一、概述

　　在成型工艺选择方面，注浆成型技术适用于复杂曲面、镂空结构的异形件规模化生产，其成本仅为压机模具的1/10～1/5，但存在坯体密度分布不均、干燥开裂率较高（15%-20%）等问题；干压成型通过机械压力实现高效率生产，单位压力50～350MPa下坯体密度均匀性高，烧结后收缩率3%～8%，适合精密尺寸要求的标准化部件；等静压成型凭借各向同性压缩特性，可使坯体相对密度达85%以上，显著改善微观裂纹与气孔缺陷，在航空航天领域应用的陶瓷基复合材料涡轮叶片抗高温蠕变性能提升30%以上。3D打印技术通过逐层堆叠材料实现复杂拓扑结构制造，在生物医疗领域定制化陶瓷骨修复体精度达±0.02mm，但存在热应力裂纹、层间结合强度不足等挑战。

　　成型方式选择需系统整合产品特性、材料特性、生产规模及经济性等多维度因素。通过层次分析法构建包含技术可行性、成本效益、质量可控性的四维评价框架，结合加权评分法确定最优方案。例如，高精度小批量电子陶瓷基板生产中，流延成型虽初期投资较高，但通过优化凝胶参数可实现厚度精度±0.02mm，单位成本随产量增加呈下降趋势；而大规模生产的结构陶瓷密封环，干压成型凭借其生产效率与成本优势。反应烧结碳化硅密封环采用等静压成型技术，坯体密度均匀性达95%以上，满足高速旋转密封环对力学性能的严苛要求；氧化锆陶瓷刀具通过热压铸成型实现复杂刃口结构精密成型，抗弯强度≥800MPa，抗冲击性能显著提升。

　　工业陶瓷材料的物理化学特性是决定其成型工艺选择的核心因素。高硬度与高脆性特性要求成型过程中需避免机械应力集中，以防止破裂。例如，氧化铝陶瓷因其高强度和耐磨性，在成型时更倾向于采用等静压等均匀施压的工艺，以减少局部应力。材料的化学稳定性同样关键，尤其在摩擦或高温环境下，某些陶瓷可能表现出较高的反应性。陶瓷在摩擦条件下会呈现比金属更高的环境敏感性，这提示在成型过程中需严格控制环境参数，如湿度或反应介质，以确保材料性能稳定。此外，材料的抗热震性与热膨胀系数也显著影响成型方式的选择，需在工艺设计中匹配材料的热力学特性，避免因温度梯度导致的开裂。

　　微观结构特性对成型工艺的选择具有深层影响。陶瓷颗粒的分形形状及其内部孔隙和粒间空间的分形分布，形成独特的“负空间”结构。这种分形性质不仅影响烧结过程中的物质迁移路径，还通过分形布朗运动影响微观结构演化，从而对成型时的压力分布与颗粒排列产生显著作用。基于扩展Coble模型的修正理论表明，分形维度参数的引入可更精确预测烧结过程中微粒流的动态行为。这种理论框架为优化成型工艺参数（如压力梯度和升温速率）提供了重要依据。

　　复合陶瓷材料的强韧化机理进一步拓展了成型工艺的选择空间。氧化锆/氧化铝晶须复合体系通过晶须增强与相变增韧的协同作用，显著提升了材料的断裂韧性。在成型阶段，通过控制晶须取向与分布密度，可增强材料抵抗成型应力的能力。例如，定向凝固或磁场辅助成型技术能有效调控晶须排列，减少微观缺陷的产生，从而提升产品的力学性能。此类复合材料的特性表明，成型工艺需与材料微观结构设计紧密结合，以实现性能优化。

