Devet procesa preciznog oblikovanja cirkonijumske keramike

Devet procesa preciznog oblikovanja cirkonijumske keramike
Proces oblikovanja igra povezujuću ulogu u cjelokupnom procesu pripreme keramičkih materijala i ključ je za osiguranje pouzdanosti performansi i ponovljivosti proizvodnje keramičkih materijala i komponenti.
S razvojem društva, tradicionalni način ručnog gnječenja, metoda oblikovanja kotača, metoda fugiranja itd. tradicionalne keramike više ne mogu zadovoljiti potrebe modernog društva za proizvodnjom i oplemenjivanjem, pa je rođen novi proces oblikovanja.ZrO2 fini keramički materijali se široko koriste u sljedećih 9 vrsta procesa oblikovanja (2 vrste suhih metoda i 7 vrsta mokrih metoda):

1. Suvo oblikovanje

1.1 Suvo presovanje

Suvo prešanje koristi pritisak da utisne keramički prah u određeni oblik tijela.Njegova suština je u tome da se pod djelovanjem vanjske sile čestice praha približavaju jedna drugoj u kalupu, te se unutrašnjim trenjem čvrsto spajaju kako bi zadržale određeni oblik.Glavni nedostatak kod suho presovanih zelenih tijela je ljuštenje, koje nastaje zbog unutrašnjeg trenja između prahova i trenja između praha i stijenke kalupa, što rezultira gubitkom tlaka unutar tijela.

Prednosti suhog prešanja su ta što je veličina zelenog tijela tačna, operacija je jednostavna i pogodno je realizirati mehanizirani rad;sadržaj vlage i veziva u zelenom suhom presovanju je manji, a skupljanje pri sušenju i pečenju je malo.Uglavnom se koristi za formiranje proizvoda jednostavnih oblika, a omjer stranica je mali.Povećan trošak proizvodnje uzrokovan habanjem kalupa je nedostatak suhog prešanja.

1.2 Izostatsko presovanje

Izostatsko prešanje je posebna metoda oblikovanja razvijena na bazi tradicionalnog suhog prešanja.Koristi pritisak prijenosa tekućine kako bi ravnomjerno izvršio pritisak na prah unutar elastičnog kalupa iz svih smjerova.Zbog konzistencije unutrašnjeg pritiska tečnosti, prah nosi isti pritisak u svim pravcima, tako da se može izbeći razlika u gustini zelenog tela.

Izostatičko prešanje dijeli se na izostatičko prešanje u mokrim vrećama i izostatičko prešanje sa suhim vrećama.Izostatičko prešanje mokre vreće može formirati proizvode složenih oblika, ali može raditi samo povremeno.Izostatičko prešanje suhih vreća može ostvariti automatski kontinuirani rad, ali može formirati proizvode samo jednostavnih oblika kao što su kvadratni, okrugli i cijevni poprečni presjeci.Izostatičkim presovanjem može se dobiti jednolično i gusto zeleno telo, sa malim skupljanjem pri pečenju i ujednačenim skupljanjem u svim pravcima, ali je oprema složena i skupa, a efikasnost proizvodnje nije visoka, a pogodna je samo za proizvodnju materijala sa posebnim zahtjevi.

2. Mokro oblikovanje

2.1 Fugiranje
Proces oblikovanja fugiranja sličan je livenju trake, razlika je u tome što proces oblikovanja uključuje proces fizičke dehidracije i proces kemijske koagulacije.Fizička dehidracija uklanja vodu u kaši kroz kapilarno djelovanje poroznog gipsanog kalupa.Ca2+ nastao rastvaranjem površinskog CaSO4 povećava ionsku snagu suspenzije, što rezultira flokulacijom suspenzije.
Pod dejstvom fizičke dehidracije i hemijske koagulacije, čestice keramičkog praha se talože na zid kalupa od gipsa.Fugiranje je pogodno za pripremu velikih keramičkih dijelova složenih oblika, ali je kvalitet zelenog tijela, uključujući oblik, gustoću, čvrstoću itd., loš, radni intenzitet radnika je visok i nije pogodan za automatizovane operacije.

