一種水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品的成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品的成形方法。該方法利用水泥與水混合時(shí)發(fā)生水化反應(yīng)，導(dǎo)致材料凝結(jié)并原位固化的特性，將“分層制造，疊加成形”的增材制造技術(shù)原理應(yīng)用于水泥制品的成形，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字化設(shè)計(jì)到數(shù)字化直接制造的轉(zhuǎn)變，可較好解決水泥或水泥基復(fù)合材料精制品的成形問題，實(shí)現(xiàn)尺寸精度要求較高，當(dāng)前水泥成形技術(shù)難于甚至無法制作的具有復(fù)雜外形、復(fù)雜內(nèi)腔、鏤空或疊套結(jié)構(gòu)的精細(xì)制品的直接成形。特殊地，將以鋁酸鹽水泥或磷鋁酸鹽水泥為基材，陶瓷原料粉為主要填充料成形的水泥基復(fù)合材料精制品作為生坯件，放入燒結(jié)爐并按陶瓷燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)，即可獲得以陶瓷相為主的陶瓷精制品。
【專利說明】一種水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品的成形方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷制品成形【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品的成形方法。

【背景技術(shù)】
[0002]水泥(粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料)及陶瓷制品廣泛用于社會(huì)生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。
[0003]常見的水泥制品成形方法主要包括:預(yù)混澆鑄法、直接噴射法、噴射真空脫水法、預(yù)混加壓法、預(yù)混擠出法、層鋪法等。其中:預(yù)混澆鑄法，主要適于制造壁厚較厚的小型異型樣品；直接噴射法，主要適于制造平板、波瓦等外形簡單、面積較大的制品；噴射真空脫水法，主要適于制造要求立即脫模的制品；預(yù)混加壓法，主要適于制造復(fù)雜的表面圖案的制品；預(yù)混擠出法，主要適于制造表面較復(fù)雜的異形細(xì)長制品；層鋪法，主要適于制造形狀簡單的制品。
[0004]上述方法的共同之處在于:必須預(yù)先按照成形后產(chǎn)品的形狀制作相應(yīng)的模型，然后以不同的方式將混合好的水泥漿灌注進(jìn)模型，待水泥漿凝固后再脫去模型，獲得產(chǎn)品。上述方法適于制造形狀不太復(fù)雜，尺寸精度要求不很高(毫米級(jí))的水泥制品，如:大型構(gòu)件(構(gòu)筑物)、井蓋、涵管、波瓦及面磚等。
[0005]陶瓷制品的發(fā)展歷史漫長，種類繁多，與不同原材料或不同用途陶瓷相對應(yīng)的成形方法也難以盡數(shù)。就大類而言，可劃分為傳統(tǒng)陶瓷制品成形方法和近年來新出現(xiàn)的陶瓷制品成形方法。
[0006]傳統(tǒng)的工業(yè)陶瓷制品成形方法包括:可塑法成形、注漿法成形和壓制法成形等三大類別。
[0007]可塑法成形的特點(diǎn)是:在坯料中加入一定量的水和塑化劑，使坯料成為有良好塑性的料團(tuán)，然后利用外力的作用使可塑坯料發(fā)生塑性變形而制成坯體。可塑法成形還可細(xì)分為:擠壓、刀壓、滾壓、車坯、軋模等小類。
[0008]注漿法成形在石膏模中進(jìn)行。石膏模具多孔且吸水，能很快吸收陶瓷漿料中的水分，達(dá)到成形的目的。注漿法包括:空心注漿、實(shí)心注漿和熱壓注漿。
[0009]壓制法成形又稱粉料成形法，是將含有一定水分和添加劑的粉料，用較高的壓力在金屬模具中壓制成形。在壓制成形的過程中，隨著壓力的增加，粉料顆粒產(chǎn)生移動(dòng)和變形，逐漸靠攏，粉料中的氣體被同時(shí)擠出，模腔中松散的粉料形成較密實(shí)的坯體。
