Dziewięć precyzyjnych procesów formowania ceramiki cyrkonowej

Dziewięć precyzyjnych procesów formowania ceramiki cyrkonowej
Proces formowania pełni rolę łączącą w całym procesie przygotowania materiałów ceramicznych i jest kluczem do zapewnienia niezawodności działania i powtarzalności produkcji materiałów i komponentów ceramicznych.
Wraz z rozwojem społeczeństwa tradycyjna metoda ręcznego ugniatania, metoda formowania kół, metoda fugowania itp. tradycyjnej ceramiki nie jest już w stanie zaspokoić potrzeb współczesnego społeczeństwa w zakresie produkcji i udoskonalania, dlatego narodził się nowy proces formowania.Drobne materiały ceramiczne ZrO2 są szeroko stosowane w następujących 9 rodzajach procesów formowania (2 rodzaje metod suchych i 7 rodzajów metod mokrych):

1. Formowanie na sucho

1.1 Prasowanie na sucho

Prasowanie na sucho wykorzystuje ciśnienie w celu wciśnięcia proszku ceramicznego w określony kształt ciała.Jego istotą jest to, że pod działaniem siły zewnętrznej cząsteczki proszku zbliżają się do siebie w formie i są trwale łączone poprzez tarcie wewnętrzne, aby zachować określony kształt.Główną wadą surowych mas prasowanych na sucho jest spalacja, która jest spowodowana tarciem wewnętrznym pomiędzy proszkami oraz tarciem pomiędzy proszkami a ścianką formy, co powoduje utratę ciśnienia wewnątrz korpusu.

Zaletami prasowania na sucho jest to, że rozmiar surowego korpusu jest dokładny, operacja jest prosta i wygodna jest realizacja operacji zmechanizowanej;zawartość wilgoci i spoiwa w surowym prasowaniu na sucho jest mniejsza, a skurcz podczas suszenia i wypalania jest niewielki.Stosowany jest głównie do formowania produktów o prostych kształtach, a współczynnik kształtu jest niewielki.Wadą prasowania na sucho są zwiększone koszty produkcji spowodowane zużyciem formy.

1.2 Prasowanie izostatyczne

Prasowanie izostatyczne to specjalna metoda formowania opracowana na bazie tradycyjnego prasowania na sucho.Wykorzystuje ciśnienie przenoszenia płynu, aby równomiernie wywierać nacisk na proszek wewnątrz elastycznej formy ze wszystkich kierunków.Ze względu na niezmienność wewnętrznego ciśnienia płynu, proszek wytrzymuje to samo ciśnienie we wszystkich kierunkach, dzięki czemu można uniknąć różnicy w gęstości surowej bryły.

Prasowanie izostatyczne dzieli się na prasowanie izostatyczne w mokrym worku i prasowanie izostatyczne w suchym worku.Prasowanie izostatyczne w mokrych workach może tworzyć produkty o skomplikowanych kształtach, ale może działać tylko sporadycznie.Prasowanie izostatyczne w suchych workach może realizować automatyczną, ciągłą pracę, ale może tworzyć tylko produkty o prostych kształtach, takich jak przekroje kwadratowe, okrągłe i rurowe.Prasowanie izostatyczne pozwala uzyskać jednolitą i gęstą zieloną masę, z małym skurczem przy wypalaniu i równomiernym skurczem we wszystkich kierunkach, ale sprzęt jest skomplikowany i kosztowny, a wydajność produkcji nie jest wysoka i nadaje się tylko do produkcji materiałów o specjalnych wymagania.

2. Formowanie na mokro

2.1 Fugowanie
Proces formowania przez fugowanie jest podobny do odlewania taśm, z tą różnicą, że proces formowania obejmuje proces fizycznego odwodnienia i proces chemicznej koagulacji.Fizyczne odwodnienie usuwa wodę z zawiesiny poprzez działanie kapilarne porowatej formy gipsowej.Ca2+ powstający w wyniku rozpuszczenia powierzchniowego CaSO4 zwiększa siłę jonową zawiesiny, powodując flokulację zawiesiny.
Pod wpływem fizycznego odwodnienia i chemicznej koagulacji cząstki proszku ceramicznego osadzają się na ściance formy gipsowej.Fugowanie nadaje się do przygotowania dużych części ceramicznych o skomplikowanych kształtach, ale jakość surowej masy, w tym kształt, gęstość, wytrzymałość itp., jest niska, pracochłonność pracowników jest wysoka i nie jest odpowiednia do operacji zautomatyzowanych.

2.2 Odlewanie na gorąco
Odlewanie na gorąco polega na mieszaniu proszku ceramicznego ze spoiwem (parafiną) w stosunkowo wysokiej temperaturze (60 ~ 100 ℃) w celu uzyskania zawiesiny do odlewania na gorąco.Zawiesinę wtryskuje się do metalowej formy pod działaniem sprężonego powietrza i utrzymuje się ciśnienie.Chłodzenie, wyjmowanie z formy w celu uzyskania woskowego półfabrykatu, woskowy blankiet jest odparafinowany pod ochroną obojętnego proszku w celu uzyskania surowej bryły, a surową bryłę spieka się w wysokiej temperaturze, aby stać się porcelaną.