2.2 Vruće livenje pod pritiskom
Toplo livenje pod pritiskom je mešanje keramičkog praha sa vezivom (parafinom) na relativno visokoj temperaturi (60~100℃) da bi se dobila suspenzija za livenje pod pritiskom.Mulj se ubrizgava u metalni kalup pod dejstvom komprimovanog vazduha, a pritisak se održava.Hlađenje, vađenje iz kalupa da bi se dobio voštani blank, voštani blank se deparazira pod zaštitom inertnog praha da bi se dobilo zeleno telo, a zeleno telo se sinteruje na visokoj temperaturi da postane porculan.

Zeleno tijelo formirano vrućim tlačnim lijevanjem ima precizne dimenzije, ujednačenu unutrašnju strukturu, manje habanje kalupa i visoku efikasnost proizvodnje, te je pogodno za različite sirovine.Temperaturu voska i kalupa potrebno je strogo kontrolisati, jer će u suprotnom doći do ubrizgavanja ili deformacije, tako da nije pogodan za proizvodnju velikih dijelova, a proces pečenja u dva koraka je komplikovan i potrošnja energije je velika.

2.3 Lijevanje trake
Lijevanje trake je potpuno miješanje keramičkog praha sa velikom količinom organskih veziva, plastifikatora, disperzanata, itd. kako bi se dobila tečna viskozna suspenzija, dodavanje suspenzije u spremnik mašine za livenje i korištenje strugača za kontrolu debljine.Istječe na transportnu traku kroz dovodnu mlaznicu, a nakon sušenja dobiva se prazan film.

Ovaj postupak je pogodan za pripremu filmskih materijala.Kako bi se postigla bolja fleksibilnost dodaje se velika količina organske tvari, a parametri procesa moraju biti strogo kontrolirani, inače će lako uzrokovati defekte kao što su ljuštenje, pruge, slaba čvrstoća filma ili teško ljuštenje.Korišćena organska materija je toksična i prouzrokovaće zagađenje životne sredine, a netoksičan ili manje toksičan sistem treba koristiti što je više moguće kako bi se smanjilo zagađenje životne sredine.

2.4 Injekciono brizganje gela
Tehnologija brizganja u gelu je novi koloidni brzi proces izrade prototipa koji su prvi izmislili istraživači iz Nacionalne laboratorije Oak Ridge početkom 1990-ih.U osnovi je upotreba otopina organskih monomera koji se polimeriziraju u visoko čvrste, bočno povezane gelove polimer-rastvarač.

Suspenzija keramičkog praha otopljenog u otopini organskih monomera se lijeva u kalup, a mješavina monomera polimerizira i formira želiran dio.Budući da bočno vezan polimer-rastvarač sadrži samo 10%-20% (maseni udio) polimera, lako je ukloniti otapalo iz gel dijela korakom sušenja.Istovremeno, zbog bočne veze polimera, polimeri ne mogu migrirati sa rastvaračem tokom procesa sušenja.

Ova metoda se može koristiti za proizvodnju jednofaznih i kompozitnih keramičkih dijelova, koji mogu formirati keramičke dijelove složenog oblika, veličine kvazi mreže, a njegova zelena čvrstoća je čak 20-30Mpa ili više, koji se mogu ponovno obraditi.Glavni problem ove metode je što je stopa skupljanja tijela embriona relativno visoka tokom procesa zgušnjavanja, što lako dovodi do deformacije tijela embriona;neki organski monomeri imaju inhibiciju kisika, što uzrokuje da se površina ljušti i otpada;zbog temperaturno induciranog procesa polimerizacije organskog monomera, uzrokujući temperaturno brijanje dovodi do postojanja unutrašnjeg naprezanja, što uzrokuje lomljenje blankova i tako dalje.

2.5 Direktno očvršćivanje injekcijskim prešanjem
Injekciono prešanje sa direktnim očvršćavanjem je tehnologija oblikovanja koju je razvila ETH Zurich: voda otapala, keramički prah i organski aditivi su potpuno pomiješani kako bi se formirao elektrostatički stabilan, nisko viskozitet, kaša visokog sadržaja krute tvari, koja se može promijeniti dodavanjem pH gnojiva ili kemikalija koji povećavaju koncentraciju elektrolita, tada se suspenzija ubrizgava u neporozni kalup.