[0010]近年來新出現(xiàn)的陶瓷成形方法有:陶瓷直接凝固注衆(zhòng)成形(direct coagulat1ncasting,簡稱DCC)、注凝成形、注射成形和3D打印(增材制造)成形。
[0011]DCC是90年代發(fā)展起來的一種全新的陶瓷成形新概念，成形過程是由高分散濃懸浮體直接原位凝固成坯體，且液-固轉(zhuǎn)換過程幾乎沒有體積收縮。
[0012]根據(jù)膠體化學(xué)DLVO理論,在濃懸浮液中引入生物酶,通過控制酶(enzyme)對底物(substrate)的催化分解反應(yīng)即可改變泥衆(zhòng)的pH值,或通過增加表面電荷相反的離子的濃度壓縮雙電層，達(dá)到懸浮液原位凝固的目的。通過加入分散劑制備高固相含量的低粘度?IPa.m)陶瓷泥漿以及引入生物酶控制泥漿凝固過程是DCC成形的兩個(gè)關(guān)鍵。泥漿注入非多孔性模具后通過改變溫度引發(fā)酶催化反應(yīng)，從而改變泥漿PH值至等電點(diǎn)或增加表面電荷相反的離子濃度，使泥漿凝固，將液態(tài)懸浮液凝固為固態(tài)坯體。凝固時(shí)間取決于酶的加入量和泥漿溫度，凝固后的坯體經(jīng)脫膜干燥后，直接燒結(jié)，無需排膠過程。
[0013]DCC可用于生產(chǎn)高度均勻、形狀復(fù)雜的陶瓷部件，用其成形的陶瓷坯體具有良好的燒結(jié)性能和均勻的顯微結(jié)構(gòu)。
[0014]陶瓷注凝成形的基本組分是陶瓷原料粉體、有機(jī)單體、聚合催化劑、分散劑和溶齊U。根據(jù)使用溶劑的不同，注凝成形分為水基和非水基注凝成形。
[0015]注凝成形是在懸浮介質(zhì)中加入乙烯基有機(jī)單體，然后利用催化劑和引發(fā)劑通過自由基反應(yīng)使有機(jī)單體進(jìn)行交聯(lián)，坯體實(shí)現(xiàn)原位固化。其顯著優(yōu)點(diǎn)是漿料固體含量高(一般不低于50vol%),坯體強(qiáng)度高，便于機(jī)械加工，這對難加工的陶瓷材料來說往往具有十分重要的意義。此法的缺點(diǎn)是致密化過程中坯體的收縮率比較大，導(dǎo)致坯體彎曲變形，且所使用的有機(jī)單體有毒性，反應(yīng)氣氛不易控制。
[0016]陶瓷注射成形技術(shù)通過加入一定量的聚合物及添加劑組元并微熱，賦予陶瓷原料粉末與聚合物相似的流動(dòng)性，在壓力下將料漿注滿金屬模中，冷卻后脫坯得到坯件。它能以低成本生產(chǎn)大批量復(fù)雜形狀的高性能零件，具有很多特殊的技術(shù)和工藝優(yōu)勢:與傳統(tǒng)陶瓷成形技術(shù)相比，原材料利用率高，可快速自動(dòng)地進(jìn)行批量生產(chǎn)，可制備體積小、形狀復(fù)雜、尺寸精度高的異形件，生坯密度均勻，燒結(jié)產(chǎn)品性能優(yōu)越，在一定程度上克服了傳統(tǒng)干壓法成形產(chǎn)品存在的密度、組織和性能不均的現(xiàn)象；與注漿技術(shù)相比，注射成形技術(shù)提高了零件精度，避免了漿料成分偏析的問題，提高了生產(chǎn)效率。此外由于注射成形是一種近凈尺寸成形工藝，不需后續(xù)加工或只需微量加工，大大降低了生產(chǎn)成本。在注射成形基礎(chǔ)上發(fā)展起來的陶瓷精密注射成形方法，更是由于其突出的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，被美國等發(fā)達(dá)國家列為重要的國家關(guān)鍵技術(shù)。
