Devet preciznih procesa oblikovanja cirkonijeve keramike

Devet preciznih procesa oblikovanja cirkonijeve keramike
Proces kalupljenja igra povezujuću ulogu u cjelokupnom procesu pripreme keramičkih materijala i ključ je za osiguravanje pouzdanosti izvedbe i ponovljivosti proizvodnje keramičkih materijala i komponenti.
S razvojem društva tradicionalna metoda ručnog miješenja, metoda oblikovanja kotača, metoda fugiranja itd. tradicionalne keramike više ne može zadovoljiti potrebe suvremenog društva za proizvodnjom i usavršavanjem, pa je rođen novi proces kalupljenja.ZrO2 fini keramički materijali naširoko se koriste u sljedećih 9 vrsta procesa kalupljenja (2 vrste suhih metoda i 7 vrsta mokrih metoda):

1. Suho kalupljenje

1.1 Suho prešanje

Suho prešanje koristi pritisak za utiskivanje keramičkog praha u određeni oblik tijela.Njegova je bit da se pod djelovanjem vanjske sile čestice praha približavaju jedna drugoj u kalupu, te se čvrsto spajaju unutarnjim trenjem kako bi zadržale određeni oblik.Glavni nedostatak kod suho prešanih sirovih tijela je pucanje, koje je posljedica unutarnjeg trenja između prahova i trenja između prahova i stijenke kalupa, što rezultira gubitkom tlaka unutar tijela.

Prednosti suhog prešanja su da je veličina zelenog tijela točna, rad je jednostavan i pogodno je ostvariti mehanizirani rad;sadržaj vlage i veziva u zelenom suhom prešanju je manji, a skupljanje sušenjem i pečenjem je malo.Uglavnom se koristi za oblikovanje proizvoda jednostavnih oblika, a omjer slike je mali.Povećani troškovi proizvodnje uzrokovani trošenjem kalupa su nedostatak suhog prešanja.

1.2 Izostatičko prešanje

Izostatsko prešanje je posebna metoda oblikovanja razvijena na temelju tradicionalnog suhog prešanja.Koristi pritisak prijenosa tekućine za ravnomjeran pritisak na prah unutar elastičnog kalupa iz svih smjerova.Zbog postojanosti unutarnjeg tlaka tekućine, prah podnosi isti pritisak u svim smjerovima, pa se razlika u gustoći zelenog tijela može izbjeći.

Izostatičko prešanje dijeli se na izostatičko prešanje u mokrim vrećama i izostatičko prešanje u suhim vrećama.Izostatičkim prešanjem u mokrim vrećama mogu se oblikovati proizvodi složenih oblika, ali može raditi samo povremeno.Izostatičkim prešanjem u suhim vrećama može se ostvariti automatski kontinuirani rad, ali se mogu oblikovati samo proizvodi jednostavnih oblika kao što su kvadratni, okrugli i cjevasti presjeci.Izostatičkim prešanjem može se dobiti jednoliko i gusto zeleno tijelo, s malim skupljanjem pri pečenju i jednolikim skupljanjem u svim smjerovima, ali oprema je složena i skupa, a učinkovitost proizvodnje nije visoka, te je prikladna samo za proizvodnju materijala s posebnim zahtjevi.

2. Mokro oblikovanje

2.1 Fugiranje
Proces kalupljenja injektiranjem sličan je lijevanju trake, razlika je u tome što proces kalupljenja uključuje proces fizičke dehidracije i proces kemijske koagulacije.Fizička dehidracija uklanja vodu u kaši kroz kapilarno djelovanje poroznog gipsanog kalupa.Ca2+ koji nastaje otapanjem površinskog CaSO4 povećava ionsku snagu kaše, što dovodi do flokulacije kaše.
Pod djelovanjem fizičke dehidracije i kemijske koagulacije, čestice keramičkog praha talože se na stijenku kalupa od gipsa.Fugiranje je prikladno za pripremu velikih keramičkih dijelova složenih oblika, ali kvaliteta zelenog tijela, uključujući oblik, gustoću, čvrstoću itd., je loša, radni intenzitet radnika je visok i nije prikladno za automatizirane operacije.

2.2 Vrući lijev pod pritiskom
Vruće tlačno lijevanje je miješanje keramičkog praha s vezivom (parafin) na relativno visokoj temperaturi (60~100 ℃) kako bi se dobila kaša za vruće tlačno lijevanje.Suspenzija se ubrizgava u metalni kalup pod djelovanjem komprimiranog zraka, a tlak se održava.Hlađenje, uklanjanje kalupa da bi se dobio voštani uzorak, voštani uzorak se deparafinizira pod zaštitom inertnog praha kako bi se dobilo zeleno tijelo, a zeleno tijelo se sinterira na visokoj temperaturi da postane porculan.