Kontrolišite napredak hemijskih reakcija tokom procesa.Reakcija prije brizganja se odvija polako, viskozitet suspenzije se održava niskim, a reakcija se ubrzava nakon injekcijskog prelijevanja, suspenzija se stvrdnjava, a fluidna suspenzija se pretvara u čvrsto tijelo.Dobijeno zeleno tijelo ima dobra mehanička svojstva i čvrstoća može doseći 5kPa.Zeleno tijelo se vadi, suši i sinterira kako bi se formirao keramički dio željenog oblika.

Njegove prednosti su što ne treba ili mu je potrebna samo mala količina organskih aditiva (manje od 1%), zeleno tijelo ne treba odmašćivati, gustina zelenog tijela je ujednačena, relativna gustina je visoka (55% ~ 70%), a može formirati keramičke dijelove velikih i složenih oblika.Njegov nedostatak je što su aditivi skupi, a gas se uglavnom oslobađa tokom reakcije.

2.6 Injekciono prešanje
Injekciono prešanje se dugo koristilo u oblikovanju plastičnih proizvoda i kalupu za metalne kalupe.Ovaj proces koristi stvrdnjavanje na niskim temperaturama termoplastičnih organskih materijala ili visokotemperaturno sušenje termoreaktivnih organskih materijala.Prašak i organski nosač se miješaju u posebnoj opremi za miješanje, a zatim se ubrizgavaju u kalup pod visokim pritiskom (desetine do stotine MPa).Zbog velikog pritiska oblikovanja, dobijeni blankovi imaju precizne dimenzije, visoku glatkoću i kompaktnu strukturu;upotreba posebne opreme za oblikovanje uvelike poboljšava efikasnost proizvodnje.

Kasnih 1970-ih i ranih 1980-ih, postupak brizganja primijenjen je na kalupljenje keramičkih dijelova.Ovaj proces ostvaruje plastično oblikovanje neplodnih materijala dodavanjem velike količine organske materije, što je uobičajeni proces oblikovanja keramičke plastike.U tehnologiji brizganja, osim upotrebe termoplastičnih organskih tvari (kao što su polietilen, polistiren), termoreaktivnih organskih tvari (kao što su epoksidna smola, fenolna smola) 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 za poboljšanje fluidnosti keramičke injekcijske suspenzije i osiguravanje kvaliteta brizganog tijela.

Proces brizganja ima prednosti visokog stepena automatizacije i precizne veličine kalupa.Međutim, organski sadržaj u zelenom tijelu brizganih keramičkih dijelova je čak 50 vol%.Potrebno je dosta vremena, od nekoliko dana do desetina dana, da se ove organske supstance eliminišu u naknadnom procesu sinterovanja, a lako je izazvati i nedostatke u kvalitetu.

2.7 Koloidno brizganje
Kako bi riješio probleme velike količine dodane organske tvari i poteškoća u otklanjanju poteškoća u tradicionalnom procesu brizganja, Univerzitet Tsinghua kreativno je predložio novi proces koloidnog brizganja keramike i samostalno razvio prototip koloidnog brizganja. za realizaciju injektiranja neplodne keramičke suspenzije.formiranje.

Osnovna ideja je da se kombinuje koloidno prešanje sa brizganjem, korišćenjem sopstvene opreme za brizganje i nove tehnologije očvršćavanja koju obezbeđuje proces koloidnog in-situ očvršćavanja.Ovaj novi proces koristi manje od 4 tež.% organske materije.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 je vrijeme degumiranja znatno skraćeno, već je i mogućnost pucanja degumiranja znatno smanjena.

Postoji ogromna razlika između brizganja keramike i koloidnog livenja.Osnovna razlika je u tome što prvi spada u kategoriju plastičnih kalupa, a potonji u kašasti kalup, odnosno kaša nema plastičnost i neplodan je materijal.Budući da suspenzija nema plastičnost u koloidnom oblikovanju, tradicionalna ideja brizganja keramike ne može se usvojiti.Ako se koloidno prešanje kombinuje sa brizganjem, koloidno brizganje keramičkih materijala se realizuje korišćenjem vlasničke opreme za brizganje i nove tehnologije očvršćavanja koju obezbeđuje proces koloidnog in-situ livenja.

Novi proces koloidnog brizganja keramike razlikuje se od općeg koloidnog livenja i tradicionalnog brizganja.Prednost visokog stepena automatizacije oblikovanja je kvalitativna sublimacija procesa koloidnog oblikovanja, koji će postati nada za industrijalizaciju visokotehnološke keramike.