[0017]3D打印(增材制造)成形技術(shù)的概念始于20世紀(jì)70年代末。90年代初，美國Texas大學(xué)提出了自由成形制造的成形思想并應(yīng)用于陶瓷領(lǐng)域。3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)成形思想的限制，是一項(xiàng)基于生長型的成形方法。其成形過程是先由CAD軟件設(shè)計(jì)出所需零件的計(jì)算機(jī)三維實(shí)體模型，然后按工藝要求將其按一定厚度分解成一系列二維截面，即把原來的三維電子模型離散為二維平面信息；再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，加入加工參數(shù)，生成數(shù)控代碼，在計(jì)算機(jī)控制下，加工設(shè)備以平面方式有順序地連續(xù)加工出每個(gè)薄層并疊加形成三維部件。在陶瓷領(lǐng)域，3D打印成形又可分為:噴膠黏粉三維打印、材料微滴噴射三維打印、選區(qū)激光燒結(jié)、熔融沉積、立體光刻等。綜合來看，這些技術(shù)具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn):高度柔性，復(fù)雜構(gòu)件快速成形等。
[0018]綜上所述，陶瓷制品成形中存在的困難和問題可歸結(jié)為:復(fù)雜形狀制品制作模具的制模與脫模，生坯件干燥過程中的變形，壓制成形難以避免的坯料內(nèi)部密度梯度(不均勻)，坯件燒結(jié)時(shí)體積收縮導(dǎo)致的制成品尺寸變化及尺寸精度控制，現(xiàn)有3D打印成形設(shè)備、材料價(jià)格過高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明提供了一種水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品的成形方法。
[0020]本發(fā)明所述的水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品，特指形狀或結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，尺寸精度要求較高(百微米級(jí)及百微米以下級(jí))的水泥基復(fù)合材料及陶瓷制成品。
[0021]受現(xiàn)有制模與脫模技術(shù)的約束，水泥制品的形狀不可能設(shè)計(jì)得十分復(fù)雜，從而大大限制或縮小了其應(yīng)用范圍，尤其難于甚至無法制造本發(fā)明所及的水泥或水泥基復(fù)合材料的精制品。
[0022]除受現(xiàn)有制、脫模技術(shù)的約束外，陶瓷制品的成形尺寸還受到坯件內(nèi)水分蒸發(fā)后的裂紋與變形(干燥收縮)、燒結(jié)過程中膠合物脫除后產(chǎn)生的體積收縮(燒成收縮)等因素的負(fù)面影響。
[0023]本發(fā)明利用水泥與水混合后發(fā)生水化反應(yīng)并產(chǎn)生原位固化的特性，將“分層制造，疊加成形”的增材制造(3D打印)技術(shù)原理應(yīng)用于水泥制品的成形，其有益效果是:
1、實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字化設(shè)計(jì)到數(shù)字化直接制造的轉(zhuǎn)變，可較好解決水泥或水泥基復(fù)合材料精制品的成形問題，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前水泥成形技術(shù)難于甚至無法制作的復(fù)雜外形、復(fù)雜內(nèi)腔、鏤空或疊套結(jié)構(gòu)等精細(xì)制品的直接成形；
2、由于所述材料的凝結(jié)是基于水泥與水發(fā)生水化反應(yīng)所產(chǎn)生的原位固化，大大減少了干燥和燒結(jié)過程中，陶瓷坯件內(nèi)水分、膠合物等占位脫除物對成形件尺寸的影響；
3、陶瓷坯件生成后，還可根據(jù)需要對其進(jìn)行高精度切削或數(shù)控加工，提高生坯件的尺寸精度，實(shí)現(xiàn)陶瓷產(chǎn)品冷加工的前移，有效解決了冷加工困難的難題，在實(shí)現(xiàn)近凈尺寸成形的同時(shí)，減少了加工成本；
4、本發(fā)明所采用的成形裝置，未使用激光器、激光振鏡系統(tǒng)，無溫度場、真空度及氣氛保護(hù)等方面嚴(yán)格控制的要求，故與其它相關(guān)的3D打印成形方式相比，無論設(shè)備還是材料都極具價(jià)格優(yōu)勢。
[0024]本發(fā)明采用圖1給出的技術(shù)方案I的框圖所對應(yīng)的過程，實(shí)現(xiàn)水泥、水泥基復(fù)合材料精制品成形。