Zeleno tijelo formirano toplim lijevanjem pod pritiskom ima precizne dimenzije, jednoliku unutarnju strukturu, manje trošenje kalupa i visoku učinkovitost proizvodnje te je pogodno za različite sirovine.Temperatura voštane kaše i kalupa mora biti strogo kontrolirana, inače će uzrokovati nedostatno ubrizgavanje ili deformaciju, tako da nije prikladan za proizvodnju velikih dijelova, a proces pečenja u dva koraka je kompliciran, a potrošnja energije velika.

2.3 Lijevanje trake
Lijevanje trake je potpuno miješanje keramičkog praha s velikom količinom organskih veziva, plastifikatora, disperzanata itd. kako bi se dobila tečna viskozna kaša, dodavanje kaše u spremnik stroja za lijevanje i korištenje strugala za kontrolu debljine.Istječe na pokretnu traku kroz mlaznicu za dovod, a nakon sušenja dobiva se prazan film.

Ovaj postupak je prikladan za pripremu filmskih materijala.Kako bi se postigla bolja fleksibilnost, dodaje se velika količina organske tvari, a procesni parametri moraju biti strogo kontrolirani, inače će lako izazvati nedostatke kao što su ljuštenje, pruge, slaba čvrstoća filma ili teško ljuštenje.Korištena organska tvar je otrovna i uzrokovat će onečišćenje okoliša, a neotrovni ili manje toksičan sustav treba koristiti što je više moguće kako bi se smanjilo onečišćenje okoliša.

2.4 Gel injekcijsko prešanje
Tehnologija brizganja u gelu novi je koloidni proces brze izrade prototipova koji su prvi izumili istraživači iz Nacionalnog laboratorija Oak Ridge početkom 1990-ih.U središtu je upotreba otopina organskih monomera koje se polimeriziraju u bočno povezane gelove polimer-otapalo visoke čvrstoće.

Suspenzija keramičkog praha otopljenog u otopini organskih monomera lijeva se u kalup, a smjesa monomera polimerizira u obliku geliranog dijela.Budući da bočno povezani polimer-otapalo sadrži samo 10%–20% (maseni udio) polimera, lako je ukloniti otapalo iz dijela gela korakom sušenja.Istodobno, zbog bočne povezanosti polimera, polimeri ne mogu migrirati s otapalom tijekom procesa sušenja.

Ova se metoda može koristiti za proizvodnju jednofaznih i kompozitnih keramičkih dijelova, koji mogu oblikovati keramičke dijelove složenog oblika, kvazi-neta veličine, a njihova zelena čvrstoća je čak 20-30Mpa ili više, što se može ponovno obraditi.Glavni problem ove metode je što je stopa skupljanja tijela embrija relativno visoka tijekom procesa zgušnjavanja, što lako dovodi do deformacije tijela embrija;neki organski monomeri imaju inhibiciju kisika, što uzrokuje ljuštenje i otpadanje površine;zbog temperaturno induciranog procesa polimerizacije organskog monomera, uzrokujući Temperaturno brijanje dovodi do postojanja unutarnjeg naprezanja, što uzrokuje lomljenje praznina i tako dalje.

2.5 Izravno skrućivanje injekcijskim prešanjem
Injekcijsko prešanje s izravnim skrućivanjem je tehnologija prešanja koju je razvio ETH Zurich: voda s otapalom, keramički prah i organski dodaci potpuno se miješaju kako bi se dobila elektrostatički stabilna kaša niske viskoznosti s visokim sadržajem krutine, koja se može promijeniti dodavanjem pH vrijednosti kaše ili kemikalija koji povećavaju koncentraciju elektrolita, tada se kaša ubrizgava u neporozni kalup.

Kontrolirajte tijek kemijskih reakcija tijekom procesa.Reakcija prije injekcijskog prešanja provodi se polako, viskoznost kaše se održava niskom, a reakcija se ubrzava nakon injekcijskog prešanja, kaša se skrutne, a tekuća kaša se transformira u čvrsto tijelo.Dobiveno zeleno tijelo ima dobra mehanička svojstva, a čvrstoća može doseći 5kPa.Zeleno tijelo se vadi iz kalupa, suši i sinterira kako bi se formirao keramički dio željenog oblika.