　　材料的渗透性与流变特性对特定成型方法的适用性具有决定性作用。在径向表面滑动铸造过程中，模具渗透率与毛细管吸力的逆抛物线关系决定了沉积速率与固结时间。这一理论模型为泥浆铸造工艺提供了参数设计依据，例如选择特定渗透率的模具以最大化沉积效率。该模型仅适用于不可压缩或中等压缩的材料体系，高度絮凝的浆料因产生高度可压缩的沉积层而可能偏离理论预测。因此，在实际工艺选择中需结合材料流变特性的实验数据，避免理论模型的局限性。

　　工业陶瓷的多尺度特性交互作用进一步复杂化了成型工艺的选择。例如，高耐磨性与低导热性的材料可能需要结合低温成型与后续热处理工艺，以平衡机械强度与热稳定性。此外，表面改性与涂层技术的发展也推动了成型工艺的创新，如通过化学气相沉积预处理改善材料表面反应性，从而增强成型时的界面结合强度。这些技术的整合体现了材料特性与成型工艺的系统性关联，需在设计阶段进行多维度协同优化。

　　二、陶瓷产品性能要求理论

　　工业陶瓷产品成型方式的选择需紧密结合产品性能要求，不同性能指标对成型工艺的适配性提出差异化要求。机械强度与结构稳定性是产品设计的核心参数，对于高静水抗压强度需求的深海浮力材料，如氮化硅陶瓷空心浮力球，成型工艺需确保球体壁厚均匀且抗压性能达标。这类产品通常采用注浆成型或精密模具铸造技术，通过控制浆料流变特性与模具孔隙率，实现成型层壁厚的精确调控，其理论模型表明合理设计模具结构可有效减少壁厚不均问题。此外，高热导率陶瓷材料如碳化硅（SiC）的成型方式直接影响材料微观结构的完整性，干压成型或等静压成型能够保留晶粒排列的有序性，从而保障热传导路径的连续性。对于复杂几何结构或定制化产品，3D打印技术展现出显著优势，基于紫外光固化的聚硅氮烷树脂体系可实现复杂三维结构的逐层成型，通过计算机模拟优化固化反应路径，确保材料前驱体转化效率与形状精度的平衡。在加工性能方面，仿生层状陶瓷基复合材料的成型工艺需与后续加工工序兼容，如磨削加工易引发亚表面损伤的问题，可通过注凝成型形成致密表层结构，降低机械加工时裂纹扩展风险。市场需求导向对成型工艺选择具有直接引导作用，批量生产需优先考虑效率与成本控制，而特殊功能需求则需通过定制化工艺实现性能突破。例如，深海浮力材料对低密度与高强度的双重需求，推动了氮化硅空心球成型技术的研发，通过控制空心结构的球径分布与壁厚参数，可使材料密度降至1.5g/cm³以下，同时保持静水抗压强度超过80MPa。此外，成型工艺的能源效率与环保特性亦需纳入考量，热力学分析表明，采用(火用)分析法优化窑炉能耗分布，可降低烧结过程的能量损耗，这对大规模生产的经济性具有重要意义。

　　产品性能要求与成型工艺间的适配性分析需结合材料特性、结构设计、加工可行性及市场应用等多维度因素，通过理论模型优化与实验验证相结合的方法，确定成型方案。

　　三、工业陶瓷产品成型方式选择方法

　　3.1 产品特性分析

　　工业陶瓷产品成型方式的选择需以产品特性为核心依据，其形状、尺寸及精度要求直接影响成型工艺的适用性。在形状分析层面，产品几何结构的复杂度是首要考量因素。对于形状简单且具有对称性的制品（如圆柱体、立方体等），干压成型、等静压成型或注塑成型等工艺具有较高的可行性，其模具设计与材料填充过程相对可控。而复杂三维结构（如多孔结构、异形薄壁件）则需采用注射成型、凝胶注模或3D打印等成型方式，此类工艺通过模具设计灵活性或逐层堆积技术实现复杂结构的成型，但需注意材料流变特性与工艺参数的匹配性。对于具有微结构或表面功能化需求的产品，流延成型或注凝成型可实现微观形貌控制，但需结合后处理工艺优化表面质量。