Surowy korpus utworzony przez odlewanie na gorąco ma dokładne wymiary, jednolitą strukturę wewnętrzną, mniejsze zużycie formy i wysoką wydajność produkcji oraz nadaje się do różnych surowców.Temperatura zawiesiny wosku i formy musi być ściśle kontrolowana, w przeciwnym razie spowoduje to wtrysk lub odkształcenie, dlatego nie nadaje się do produkcji dużych części, a dwuetapowy proces wypalania jest skomplikowany, a zużycie energii wysokie.

2.3 Odlewanie taśmy
Odlewanie taśmy polega na całkowitym wymieszaniu proszku ceramicznego z dużą ilością organicznych spoiw, plastyfikatorów, dyspergatorów itp. w celu uzyskania płynnej lepkiej zawiesiny, dodaniu zawiesiny do leja zasypowego maszyny odlewniczej i użyciu skrobaka do kontrolowania grubości.Przez dyszę podającą wypływa ona na przenośnik taśmowy, a po wysuszeniu otrzymuje się półfabrykat folii.

Proces ten jest odpowiedni do przygotowania materiałów filmowych.Aby uzyskać większą elastyczność, dodaje się dużą ilość materii organicznej i należy ściśle kontrolować parametry procesu, w przeciwnym razie łatwo będzie dojść do powstania defektów w postaci łuszczenia się, zacieków, małej wytrzymałości filmu lub utrudnionego łuszczenia.Stosowana materia organiczna jest toksyczna i powoduje zanieczyszczenie środowiska, dlatego w celu zmniejszenia zanieczyszczenia środowiska należy w miarę możliwości stosować nietoksyczny lub mniej toksyczny system.

2.4 Formowanie wtryskowe żelu
Technologia formowania wtryskowego żelu to nowy koloidalny proces szybkiego prototypowania, wynaleziony po raz pierwszy przez naukowców z Oak Ridge National Laboratory na początku lat 90-tych.U podstaw leży zastosowanie organicznych roztworów monomerów, które polimeryzują w wysokiej wytrzymałości, bocznie połączone żele polimer-rozpuszczalnik.

Zawiesinę proszku ceramicznego rozpuszczoną w roztworze monomerów organicznych wlewa się do formy, a mieszanina monomerów polimeryzuje, tworząc zżelowaną część.Ponieważ bocznie połączony polimer-rozpuszczalnik zawiera tylko 10–20% (ułamek masowy) polimeru, łatwo jest usunąć rozpuszczalnik z części żelowej w etapie suszenia.Jednocześnie, ze względu na boczne połączenie polimerów, polimery nie mogą migrować wraz z rozpuszczalnikiem podczas procesu suszenia.

Metodę tę można stosować do produkcji jednofazowych i kompozytowych części ceramicznych, które mogą tworzyć części ceramiczne o skomplikowanych kształtach, o wielkości quasi-siatki, a jej wytrzymałość na surowo wynosi aż 20-30Mpa lub więcej, i można je ponownie przetworzyć.Głównym problemem tej metody jest to, że stopień kurczenia się korpusu zarodka jest stosunkowo duży w procesie zagęszczania, co łatwo prowadzi do deformacji korpusu zarodka;niektóre monomery organiczne hamują tlen, co powoduje łuszczenie się i odpadanie powierzchni;ze względu na indukowany temperaturą proces polimeryzacji monomerów organicznych, powodujący golenie temperaturowe prowadzi do istnienia naprężeń wewnętrznych, które powodują pękanie półfabrykatów i tak dalej.

2.5 Formowanie wtryskowe metodą bezpośredniego zestalania
Formowanie wtryskowe z bezpośrednim krzepnięciem to technologia formowania opracowana przez ETH Zurich: woda rozpuszczalnikowa, proszek ceramiczny i dodatki organiczne są całkowicie wymieszane w celu utworzenia elektrostatycznie stabilnej zawiesiny o niskiej lepkości i dużej zawartości części stałych, którą można zmienić poprzez dodanie pH szlamu lub środków chemicznych które zwiększają stężenie elektrolitu, następnie zawiesinę wtryskuje się do nieporowatej formy.

Kontroluj przebieg reakcji chemicznych w trakcie procesu.Reakcję przed formowaniem wtryskowym prowadzi się powoli, lepkość zawiesiny utrzymuje się na niskim poziomie, a po formowaniu wtryskowym reakcja ulega przyspieszeniu, zawiesina zestala się, a płynna zawiesina przekształca się w ciało stałe.Otrzymana masa surowa charakteryzuje się dobrymi właściwościami mechanicznymi, a wytrzymałość może sięgać 5 kPa.Surowy korpus jest rozbierany, suszony i spiekany, aby utworzyć część ceramiczną o pożądanym kształcie.

