Yhdeksän tarkkuusmuovausprosessia zirkoniumoksidikeramiikasta

Yhdeksän tarkkuusmuovausprosessia zirkoniumoksidikeramiikasta
Muovausprosessilla on yhdistävä rooli keraamisten materiaalien koko valmistusprosessissa, ja se on avain keraamisten materiaalien ja komponenttien toimintavarmuuden ja tuotannon toistettavuuden varmistamiseen.
Yhteiskunnan kehittyessä perinteisen keramiikan perinteinen käsin vaivausmenetelmä, pyöränmuovausmenetelmä, saumausmenetelmä jne. eivät enää pysty vastaamaan modernin yhteiskunnan tuotanto- ja jalostustarpeita, joten syntyi uusi muovausprosessi.Hienojakoisia ZrO2-keraamisia materiaaleja käytetään laajalti seuraavissa 9 tyyppisessä muovausprosessissa (2 tyyppistä kuivamenetelmää ja 7 tyyppistä märkämenetelmää):

1. Kuivamuovaus

1.1 Kuivapuristus

Kuivapuristus käyttää painetta puristaakseen keraamista jauhetta tiettyyn rungon muotoon.Sen olemus on, että ulkoisen voiman vaikutuksesta jauhehiukkaset lähestyvät toisiaan muotissa ja yhdistyvät tiukasti sisäisellä kitkalla tietyn muodon säilyttämiseksi.Kuivapuristettujen viherkappaleiden pääasiallinen vika on lohkeilu, joka johtuu jauheiden välisestä sisäisestä kitkasta sekä jauheiden ja muotin seinämän välisestä kitkasta, mikä johtaa painehäviöön rungon sisällä.

Kuivapuristuksen edut ovat se, että viherrungon koko on tarkka, toiminta on yksinkertainen ja on kätevää toteuttaa koneellinen toiminta;Vihreässä kuivapuristuksessa kosteus- ja sideainepitoisuus on pienempi ja kuivaus- ja polttokutistuma pieni.Sitä käytetään pääasiassa muodoltaan yksinkertaisten tuotteiden muodostamiseen, ja kuvasuhde on pieni.Muotin kulumisen aiheuttamat kohonneet tuotantokustannukset ovat kuivapuristuksen haittapuoli.

1.2 Isostaattinen puristus

Isostaattinen puristus on erikoismuovausmenetelmä, joka on kehitetty perinteisen kuivapuristuksen pohjalta.Se käyttää nesteen välityspainetta kohdistamaan painetta tasaisesti elastisen muotin sisällä olevaan jauheeseen kaikista suunnista.Nesteen sisäisen paineen johdosta jauhe kantaa samaa painetta kaikkiin suuntiin, joten raakakappaleen tiheyserot voidaan välttää.

Isostaattinen puristus jaetaan märkäpussiisostaattiseen puristukseen ja kuivapussiisostaattiseen puristukseen.Märkäpussin isostaattinen puristus voi muodostaa monimutkaisen muotoisia tuotteita, mutta se voi toimia vain ajoittain.Kuivapussin isostaattinen puristus voi toteuttaa automaattisen jatkuvan toiminnan, mutta se voi muodostaa vain muodoltaan yksinkertaisia ​​tuotteita, kuten poikkileikkaukseltaan neliömäinen, pyöreä ja putkimainen.Isostaattinen puristus voi saada tasaisen ja tiheän vihreän kappaleen, jossa on pieni polttokutistuminen ja tasainen kutistuminen kaikkiin suuntiin, mutta laitteet ovat monimutkaisia ​​ja kalliita, ja tuotantotehokkuus ei ole korkea, ja se soveltuu vain materiaalien valmistukseen erityisillä vaatimukset.

2. Märkämuovaus

2.1 Saumaus
Injektointiprosessi on samanlainen kuin nauhavalu, erona on se, että muovausprosessi sisältää fyysisen kuivausprosessin ja kemiallisen koagulointiprosessin.Fyysinen kuivaus poistaa lietteestä olevan veden huokoisen kipsimuotin kapillaarivaikutuksen kautta.Pinta-Cas04:n liukenemisesta muodostuva Ca2+ lisää lietteen ionivahvuutta, mikä johtaa lietteen flokkuloitumiseen.
Fysikaalisen dehydraation ja kemiallisen koagulaation vaikutuksesta keraamiset jauhehiukkaset kerrostuvat kipsimuotin seinälle.Injektointi soveltuu suurten, monimutkaisten keraamisten osien valmistukseen, mutta viherkappaleen laatu, mukaan lukien muoto, tiheys, lujuus jne., on huono, työntekijöiden työintensiteetti on korkea ja se ei sovellu automatisoitua toimintaa varten.

2.2 Kuuma painevalu
Kuumapuristusvalussa keraaminen jauhe sekoitetaan sideaineen (parafiinin) kanssa suhteellisen korkeassa lämpötilassa (60-100 ℃) lietteen saamiseksi kuumavalua varten.Liete ruiskutetaan metallimuottiin paineilman vaikutuksesta ja painetta ylläpidetään.Jäähdytetään, poistetaan muotista vahaaihion saamiseksi, vaha-aihiosta poistetaan vaha inertin jauheen suojassa, jotta saadaan raakakappale, ja raakakappale sintrataan korkeassa lämpötilassa posliiniksi.