[0025]請參閱圖1，所述的技術(shù)方案分為以下步驟:
1、將待制品的三維設(shè)計(jì)圖形離散成為一系列二維的水平截面圖形，并輸入成形裝置控制電腦；
2、將水泥或水泥基復(fù)合材料、凝結(jié)劑等原材料載入成形裝置；
3、成形裝置內(nèi)的鋪粉機(jī)構(gòu)將粉末狀原材料攤鋪成平整且厚度約0.1mm的均勻薄層；
4、成形裝置內(nèi)的噴頭或噴頭組陣列向上述粉料薄層上對應(yīng)于待制品截面實(shí)體部分的特定區(qū)域噴射凝結(jié)劑，被凝結(jié)劑浸潤的粉末材料產(chǎn)生水泥水化反應(yīng)，在短時(shí)間內(nèi)凝結(jié)并原位固化，形成待制品某一高度上相應(yīng)截面的薄層；
5、上述3和4兩步驟將重復(fù)進(jìn)行，直至待制品成形過程全部完成；
6、從成形裝置內(nèi)取出成形工件；
7、根據(jù)需要清理成形工件表面或進(jìn)行后處理；
8、將成形工件置于潮濕處，使之繼續(xù)后固化以達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度；
9、根據(jù)需要，對成形工件進(jìn)行拋光、噴漆、彩繪等適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚怼?br> [0026]本發(fā)明采用圖2給出的技術(shù)方案II的框圖所對應(yīng)的過程，實(shí)現(xiàn)陶瓷精制品成形。
[0027]請參閱圖2，所述的技術(shù)方案分為以下步驟: 1、將待制品的三維設(shè)計(jì)圖形離散成為一系列二維的水平截面圖形，并輸入成形裝置控制電腦；
2、將鋁酸鹽水泥或磷鋁酸鹽水泥、以陶瓷原料粉為主的填充料和凝結(jié)劑等原材料裝載入成形裝置；
3、成形裝置內(nèi)的鋪粉機(jī)構(gòu)將粉末狀原材料攤鋪成平整且厚度約0.1mm的均勻薄層；
4、成形裝置內(nèi)的噴頭或噴頭組陣列向上述粉料薄層上對應(yīng)于待制品截面實(shí)體部分的特定區(qū)域噴射凝結(jié)劑，被凝結(jié)劑浸潤的粉末材料產(chǎn)生水泥水化反應(yīng)，在短時(shí)間內(nèi)凝結(jié)并原位固化，形成待制品某一高度上相應(yīng)截面的薄層；
5、上述3和4兩步驟將重復(fù)進(jìn)行，直至待制品成形過程全部完成；
6、從成形裝置內(nèi)取出成形完畢的陶瓷坯件；
7、根據(jù)需要清理陶瓷坯件表面或進(jìn)行后處理；
8、將陶瓷坯件置于潮濕處，使之繼續(xù)后固化以達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度；
9、可根據(jù)需要對生坯件進(jìn)行高精度切削或數(shù)控加工，提高生坯件的尺寸精度，實(shí)現(xiàn)近凈成形；
10、將已達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度的陶瓷坯件放入陶瓷燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，最終完成陶瓷精制品的制造。
[0028]本發(fā)明所述的水泥，其特征是:包括硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥、磷鋁酸鹽水泥和各種顏色水泥在內(nèi)的各類水泥。
[0029]本發(fā)明所述的水泥基復(fù)合材料，其特征是:
1、為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品某些特性，在水泥中添加適量填充料(如:骨粉、各類石粉、陶瓷原料粉等)或增強(qiáng)料(如:碳纖維、玻璃纖維、礦物纖維等)后形成的復(fù)合材料；
2、所述的填充料的粒徑不超過50微米；
3、所述的增強(qiáng)料的長度不大于120微米，不小于40微米，長度不超過90微米的比例大于等于90% ；
4、制作陶瓷精制品的專用填充料主要為陶瓷原料粉，包括粘土礦物、石英、長石等天然陶瓷原料粉和用物理、化學(xué)手段制得的氧化物、氮化物、碳化物等人工合成陶瓷原料粉；