　　尺寸特性对成型方式的影响主要体现在制品的体积与尺寸公差要求上。大型陶瓷制品（如反应器内衬、建筑部件）的成型常采用分体成型与拼接工艺，通过模块化设计降低单件成型难度，但需考虑接缝处的强度与致密性问题。中等尺寸制品（如轴承、喷嘴）可采用等静压成型或冷等静压工艺，通过高压环境提升坯体密度并改善尺寸一致性。小型精密部件（如传感器元件、电子封装材料）则需借助精密注射成型或微注塑技术，其模具精度与材料流动性需严格匹配，同时需控制收缩率以确保尺寸稳定性。

　　精度要求是决定成型工艺的关键指标。高精度产品（如光学透镜、精密密封件）对成型过程的尺寸公差与形状偏差有严格限制，需采用注射成型、等静压成型或5轴精密冲压等工艺，并结合激光切割、数控磨削等二次加工技术弥补成型阶段的精度不足。对于形状公差要求较低的粗加工产品（如耐火砖），可选用成本效益更高的注浆成型或挤压成型，但需通过工艺参数优化（如脱模速度、干燥条件）控制变形量。此外，成型精度还与材料特性密切相关，高收缩率材料需在模具设计中预留补偿量，而脆性材料则需避免成型过程中的应力集中。

　　在综合分析产品特性时，需建立多维度评价体系。首先根据形状复杂度确定工艺可行性区间，继而结合尺寸要求筛选适宜的成型规模，最后通过精度需求验证工艺参数调控的经济性。例如，精密复杂结构的微型传感器需优先考虑注射成型与3D打印的组合工艺，而大型异形建筑陶瓷件则可能采用注浆成型与热压烧结的协同方案。此外，还需评估不同工艺对产品微观结构的影响，如颗粒分布、孔隙率等，确保性能满足使用场景需求。这种系统化分析方法能够有效规避因特性匹配不当导致的工艺缺陷，为工业陶瓷产品的高效、低成本生产提供理论支撑。

　　3.2 成型方式匹配

　　工业陶瓷产品成型方式的选择应基于产品特性与成型工艺的匹配性展开系统性分析，通过多维度参数比对实现初步筛选。首先需明确产品功能需求与几何特征，包括形状复杂度、尺寸精度、表面质量及力学性能指标。对于具有复杂三维结构或微米级特征的产品，需优先考虑三维成型技术，如3D打印成型或注塑成型，这类工艺通过逐层堆积或模具成形方式能够较好地满足非对称、镂空或异形结构的制造要求。而对形状简单且批量较大的圆柱形、方块状制品，干压成型或等静压成型则展现出更高的生产效率与成本优势。

　　材料特性分析是匹配成型工艺的关键环节。陶瓷粉末的颗粒尺寸分布、团聚程度、流动性及可塑性直接影响成型适配性。对于高纯度纳米级超细粉体，传统干压成型易导致坯体密度分布不均，此时需选择等静压成型或热压铸成型以改善致密化效果。而对于具有较高可塑性的粘土类陶瓷材料，可优先采用可塑成型或滚压成型工艺，通过泥料的塑性变形实现复杂薄壁结构的成形。此外，需综合评估材料的烧结特性，如收缩率与变形倾向，确保成型工艺与后续烧结工序的兼容性。

　　产品使用场景与性能要求同样决定工艺选择方向。高温耐蚀部件需关注成型后坯体的残余应力分布与抗热震性能，等静压或凝胶注模成型可有效降低内部应力集中。高精度光学元件则要求严格的尺寸公差与表面光洁度，注射成型或精密干压成型能通过模具设计与压力控制满足此类需求。在航空航天等对轻量化与力学性能有特殊要求的领域，泡沫注模成型或反应烧结成型可制备多孔结构或梯度材料，实现性能与功能的协同优化。