Kuumavalulla muodostetulla vihreällä kappaleella on tarkat mitat, yhtenäinen sisäinen rakenne, vähemmän muotin kulumista ja korkea tuotantotehokkuus, ja se soveltuu erilaisille raaka-aineille.Vahalietteen ja muotin lämpötilaa on valvottava tiukasti, muuten se aiheuttaa ruiskutusta tai muodonmuutoksia, joten se ei sovellu suurten osien valmistukseen, ja kaksivaiheinen polttoprosessi on monimutkainen ja energiankulutus korkea.

2.3 Nauhavalu
Nauhavalussa keraaminen jauhe sekoitetaan täysin suureen määrään orgaanisia sideaineita, pehmittimiä, dispergointiaineita jne., jotta saadaan juoksevaa viskoosia lietettä, lisätään liete valukoneen suppiloon ja käytetään kaavinta paksuuden säätämiseen.Se virtaa ulos kuljetinhihnalle syöttösuuttimen kautta ja kalvoaihio saadaan kuivumisen jälkeen.

Tämä menetelmä soveltuu kalvomateriaalien valmistukseen.Paremman joustavuuden saavuttamiseksi lisätään suuri määrä orgaanista ainetta ja prosessiparametreja on valvottava tarkasti, muuten se aiheuttaa helposti vikoja, kuten kuoriutumista, raitoja, heikkoa kalvon lujuutta tai vaikeaa kuoriutumista.Käytetty orgaaninen aines on myrkyllistä ja saastuttaa ympäristöä, ja ympäristön saastumisen vähentämiseksi tulisi käyttää mahdollisimman paljon myrkytöntä tai vähemmän myrkyllistä järjestelmää.

2.4 Geeliruiskupuristus
Geeliruiskuvalutekniikka on uusi kolloidinen nopea prototyyppiprosessi, jonka Oak Ridge National Laboratoryn tutkijat keksivät ensimmäisen kerran 1990-luvun alussa.Sen ytimenä on orgaanisten monomeeriliuosten käyttö, jotka polymeroituvat vahvoiksi, sivusuunnassa sidoksissa oleviksi polymeeri-liuotingeeleiksi.

Orgaanisten monomeerien liuokseen liuotettu keraamisen jauheen liete valetaan muottiin, ja monomeeriseos polymeroituu muodostaen geeliytyneen osan.Koska sivusuunnassa sidottu polymeeri-liuotin sisältää vain 10–20 % (massafraktio) polymeeriä, liuotin on helppo poistaa geeliosasta kuivausvaiheella.Samanaikaisesti polymeerien sivuttaisliitoksen vuoksi polymeerit eivät voi kulkeutua liuottimen mukana kuivausprosessin aikana.

Tällä menetelmällä voidaan valmistaa yksivaiheisia ja komposiittikeraamisia osia, jotka voivat muodostaa monimutkaisen muotoisia, lähes verkon kokoisia keraamisia osia ja joiden raakalujuus on jopa 20-30 Mpa tai enemmän, jotka voidaan käsitellä uudelleen.Tämän menetelmän pääongelmana on, että alkion rungon kutistumisnopeus on suhteellisen korkea tiivistymisprosessin aikana, mikä johtaa helposti alkion rungon muodonmuutokseen;joillakin orgaanisilla monomeereillä on hapen esto, mikä aiheuttaa pinnan kuoriutumisen ja irtoamisen;lämpötilan aiheuttaman orgaanisen monomeerin polymerointiprosessin vuoksi. Lämpötila-ajo johtaa sisäiseen jännitykseen, joka aiheuttaa aihioiden rikkoutumisen ja niin edelleen.

2.5 Suora kiinteytys ruiskupuristus
Suora jähmettymisruiskuvalu on ETH Zurichin kehittämä muovaustekniikka: liuotinvesi, keraaminen jauhe ja orgaaniset lisäaineet sekoitetaan täysin sähköstaattisesti stabiiliksi, matalaviskoosiseksi, korkean kiintoainepitoisuuden omaavaksi lietteeksi, jota voidaan muuttaa lisäämällä lietteen pH:ta tai kemikaaleja. jotka lisäävät elektrolyyttipitoisuutta, liete ruiskutetaan ei-huokoiseen muottiin.

Hallitse kemiallisten reaktioiden etenemistä prosessin aikana.Reaktio ennen ruiskupuristusta suoritetaan hitaasti, lietteen viskositeetti pidetään alhaisena ja reaktio kiihtyy ruiskupuristuksen jälkeen, liete jähmettyy ja nesteliete muuttuu kiinteäksi kappaleeksi.Saadulla viherkappaleella on hyvät mekaaniset ominaisuudet ja lujuus voi olla 5 kPa.Vihreä runko puretaan, kuivataan ja sintrataan, jolloin muodostuu halutun muotoinen keraaminen osa.

