料体积密度，以降低其压缩比，②流动性要好，成型压制时颗粒间的内摩擦要小，③对粉料要进行造粒处理而且从最紧密堆积原理出发，颗粒要级配，细粉要尽可能少，用以减少空气含量，并降低压缩比、提高流动性，④在压力下易于粉碎，⑤水分要均匀。
  从表 3 中我们可以看出：各种成型方法都反应了一个共同的问题：模具。石膏模有强度低、使用寿命短、质量差的致命弱点，因此，开发新的模具材料，制作出既能保持石膏模具的优点，又有石膏模具所不具备的高强度、耐磨、耐热等特性的模具，就成了亟待解决的重要课题。国外在替代石膏的新材质模具方面，己进行了多年的研究工作，研究方向主要集中在高压注浆用模具方面，而其它成型方法方面的研究很少，这就要求我们加大研究力度，彻底解决成型中的模具问题。
4 日用陶瓷成型工艺新进展

  目前日用陶瓷成型工艺除已有的滚压成型、注浆成型和塑压成型外，具有较大进展和应用前景的尚有等静压成型、高压注浆和微波注浆成型，激光快速成型则正处于研制与完善之中。
4.1 等静压成型

  等静压成型的理论基础是根据帕斯卡原理关于液体传递压强的定律。将待压制的粉料封装在所规定形状的塑性模套中，置入盛有流体介质的密闭容器中，而后对流体介质加压，压强作用到包套形体各表面，粉料各方向均等受压，最终得到形状同包套模腔相同的制品，制品的尺寸由粉料的可压缩性和压力的大小来决定。等静压成型自 7 0 年代未德国将其用于日用陶瓷生产以来，目前在德国已普遍采用，并已开始普及到欧美和其他国家，大有压倒滚压成型之势。等静压成型具有如下几方面优点：坯体均匀、致密且强度较高，坯体规整度好，成品率高，可免去干燥工艺而直接烧成，缩短生产周期；等静压成型机可与自动修坯机以及坯体自动码放装置紧密衔接而形成联动流水作业线；等静压成型机上还装有成型模具自动清理装置以免引起颗粒粘附。等静压成型的最大特点是：产量大、质量好、产品规格一致、取消了石膏模和干燥工序、能适应于多种产品的生产等，因而深受生产厂家的欢迎。最近，德国内茨(Netzsch)公司又革新了换模装置，使换模时间在几分钟之内即可完成，并新增了模具自动填充调整装置和自动模具清洁装置等，进一步提高了成型效率及产品质量。

表 3 各种成型方法比较

表 4 等静压成型与干压成型的比较

  从表 4 中我们可以看出，由于干压成型时是机械力作用在钢模后再传至坯料，所以模具磨损大，坯体压力和密度分布不均匀易产生分层和剥离等缺陷，且要加压几次，成型时间较长，而等静压成型是机械力通过液体介质施于软模，再均匀传至坯料，所以模具几乎没有什么磨损。所以说等静压成型是一种非常有应用前景的成型技术，它的推广应用必将促进中国日用陶瓷工业的蓬勃发展。
4.2 压力注浆成型

  从实验研究中注浆成型泥浆压力越大，成型速度越快。这就是压力注浆成型工艺开发的依据，其直接的目的就是要提高成型速率。压力注浆成型实际上是一个过滤过程。起过滤材料作用的就是孔塑料模具。注浆过程中泥浆颗粒运动到模具工作面，并依次沉积，形成一定强度的坯体。多孔塑料模具为水分的排除而提供通道，并赋予产品一定的形状。压力注浆成型的应用促进了日用陶瓷注浆成型实现自动化，并可提高注浆成型的稳定性。压力注浆成型与普通注浆成型一样既可完成空心注浆又可实现实心注浆。压力注浆成型的优越性主要体现在以下几方面：可以实现注浆成型过程的自动控制和自动纪录；有助于显著提高产品质量，增加产量；可保证产品具有清晰的外形轮廓和均匀的致密度；因压力注浆成型中以新型合成树脂模具取代了传统的石膏模型，所以不会因储放石膏模型而占用大量的生产面积和生产空间，同时也可避免石膏残渣对陶瓷坯体的污染。
4.3快速成型(Rapid Prototyping,简称RP)

  快速成型技术不同于传统成型加工方法，其原理是先将 C A D 生成的二维实体模型通过分层软件分成许多细小薄层，获得每个薄层的二维数据信息。每个薄层截面的二维数据用于驱动控制激光光束，扫射混有光敏树脂液的陶瓷浆料，使其固化，逐层固化的薄层“片片”累积，最后生成所需的实体原型。快速成型技术根据其“积层”形式的不同，又可分为若干种。日前，比较成熟的在日用陶瓷成型中具有应运前景的是激光快速成型（SlS）。选区激光烧结快速成型技术是使用激光束熔化或烧结粉末材料，利用分层的思想，把计算机中的 C A D 模型直接成型为二维实体器物。其创新之处在于将激光、光学、温度控制和材料相联系。烧结过程可分为三部分:

（1 ）首先在粉体床上铺一薄层粉体，并压实，可以根据需要，在激光烧结前进行预热;

（2 ）激光照射粉体层，烧结粉体，形成所设计器物一层的形状;

（3 ）粉体床下降一个薄层厚度的距离，重复上而的过程，直到原型零件完成。S1S 对粉末烧结的优势在于: 材料适应而广，不仅用于制造塑料零件，还能制造石蜡、金属等材料; 工艺无需支撑，简单; 烧结路线、烧结温度便于控制，易于实现液相烧结，烧结周期比较短; 材料利用率高，具有高度的柔性，零件构建时间短，使得其具有吸引力。
S 1 S 烧结的基理可分为三个界限不是很明显的阶段:

（1 ）开始阶段—颗粒间的原始接触点或接触面转变成晶粒结合，通过形核，长大等原子迁移过程形成烧结颈;

（2）中间阶段—烧结颈长大阶段，烧结颈的长大，颗粒间的距离缩小形成连续孔隙网络，晶粒随之长大，晶界越过孔隙移动，孔隙开始大量消失，密度强度增高;

（3 ）最终阶段—闭孔隙球化和缩小阶段，此阶段延续时间长，仍有少量残留的隔离小孔隙不能被消除。这种成型方法是 1 9 8 5 年由美国首先研制成功的，1 9 9 1 年投入实际应用，最初是用来制作模型，其后试用于高技术陶瓷零部件的成型。此法对坯料性能要求较高，1 9 9 6 年新加坡率先将此法试用于餐具上。这种新的快速成型方法是机电一体化与激光技术应用于陶瓷工业的最新高科技成果，一旦全面推广，将会是陶瓷成型工艺的重大突破。
5 结 论

  日前，中国日用陶瓷大都使用冷滚压工艺，这样对泥料塑性和水分要求严，因此需要研究提出一个恰当指标反映泥料的塑性，应逐渐改用热滚压工艺。对成型工艺一般生产不要追求自动化程度高的生产线，可以采用现在通用的滚压成型机和链式干燥配套，但一定要把成型中各道工序连续起来，减少中间断开，一次生产出上釉的白坯，这样既保证连续生产，又可减少半成品破损。注浆工艺可以吸取卫生洁具行业的技术，高压注浆、管道注浆等，国外还有微波注浆、激光快速成型，但这些方法都处于研究阶段。继续开发完善塑压成型技术，增加吸水工序和等静压成型技术，主要是改善釉面质量、消灭针孔。中国日用陶瓷工业在解放后取得了飞速发展，但目前在若干方面仍与世界先进水平有不少差距，中国陶瓷出口贸易额占世界陶瓷贸易总额的比例还很低。今后，要进一步开展陶瓷工艺技术的研究，利用现代的科学理论和分析化验设备研究总结中国陶瓷生产的经验，使这一具有民族特色的传统技艺得到进一步的提高和发扬。
 

参 考 文 献
[1]李家驹主编.陶瓷工艺学,中国轻工业出版社. 2001
[2]陆明华著.中国陶瓷,上海外语教育出版社. 2002
[3]李文杰.广西桂林甑皮岩遗址陶器的成型工艺, 文物春秋.2005年第6期
[4]吴基球.国外日用陶瓷工艺技术现状及发展趋势, 河南建材.2001年1期
[5]梁善良.运用塑压机成形大型件陶瓷产品的研究,山东陶瓷.2005年6月第28卷第3期
[6]张兰芝.日用陶瓷注浆成型方法漫议,陶瓷科学与艺术.2005.1
[7]P.G..Bezdenezhnykh.A METHOD OF FORMING OFCERAMIC PARTS, EQUIPMENT，MECHANIZATION，AND AUTOMATION OF PRODUCTION.UDC 666.3.032.6
[8]李雨苍.日用陶瓷产品的质量鉴别与选购与陶瓷造型,景德镇陶瓷.2002年第12卷第3期
[9]刘兴国.等静压技术在陶瓷工业的应用,Hebei Ceramics.Total No.99,1997
[10]Yuhong LIU.Deformation Behavior of Hot IsostaticPressing FGH96 Superalloy,Transactions of TianjinUniversity.Vol.12No.4Aug.2006
[11]李 转.国内卫生陶瓷高压注浆成形技术应用现状及发展趋势,陶瓷. 2006. No. 1
[12]吴基球.快速成型技术在日用陶瓷新产品开发中的应用探讨,中国陶瓷.2003年12月第39卷第6期
[13]贾立红.选择性激光烧结陶瓷粉末机理初探,装备制造技术.