5、上述陶瓷原料粉粒徑不超過20微米。
[0030]本發(fā)明所述的噴頭，其特征是:可向特定區(qū)域定量噴射皮升(PL，非國際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位，I皮升=1000立方微米)級(jí)凝結(jié)劑的噴頭；該噴頭可由若干個(gè)噴嘴組成陣列，以提高產(chǎn)品成形速度。
[0031]本發(fā)明所述的噴頭，其特征是:可隨與其固聯(lián)的機(jī)架一道在水平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的位置移動(dòng)。
[0032]本發(fā)明所述的粉末狀水泥或水泥基復(fù)合材料薄層，其特征是:用鋪粉裝置將粉末狀水泥或水泥基復(fù)合材料均勻地?cái)備伋珊穸仍?.1mm左右的水平薄層。
[0033]本發(fā)明所述的“平鋪于水平面上的粉末狀水泥或水泥基復(fù)合材料薄層上特定區(qū)域”，其特征是:該特定區(qū)域特指待制成品三維圖形與水平面相交所形成的截面中，對應(yīng)于待制成品實(shí)體部分的區(qū)域。
[0034]本發(fā)明所述的凝結(jié)劑，其特征是:由適量的水、水玻璃、著色劑和液態(tài)水泥速凝劑混合而成。
[0035]本發(fā)明所述的凝結(jié)劑，其特征是:在使用鋁酸鹽水泥或磷鋁酸鹽水泥時(shí)，液態(tài)水泥速凝劑的添加量可酌減，直至為零。
[0036]本發(fā)明所述的水泥、水泥基復(fù)合材料的成形，是基于水泥與水之間發(fā)生的水化反應(yīng)，其特征是:水泥水化反應(yīng)是材料凝結(jié)乃至水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品成形過程的基本化學(xué)反應(yīng)，該過程的化學(xué)方程式表達(dá)，與所用水泥的類型相關(guān)，例如:
1} SCaO-S12-H^CBO-S1-1YH2O (凝膠)-Ca (OH) Ξ ; >.2} 2C?0'Si02*H20-^CaO-StO21YH2O f?R) -Ca COH) ；,.3} BCaO'Al203-6H；0^3C80.Al2O2^SH2O (水化鋁酸—,不穩(wěn)定》s <
SCaO*Al2Or3C3S0:' 2H；0-26H203C30*Al20/3CaS04.32Η:0 I 飄石,三硫變水.RJSWii) I —
3Ca0'Ak0v3CaSCV32H-0-2 (BCaO1AkO,) - 4H,0^3 (3Ca0.Al-C]:,CaSOr 12
_ (雄薇疆水化I呂腳,*
4} 4CaO>Al2O3-Fe20；-7H2O^3C3O-AbO3-6H20-CaO-Fe203,H20.>
這與3D打印成形方法中的噴膠黏粉成形法有本質(zhì)的區(qū)別，后者的成形基于粉末材料與黏合劑之間的黏結(jié)，是一個(gè)純物理過程。
[0037]同理，水泥的水化反應(yīng)所導(dǎo)致的水泥、水泥基復(fù)合材料粉末的凝結(jié)并產(chǎn)生原位固化，也是本發(fā)明有別于其他相關(guān)3D打印成形方法的基本標(biāo)志。
[0038]本發(fā)明的內(nèi)容除了按圖2給出的技術(shù)方案II的框圖所對應(yīng)的過程，成形陶瓷精制品生坯件外，還包括:將以鋁酸鹽或磷鋁酸鹽水泥為基材，陶瓷原料粉為主要填充料，直接添加定量的水拌合后，依傳統(tǒng)方式注入各類成形模具，經(jīng)水泥水化反應(yīng)凝結(jié)固化所得的陶瓷制品生坯件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需使用的附圖作簡單介紹。顯見，下面描述中的附圖給出的僅是本發(fā)明的一種設(shè)計(jì)方案實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可根據(jù)這些信息獲得其他的附圖，其中:
圖1是本發(fā)明技術(shù)方案I的框圖；
圖2是本發(fā)明技術(shù)方案II的框圖；