Sen etuja ovat, että se ei tarvitse tai tarvitsee vain pienen määrän orgaanisia lisäaineita (alle 1%), viherkappaleen ei tarvitse poistaa rasvaa, viherkappaleen tiheys on tasainen, suhteellinen tiheys on korkea (55%~ 70%), ja se voi muodostaa suurikokoisia ja monimutkaisia ​​keraamisia osia.Sen haittana on, että lisäaineet ovat kalliita ja reaktion aikana vapautuu yleensä kaasua.

2.6 Ruiskupuristus
Ruiskuvalua on käytetty pitkään muovituotteiden ja metallimuottien muovauksessa.Tässä prosessissa käytetään termoplastisten orgaanisten aineiden kovetusta matalassa lämpötilassa tai lämpökovettuvien orgaanisten aineiden kovetusta korkeassa lämpötilassa.Jauhe ja orgaaninen kantaja sekoitetaan erityisessä sekoituslaitteistossa ja ruiskutetaan sitten muottiin korkeassa paineessa (kymmeniä - satoja MPa).Suuren muovauspaineen ansiosta saaduilla aihioilla on tarkat mitat, korkea sileys ja kompakti rakenne;erityisten muovauslaitteiden käyttö parantaa huomattavasti tuotannon tehokkuutta.

1970-luvun lopulla ja 1980-luvun alussa ruiskuvaluprosessia sovellettiin keraamisten osien muovaukseen.Tämä prosessi toteuttaa karujen materiaalien muovin muovauksen lisäämällä suuren määrän orgaanista ainetta, mikä on yleinen keraamisen muovin muovausprosessi.Ruiskuvalutekniikassa sen lisäksi, että käytetään termoplastisia orgaanisia aineita (kuten polyeteeni, polystyreeni), lämpökovettuvia orgaanisia aineita (kuten epoksihartsia, fenolihartsia) tai vesiliukoisia polymeerejä pääsideaineena, on tarpeen lisätä tiettyjä määriä prosessia. apuaineita, kuten pehmittimiä, voiteluaineita ja kytkentäaineita, jotka parantavat keraamisen ruiskutussuspension juoksevuutta ja varmistavat ruiskupuristetun rungon laadun.

Ruiskuvaluprosessin etuna on korkea automaatioaste ja muovausaihion tarkka koko.Ruiskupuristettujen keraamisten osien vihreän rungon orgaaninen pitoisuus on kuitenkin jopa 50 tilavuusprosenttia.Näiden orgaanisten aineiden eliminoiminen myöhemmässä sintrausprosessissa kestää kauan, jopa useista päivistä kymmeniin päiviin, ja on helppo aiheuttaa laatuvirheitä.

2.7 Kolloidinen ruiskupuristus
Ratkaistakseen lisätyn orgaanisen aineksen suuren määrän ja perinteisen ruiskuvaluprosessin vaikeuksien poistamisen ongelmat, Tsinghuan yliopisto ehdotti luovasti uutta prosessia keramiikan kolloidiseen ruiskuvaluon ja kehitti itsenäisesti kolloidisen ruiskupuristusprototyypin. toteuttaa hedelmättömän keraamisen lietteen ruiskutus.muodostumista.

Perusideana on yhdistää kolloidinen muovaus ruiskuvaluon käyttämällä omaa injektiolaitteistoa ja uutta kovetusteknologiaa, jonka kolloidinen in situ -kiinteytysmuovausprosessi tarjoaa.Tämä uusi menetelmä käyttää alle 4 painoprosenttia orgaanista ainesta.Pienellä määrällä vesipohjaisessa suspensiossa olevia orgaanisia monomeerejä tai orgaanisia yhdisteitä käytetään indusoimaan nopeasti orgaanisten monomeerien polymeroituminen muottiin ruiskutuksen jälkeen, jolloin muodostuu orgaaninen verkkorunko, joka kietoo tasaisesti keraamisen jauheen.Niiden joukossa ei ainoastaan ​​liemenpoistoaika lyhenee suuresti, vaan myös liemenpoiston halkeilun mahdollisuus vähenee huomattavasti.

Keramiikan ruiskuvalun ja kolloidipuristuksen välillä on valtava ero.Suurin ero on, että edellinen kuuluu muovipuristusluokkaan ja jälkimmäinen lietemuovaukseen, eli lietteellä ei ole plastisuutta ja se on karua materiaalia.Koska lietteellä ei ole plastisuutta kolloidisessa muovauksessa, perinteistä keraamisen ruiskupuristuksen ideaa ei voida hyväksyä.Jos kolloidinen muovaus yhdistetään ruiskuvaluun, keraamisten materiaalien kolloidinen ruiskupuristus toteutetaan käyttämällä omaa ruiskutuslaitteistoa ja uutta kovetusteknologiaa, joka saadaan aikaan kolloidisella in situ -muovausprosessilla.

Keramiikan kolloidisen ruiskuvaluprosessin uusi prosessi eroaa yleisestä kolloidisesta ruiskuvalusta ja perinteisestä ruiskuvalusta.Korkean muovausautomaation etuna on kolloidisen muovausprosessin laadullinen sublimaatio, josta tulee toivo korkean teknologian keramiikan teollistumiselle.