　　生产规模与经济性参数需贯穿整个匹配过程。小批量试制或定制化生产中，3D打印成型凭借其快速模具开发与灵活调整优势更具竞争力，而规模化生产则应优先选择自动化程度高、单件成本低的成型方式。还需考虑成型设备的投资成本与维护难度，如干压成型设备初始投入较低但模具更换成本较高，而注浆成型虽设备简单但依赖浆料配制技术，需根据企业现有技术储备与资金条件进行权衡。

　　通过建立产品特性与成型工艺的多目标决策矩阵，可系统性地评估各参数权重与匹配程度。建议采用层次分析法或模糊综合评价法，量化分析形状复杂度、材料特性、性能需求及生产规模等指标对工艺选择的影响权重，筛选出2-3种候选工艺进行实验室验证。此过程需结合企业实际技术条件，通过小批量试制与性能测试进一步验证工艺可行性，从而构建出产品-工艺的匹配方案。

　　3.3 综合评估与决策

　　工业陶瓷产品成型方式选择是一个多目标优化问题，需建立系统化的评估体系以实现技术可行性与经济性的平衡。成型工艺的决策应基于产品设计要求、生产规模、材料特性及工艺适配性等多维度指标的综合权衡。在评估过程中，需首先明确各成型技术的核心特征与限制条件。例如，干压成型具有高生产效率和低成本优势，但成型复杂结构的能力受限；等静压成型可实现均匀致密化，但模具成本较高且适合形状对称产品；注射成型适用于复杂结构的精密成型，但需配套复杂后处理工序。这些工艺特性与产品具体需求的匹配程度直接影响评估结果。

　　评估体系的构建需结合定量分析与定性判断。成本维度应涵盖设备投资、能耗、材料损耗及维护费用，其中设备成本对一次性生产项目影响显著，而能耗与材料损耗更适用于连续生产场景。效率指标需关注单件生产时间、设备利用率及自动化程度，尤其在规模化生产中，设备利用率与自动化水平对整体产能具有决定性作用。质量评估需从密度均匀性、尺寸精度、表面光洁度及力学性能等方面展开，需结合具体应用场景设定权重系数。例如，电子陶瓷器件对尺寸精度和介电性能要求严苛，需优先选择注射成型或流延成型；而结构陶瓷的力学性能对成型工艺参数的敏感性较高，需通过试验验证工艺参数与性能的关联性。

　　决策过程中需采用多属性决策模型（MADM）对备选工艺进行系统化排序。层次分析法（AHP）可有效处理定性指标的权重分配，通过专家评分构建判断矩阵，量化各工艺在不同指标下的相对优势。模糊综合评价法适用于处理指标间的模糊性和不确定性，例如将成本、效率、质量等指标划分为若干等级，通过隶属度函数进行量化整合。在具体应用中，可建立包含技术可行性、经济性、质量可控性和环境影响的四维评价框架，结合加权评分法确定方案。例如，对于高精度小批量生产，可赋予质量指标更高权重，优先选择冷等静压或注凝成型；而对于大规模生产，则需侧重成本与效率，可能选择干压或滚压成型。

　　实际应用中，需结合实际进行验证与优化。某电子陶瓷基板生产企业，当产品厚度精度要求达到±0.02 mm且年产量为5万件时，传统流延成型的厚度控制能力不足，而注凝成型虽初期投资较高，但通过优化凝胶参数可实现目标精度，且单位成本随产量增加呈下降趋势，被选为好的方案。决策模型需动态调整参数权重，并通过工艺试验验证理论分析的可靠性。此外，还需关注新兴成型技术（如3D打印）在复杂结构成型中的潜力，其成本效益可能随技术进步发生显著变化，需纳入长期决策考量。

　　成型方式的选择需在技术边界与商业目标间建立动态平衡机制，通过建立标准化评估流程，可有效降低技术选型风险。