圖3是本發(fā)明所使用的成形裝置實(shí)施例的水平面(XOY平面)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明所使用的成形裝置實(shí)施例的豎直平面(XOZ平面)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明所使用的成形裝置實(shí)施例的成形過程示意圖。
[0040]圖3、圖4、圖5中各零部件的標(biāo)記如下:凝結(jié)劑噴頭1、凝結(jié)劑輸送管2、X向?qū)к?br> 3、鋪粉輥4、供料缸5、成形缸6、噴頭機(jī)架7、Y向?qū)к?、機(jī)架前支承9、供料缸活塞10、成形缸活塞11和粉末材料12。

【具體實(shí)施方式】
[0041]下面將結(jié)合陶瓷精制品成形的實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)思路，成形裝置可有多種具體結(jié)構(gòu)形式。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一種實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0042]1、成形裝置
用于水泥或水泥基復(fù)合材料精制品成形的裝置，主要由供料缸、供料缸活塞、成形缸、成形缸活塞以及鋪粉輥共同構(gòu)成的供料機(jī)構(gòu)，和由凝結(jié)劑噴頭及保證其在水平面內(nèi)準(zhǔn)確移動(dòng)的行走機(jī)構(gòu)組成。
[0043]請參閱圖3:
凝結(jié)劑噴頭1、凝結(jié)劑輸送管2、X向?qū)к?、噴頭機(jī)架7、Y向?qū)к?、機(jī)架前支承9共同構(gòu)成噴頭行走機(jī)構(gòu)；
凝結(jié)劑噴頭I經(jīng)Y向?qū)к?裝于噴頭機(jī)架7上，該凝結(jié)劑噴頭可沿Y向?qū)к?雙向移動(dòng)；Υ向?qū)к?隨噴頭機(jī)架7 —道可沿X向?qū)к夒p向移動(dòng)。
[0044]請參閱圖4:
鋪粉輥4、供料缸5、供料缸活塞10、成形缸6和成形缸活塞11構(gòu)成的供料、鋪粉裝置，供粉缸活塞上部為粉末材料12 ；
供料缸活塞10可在供料缸5內(nèi)，沿缸壁上下移動(dòng)；成形缸活塞11可在成形缸6內(nèi)，沿缸壁上下移動(dòng)。
[0045]2、材料制備
(1)水泥:
CA-50系列Α600鋁酸鹽水泥；
(2)制作陶瓷精制品的專用填充料主要為陶瓷原料粉:
粒徑< 20微米的α -氧化鋁粉；
(3)水泥與填充料的重量比:
1:2.5 - 4.5 ；
(4)參與水化反應(yīng)的水泥與水的重量比:
1:0.8 ；
(5)混料:
將水泥與陶瓷原料粉按上述比例放入V形混料機(jī)中充分混合，制成水泥基/陶瓷原料粉復(fù)合材料。
[0046]3、成形過程
本發(fā)明涉及的水泥或水泥基復(fù)合材料的精制品成形，采用如下步驟構(gòu)成的成形過程: 請參閱圖5:
(1)如圖5a)所示，鋪粉輥逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并右移，將供料缸內(nèi)的粉末材料平鋪一層于成形缸活塞頂部；
(2)如圖5b)所示，噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下在水平面內(nèi)移動(dòng)，向已鋪就的粉末材料上構(gòu)成工件實(shí)體相應(yīng)截面的特定區(qū)域噴射凝結(jié)劑，使其中的水泥產(chǎn)生水化反應(yīng)并迅速凝結(jié):

V 2
6f；Ca0.ΑΙΑ}Him"——^ ^.......................^ Al^J ^ l O H ^ C^


f- ^Ol IfU.….......二:—-3C2Ca0.Al,O1.SH20〕-.K?.AIfO3.3H:C)〕
+ 33H2C) *';




-?JlljO
'>35 T..——....-................~^2C3Ca0.AI；0j * 6H2Oj + 4CAl；Oi.3H；:0J

+ 24Η|?