Prednosti su mu što ne treba ili treba samo malu količinu organskih dodataka (manje od 1%), zeleno tijelo ne treba odmašćivati, gustoća zelenog tijela je ujednačena, relativna gustoća je visoka (55%~ 70%), a može oblikovati keramičke dijelove velikih dimenzija i složenih oblika.Nedostatak mu je što su aditivi skupi, a tijekom reakcije uglavnom se oslobađa plin.

2.6 Injekcijsko prešanje
Injekcijsko prešanje dugo se koristi u prešanju plastičnih proizvoda i prešanju metalnih kalupa.Ovaj proces koristi stvrdnjavanje termoplastičnih organskih materijala na niskim temperaturama ili stvrdnjavanje termoreaktivnih organskih materijala na visokim temperaturama.Prah i organski nosač se miješaju u posebnoj opremi za miješanje, a zatim se ubrizgavaju u kalup pod visokim pritiskom (desetke do stotine MPa).Zbog velikog tlaka kalupljenja, dobiveni prirobci imaju precizne dimenzije, visoku glatkoću i kompaktnu strukturu;korištenje posebne opreme za oblikovanje uvelike poboljšava učinkovitost proizvodnje.

Kasnih 1970-ih i ranih 1980-ih, postupak injekcijskog prešanja primijenjen je na prešanje keramičkih dijelova.Ovaj proces ostvaruje plastično oblikovanje neplodnih materijala dodavanjem velike količine organske tvari, što je uobičajeni proces keramičkog plastičnog kalupljenja.U tehnologiji injekcijskog prešanja, uz korištenje termoplastičnih organskih materijala (poput polietilena, polistirena), termoreaktivnih organskih materijala (poput epoksidne smole, fenolne smole) ili polimera topivih u vodi kao glavnog veziva, potrebno je dodati određene količine procesa pomoćna sredstva kao što su plastifikatori, maziva i sredstva za spajanje kako bi se poboljšala fluidnost suspenzije za ubrizgavanje keramike i osigurala kvaliteta tijela lijevanog ubrizgavanjem.

Proces injekcijskog prešanja ima prednosti visokog stupnja automatizacije i precizne veličine kalupa.Međutim, organski sadržaj u zelenom tijelu brizganih keramičkih dijelova je čak 50 vol%.Potrebno je dugo vremena, čak nekoliko dana do desetaka dana, da se te organske tvari uklone u procesu sinteriranja koji slijedi, a lako je uzrokovati kvarove kvalitete.

2.7 Koloidno injekcijsko prešanje
Kako bi se riješili problemi velike količine dodane organske tvari i poteškoće u uklanjanju poteškoća u tradicionalnom procesu injekcijskog prešanja, Sveučilište Tsinghua kreativno je predložilo novi postupak za koloidno injekcijsko prešanje keramike i neovisno razvilo prototip koloidnog injekcijskog prešanja realizirati injektiranje jalove keramičke kaše.formiranje.

Osnovna ideja je kombinirati koloidno prešanje s injekcijskim prešanjem, korištenjem vlastite opreme za ubrizgavanje i nove tehnologije stvrdnjavanja koju pruža koloidni proces skrućivanja na licu mjesta.Ovaj novi proces koristi manje od 4 wt.% organske tvari.Mala količina organskih monomera ili organskih spojeva u suspenziji na bazi vode koristi se za brzo induciranje polimerizacije organskih monomera nakon ubrizgavanja u kalup kako bi se formirao kostur organske mreže, koji ravnomjerno obavija keramički prah.Među njima ne samo da se uvelike skraćuje vrijeme degumiranja, već se uvelike smanjuje i mogućnost pucanja degumiranja.

Velika je razlika između injekcijskog prešanja keramike i koloidnog prešanja.Glavna razlika je u tome što prvo spada u kategoriju plastičnog prešanja, a drugo u muljno prešanje, odnosno talog nema plastičnost i neplodan je materijal.Budući da kaša nema plastičnost u koloidnom prešanju, tradicionalna ideja keramičkog injekcijskog prešanja ne može se usvojiti.Ako se koloidno prešanje kombinira s injekcijskim prešanjem, koloidno injekcijsko prešanje keramičkih materijala ostvaruje se korištenjem vlastite opreme za ubrizgavanje i nove tehnologije stvrdnjavanja koju pruža koloidni in situ proces prešanja.

Novi postupak koloidnog injekcijskog prešanja keramike razlikuje se od općeg koloidnog prešanja i tradicionalnog injekcijskog prešanja.Prednost visokog stupnja automatizacije kalupljenja je kvalitativna sublimacija procesa koloidnog kalupljenja, što će postati nada za industrijalizaciju visokotehnološke keramike.