Jego zaletą jest to, że nie wymaga lub wymaga jedynie niewielkiej ilości dodatków organicznych (mniej niż 1%), surowa masa nie wymaga odtłuszczania, masa surowa jest jednolita, gęstość względna jest wysoka (55% ~ 70%) i może tworzyć części ceramiczne o dużych rozmiarach i skomplikowanych kształtach.Jego wadą jest to, że dodatki są drogie, a podczas reakcji zazwyczaj wydziela się gaz.

2.6 Formowanie wtryskowe
Formowanie wtryskowe jest od dawna stosowane w formowaniu wyrobów z tworzyw sztucznych i formowaniu form metalowych.W procesie tym wykorzystuje się utwardzanie w niskiej temperaturze termoplastycznych substancji organicznych lub utwardzanie w wysokiej temperaturze termoutwardzalnych substancji organicznych.Proszek i nośnik organiczny miesza się w specjalnym urządzeniu mieszającym, a następnie wtryskuje do formy pod wysokim ciśnieniem (dziesiątki do setek MPa).Dzięki dużemu naciskowi formowania otrzymane półfabrykaty charakteryzują się precyzyjnymi wymiarami, dużą gładkością i zwartą budową;zastosowanie specjalnego sprzętu do formowania znacznie poprawia wydajność produkcji.

Pod koniec lat siedemdziesiątych i na początku osiemdziesiątych XX wieku do formowania części ceramicznych zastosowano proces formowania wtryskowego.Proces ten polega na formowaniu plastycznym jałowych materiałów poprzez dodanie dużej ilości materii organicznej, co jest powszechnym procesem formowania tworzyw ceramicznych.W technologii wtrysku, oprócz stosowania jako głównego spoiwa materiałów organicznych termoplastycznych (takich jak polietylen, polistyren), organicznych termoutwardzalnych (takich jak żywica epoksydowa, żywica fenolowa) czy polimerów rozpuszczalnych w wodzie, konieczne jest dodanie określonych ilości procesowych środki pomocnicze, takie jak plastyfikatory, smary i środki sprzęgające, poprawiające płynność ceramicznej zawiesiny wtryskowej i zapewniające jakość formowanego wtryskowo korpusu.

Zaletą procesu formowania wtryskowego jest wysoki stopień automatyzacji i precyzyjny rozmiar półwyrobu formierskiego.Jednakże zawartość substancji organicznych w surowej masie części ceramicznych formowanych wtryskowo sięga aż 50% obj.Eliminacja tych substancji organicznych w późniejszym procesie spiekania zajmuje dużo czasu, nawet od kilku do kilkudziesięciu dni, a łatwo jest spowodować wady jakościowe.

2.7 Formowanie wtryskowe koloidalne
Aby rozwiązać problemy związane z dużą ilością dodanej materii organicznej i trudnością w wyeliminowaniu trudności w tradycyjnym procesie formowania wtryskowego, Uniwersytet Tsinghua twórczo zaproponował nowy proces koloidalnego formowania wtryskowego ceramiki i niezależnie opracował prototyp koloidalnego formowania wtryskowego w celu realizacji wtrysku jałowej zawiesiny ceramicznej.formowanie.

Podstawową ideą jest połączenie formowania koloidalnego z formowaniem wtryskowym, przy użyciu autorskiego sprzętu wtryskowego i nowej technologii utwardzania zapewnianej przez proces koloidalnego formowania zestalonego na miejscu.W tym nowym procesie wykorzystuje się mniej niż 4% wag. materii organicznej.Niewielka ilość monomerów organicznych lub związków organicznych w zawiesinie wodnej służy do szybkiego wywołania polimeryzacji monomerów organicznych po wtryśnięciu do formy w celu utworzenia organicznego szkieletu sieciowego, który równomiernie otula proszek ceramiczny.Wśród nich nie tylko czas odśluzowania jest znacznie skrócony, ale także znacznie zmniejszona jest możliwość pękania odśluzowania.

Istnieje ogromna różnica pomiędzy formowaniem wtryskowym ceramiki a formowaniem koloidalnym.Główna różnica polega na tym, że ta pierwsza należy do kategorii formowania tworzyw sztucznych, a druga do formowania w zawiesinie, to znaczy zawiesina nie ma plastyczności i jest materiałem jałowym.Ponieważ zawiesina nie ma plastyczności podczas formowania koloidalnego, nie można zastosować tradycyjnej koncepcji formowania wtryskowego ceramiki.Jeżeli formowanie koloidalne łączy się z formowaniem wtryskowym, koloidalne formowanie wtryskowe materiałów ceramicznych realizowane jest przy użyciu opatentowanego sprzętu wtryskowego i nowej technologii utwardzania zapewnianej przez proces formowania koloidalnego in-situ.

Nowy proces koloidalnego formowania wtryskowego ceramiki różni się od ogólnego formowania koloidalnego i tradycyjnego formowania wtryskowego.Zaletą wysokiego stopnia automatyzacji formowania jest jakościowa sublimacja procesu formowania koloidalnego, co stanie się nadzieją dla uprzemysłowienia ceramiki high-tech.