(3)上一步完成后，成形缸活塞將下降一個(gè)層厚，供料缸活塞則上升一個(gè)層厚；
(4)系統(tǒng)將多次重復(fù)上述三步，直至完成整個(gè)工件的成形，如圖5c)、d)、e)、f)所示；
(5)工件成形完成后，除去包裹在工件周圍的未凝結(jié)粉末即可獲得水泥、水泥基復(fù)合材料精制品產(chǎn)品或陶瓷精制品的坯件；
(6)上一步所獲得的水泥、水泥基復(fù)合材料精制品產(chǎn)品，可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?如打磨、拋光、噴漆等);
(7)所獲的產(chǎn)品還必須置于潮濕環(huán)境下養(yǎng)護(hù)，以達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度；
(8)對于第(5)步所獲得的陶瓷精制品坯件，還需放入陶瓷燒結(jié)爐燒結(jié)，最終形成具有陶瓷相結(jié)構(gòu)的陶瓷精制品；
(9)包裹于成形工件周圍，未凝結(jié)粉末材料，經(jīng)篩選等適當(dāng)處理后，即可重新用于新工件的制作。
【權(quán)利要求】
1.一種水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品成形方法，其特征是:用噴頭向平鋪于水平面上的粉末狀水泥或水泥基復(fù)合材料薄層上特定區(qū)域噴射凝結(jié)劑，令被凝結(jié)劑浸潤的粉末材料中的水泥產(chǎn)生水化反應(yīng)，在短時(shí)間內(nèi)凝結(jié)并原位固化，形成待制成品某一高度上截面的薄層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥，其特征是:包括硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥、磷鋁酸鹽水泥和各種顏色水泥在內(nèi)的各類水泥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥基復(fù)合材料，其特征是:為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品某些特性，在水泥中添加適量填充料(如:骨粉、各類石粉、陶瓷原料粉等)或增強(qiáng)料(如:碳纖維、玻璃纖維、礦物纖維等)后形成的復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)力要求3所述的水泥基復(fù)合材料，其特征是:填充料的粒徑不超過50微米；增強(qiáng)料的長度不大于120微米，不小于40微米，長度不超過90微米的比例大于等于90%;制作陶瓷精制品的專用填充料主要為陶瓷原料粉，包括粘土礦物、石英、長石等天然陶瓷原料粉和用物理、化學(xué)手段制得的氧化物、氮化物、碳化物等人工合成陶瓷原料粉；其粒徑不超過20微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品，其特征是:形狀或結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜(復(fù)雜外形、復(fù)雜內(nèi)腔、鏤空或疊套結(jié)構(gòu))，尺寸精度要求較高(百微米級(jí)及百微米以下級(jí))，當(dāng)前水泥、陶瓷成形技術(shù)難于甚至無法制作的精細(xì)制品。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭，其特征是:可向特定區(qū)域定量噴射皮升(pL，非國際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位，I皮升=1000立方微米)級(jí)凝結(jié)劑的噴頭或噴頭陣列，噴頭或噴頭陣列可隨與其固聯(lián)的機(jī)架一道在水平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的位置移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末狀水泥或水泥基復(fù)合材料薄層，其特征是:用鋪粉裝置將粉末狀水泥或水泥基復(fù)合材料均勻地?cái)備伋珊穸仍?.1mm左右的水平薄層