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中国精密陶瓷产业环保减排的工艺改进与展望

文章出处:wzfb1234 人气:发表时间:2017-07-27 14:10

中国精密陶瓷产业环保减排的工艺改进与展望
      据央视透露,中国在两三年内将对碳气体排放实施征收碳税的政策。作为碳排放大户的钢铁、火电、精密陶瓷业将首当其冲受到影响,届时将大大地增加这些企业的生产成本和降低其产品的市场竞争力。但是绿色减排、减缓全球气温上升已是全球所有国家的共识、责任和义务。为了达成减排目标,欧盟多年前就已经开征了'碳排放税'(简称:碳税)。  
      在此,我们主要探讨精密陶瓷业在碳税政策下应如何改进生产工艺以及环保对策,确保我们的产品既符合环保减排政策又能保持或提升产品的市场竞争力。     在精密陶瓷行业中,碳排放主要来源于产品成型时使用的粘结剂或称粘合剂。它们大多是含碳的有机化合物,并在排塑和烧结过程中分解排出形成碳排放。
    精密陶瓷零件
                                         精密陶瓷照片
    目前国内精密陶瓷或特种陶瓷批量化生产主要使用的成型方法及其碳排放量
   1.钢模压制成型  其成型方法是将含有少量粘结剂或称增塑剂的、具有一定粒度配比的陶瓷粉末放入钢模中在液压机上压制成具有一定形状的和具有一定密度的胚体。其胚体中有机粘结剂含量一般在3~5%左右。成型压力一般为40~100MPa。钢模压制成型一般适合形状简单、尺寸较小的制品。其优点是易于实现连续生产的自动化和较低的碳排放,所以在工业生产中得到较大的应用。缺点:胚体密度不均匀,依赖压力的不同胚体的密度一般为40~50%左右。碳排放量约为3~5%左右。
    2.等静压成型  其成型方法是通过施加各向同等高强压力而使陶瓷粉料一边压缩一边成型的方法。等静压力达300MPa。通常先用钢模压制法预压胚体再实施等静压二次压制得到较高密度的陶瓷胚体,其密度可达60%。与钢模压制相比,等静压成型有以下优点:能压制具有凹形、空心、细长件以及其它复杂形状的零件;因为成型压力是从各个方向传递,压胚密度分布均匀、压胚强度高;压制模具制作方便,寿命长,成本低;碳排放量与钢模压制产品相近。缺点:压胚尺寸与形状不易精确控制,生产效率较低,而且设备投资大,操作工艺较复杂,成型是在高压下操作,容器及其它高压部件需要特别防护措施。碳排放量约为3~5%左右。
    3.热压注射成型  陶瓷注射成型(Ceramic Injection Molding,CIM)是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种制备陶瓷零部件的新工艺。陶瓷精密注射成型的制造过程主要包括四个环节:(1)注射喂料的制备:将合适的有机载体与陶瓷粉末在一定温度下混炼、干燥、造粒,得到热塑性注射用喂料;(2)注射成型:混炼后的注射混合料于注射成型机内被加热转变为粘稠性熔体,在一定的温度和压力下高速注入金属模具内,冷却固化为所需形状的坯体,然后脱模;(3)脱脂:通过加热或其它物理化学方法,将注射成型坯体内的有机物排除;(4)烧结:将脱脂后的陶瓷素坯在高温下致密化烧结,获得所需外观形状、尺寸精度和显微结构的致密陶瓷部件。  陶瓷注射成型工艺具有一系列突出的优点:(1)成型过程机械化和自动化程度高、生产效率高、成型周期短、坯件强度高,生产过程中的管理和控制也很方便,易于实现大批量、规模化生产;(2)可近净成型各种几何形状复杂及有特殊要求的小型陶瓷零部件,使烧结后的陶瓷产品无需进行机加工或少加工,从而减少昂贵的陶瓷加工成本;(3)成型出的陶瓷产品具有很高的尺寸精度和表面光洁度。因此,这种技术在国内外得到广泛的研究和应用,特别是对尺寸精度高、形状复杂的陶瓷制品的大批量生产,采用陶瓷粉末注射成型最有优势。   
 陶瓷精密注射成型的胚体中热塑性有机聚合物的含量会因应陶瓷粉末的粒径分布不同而有差异,但总体来说约为13~18%左右。在碳排放方面,若仅使用热脱脂,碳排放量将是钢模压制成型和等静压成型的4~6倍,这也是陶瓷热压注射成型的主要缺点。
   应该说明的是虽然钢模压制成型和等静压成型技术在碳排放方面有明显优势,但在异形精密陶瓷的制造上并不能也不可能替代热压注射成型。反而由于陶瓷注射成型突出的技术优点,被美国、德国等发达国家列为重要的‘国家关键技术’而广泛应用
    棱柱形精密陶瓷零件
                                     精密陶瓷照片

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