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“平鋪于水平面上的粉末狀水泥或水泥基復(fù)合材料薄層上特定區(qū)域”，其特征是:該特定區(qū)域特指待制成品三維圖形與水平面相交所形成的截面中，對應(yīng)于待制成品實(shí)體部分的區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝結(jié)劑，其特征是:由適量的水、水玻璃、著色劑和液態(tài)水泥速凝劑混合而成；在使用鋁酸鹽水泥或磷鋁酸鹽水泥時(shí)，液態(tài)水泥速凝劑的添加量可酌減，直至為零。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥水化反應(yīng)，其特征是:水泥水化反應(yīng)是材料凝結(jié)并產(chǎn)生原位固化，乃至水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品成形過程的基本化學(xué)反應(yīng)，該過程的化學(xué)方程式表達(dá)，與所用水泥的類型相關(guān)，例如:
1} BCsO 'SiD2-H2O-^CaO 'S12' YH2O Ι--?) -Ca (OH) 2 ；.2}Cs0.510:?Η；0 (凝膠)-Ca (OH).3) 3CaCrAb03:-6H:0-1CaO-Al2O3-SH2O酸 15* 不駿》；.3Ca0-fe0,-3CaS0^2H20-26H2c>^3CaO*AbO^3CaS04*32H20 i傷磯石? 三硫型
水 魏麵)I°
3Ca0.Ai^OvBCaSO1-32H.0-2 (Ka0.AKCh) - 4H-0—3 (3CaO'Al-O,:CaSOv 12
H/J)國_*_"呂駿||),.4} 4Ca0-AbOB'fe^0；-7H2O-*3C3O-AbOs-6H20-Ca0*Fe203'H20.-
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的“形成待制成品某一高度上截面的薄層”，其特征是:該過程將多次重復(fù)進(jìn)行，新形成的截面薄層將疊加并凝結(jié)于在上一截面薄層上；該過程多次重復(fù)進(jìn)行，最終完成整個(gè)精制品工件的全部成形。
12.一種水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品成形方法，其特征是:從成形裝置內(nèi)取出的成形工件，可根據(jù)需要進(jìn)行表面清理和后處理，并置于潮濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù)至其完全達(dá)到強(qiáng)度要求。
13.—種水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品成形方法，其特征是:根據(jù)需要，對水泥、水泥基復(fù)合材料制成品進(jìn)行拋光、噴漆、彩繪等適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚怼?br> 14.一種水泥、水泥基復(fù)合材料及陶瓷精制品成形方法，其特征是:將以鋁酸鹽或磷鋁酸鹽為基材，陶瓷原料粉為主要填充料成形的水泥復(fù)合材料精制品作為生坯件，放入燒結(jié)爐并按陶瓷燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)，獲得以陶瓷相為主的陶瓷精制品；所述生坯件還包括，將以鋁酸鹽或磷鋁酸鹽水泥為基材，陶瓷原料粉為主要填充料，直接添加定量的水拌合后，依傳統(tǒng)方式注入各類成形模具，經(jīng)水泥水化反應(yīng)凝結(jié)固化所得的陶瓷生坯件。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的生坯件，其特征是:在開始陶瓷燒結(jié)前，可根據(jù)需要對生坯件進(jìn)行高精度切削或數(shù)控加工，提高生坯件的尺寸精度，實(shí)現(xiàn)近凈成形。
【文檔編號(hào)】B28B1/24GK104191495SQ201410441589
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】陳勃生, 陳葉 申請人:陳勃生, 陳葉