Девет процеса на прецизно формоване на циркониева керамика

Девет процеса на прецизно формоване на циркониева керамика
Процесът на формоване играе свързваща роля в целия процес на подготовка на керамични материали и е ключът към осигуряване на надеждност на работата и повторяемост на производството на керамични материали и компоненти.
С развитието на обществото традиционният метод на ръчно месене, методът на формоване на колело, методът на фугиране и т.н. на традиционната керамика вече не може да отговори на нуждите на съвременното общество за производство и усъвършенстване, така че се роди нов процес на формоване.ZrO2 фините керамични материали се използват широко в следните 9 вида процеси на формоване (2 вида сухи методи и 7 вида мокри методи):

1. Сухо формоване

1.1 Сухо пресоване

Сухото пресоване използва натиск за пресоване на керамичен прах в определена форма на тялото.Същността му е, че под действието на външна сила частиците на праха се приближават една към друга във формата и се свързват здраво чрез вътрешно триене, за да поддържат определена форма.Основният дефект при сухо пресованите зелени тела е разцепването, което се дължи на вътрешното триене между праховете и триенето между праховете и стената на формата, което води до загуба на налягане вътре в тялото.

Предимствата на сухото пресоване са, че размерът на зеленото тяло е точен, операцията е проста и е удобно да се реализира механизирана операция;съдържанието на влага и свързващо вещество в зеленото сухо пресоване е по-малко, а свиването при сушене и изпичане е малко.Използва се главно за формиране на продукти с прости форми, а съотношението на страните е малко.Повишените производствени разходи, причинени от износването на формата, са недостатъкът на сухото пресоване.

1.2 Изостатично пресоване

Изостатичното пресоване е специален метод на формоване, разработен на базата на традиционното сухо пресоване.Той използва налягане при предаване на течност, за да приложи равномерно налягане върху праха вътре в еластичната форма от всички посоки.Поради постоянството на вътрешното налягане на течността, прахът понася еднакво налягане във всички посоки, така че разликата в плътността на зеленото тяло може да бъде избегната.

Изостатичното пресоване се разделя на изостатично пресоване в мокра торба и изостатично пресоване в суха торба.Изостатичното пресоване с мокър чувал може да формира продукти със сложни форми, но може да работи само периодично.Изостатичното пресоване на сухи торби може да реализира автоматична непрекъсната работа, но може да формира само продукти с прости форми като квадратни, кръгли и тръбни напречни сечения.Изостатичното пресоване може да получи равномерно и плътно зелено тяло, с малко свиване при изпичане и равномерно свиване във всички посоки, но оборудването е сложно и скъпо, а производствената ефективност не е висока и е подходящо само за производство на материали със специални изисквания.

2. Мокро формоване

2.1 Фугиране
Процесът на формоване чрез фугиране е подобен на леенето на лента, разликата е, че процесът на формоване включва процес на физическа дехидратация и процес на химическа коагулация.Физическата дехидратация премахва водата в суспензията чрез капилярното действие на порестата гипсова форма.Ca2+, генериран от разтварянето на повърхностния CaSO4, увеличава йонната сила на суспензията, което води до флокулация на суспензията.
Под действието на физическа дехидратация и химическа коагулация, частиците на керамичния прах се отлагат върху стената на гипсовата форма.Фугирането е подходящо за подготовка на мащабни керамични части със сложни форми, но качеството на зеленото тяло, включително форма, плътност, здравина и т.н., е лошо, интензивността на труда на работниците е висока и не е подходящо за автоматизирани операции.

2.2 Горещо леене под налягане
Горещото леене под налягане е смесване на керамичен прах със свързващо вещество (парафин) при относително висока температура (60~100 ℃), за да се получи суспензия за горещо леене под налягане.Суспензията се впръсква в металната форма под действието на сгъстен въздух и налягането се поддържа.Охлаждане, деформиране за получаване на восъчна заготовка, восъчната заготовка се депарафинизира под защитата на инертен прах, за да се получи зелено тяло, а зеленото тяло се синтерува при висока температура, за да стане порцелан.

Зеленото тяло, образувано чрез горещо леене под налягане, има точни размери, еднаква вътрешна структура, по-малко износване на матрицата и висока производствена ефективност и е подходящо за различни суровини.Температурата на восъчната суспензия и матрицата трябва да се контролира стриктно, в противен случай ще доведе до инжектиране или деформация, така че не е подходяща за производство на големи части, а процесът на изпичане в две стъпки е сложен и консумацията на енергия е висока.

2.3 Леене на лента
Леенето на лента е пълното смесване на керамичен прах с голямо количество органични свързващи вещества, пластификатори, дисперсанти и т.н., за да се получи течлива вискозна суспензия, добавяне на суспензията към бункера на леярската машина и използване на скрепер за контролиране на дебелината.Той изтича към транспортната лента през захранващата дюза и заготовката на филма се получава след изсушаване.

Този процес е подходящ за подготовка на филмови материали.За да се получи по-добра гъвкавост, се добавя голямо количество органична материя и параметрите на процеса трябва да бъдат стриктно контролирани, в противен случай лесно ще причинят дефекти като отлепване, ивици, ниска якост на филма или трудно отлепване.Използваната органична материя е токсична и ще причини замърсяване на околната среда и трябва да се използва нетоксична или по-малко токсична система, доколкото е възможно, за да се намали замърсяването на околната среда.

2.4 Гел шприцване
Технологията за леене под налягане с гел е нов колоиден процес за бързо създаване на прототипи, изобретен за първи път от изследователи в Националната лаборатория в Оук Ридж в началото на 90-те години.В основата му е използването на органични мономерни разтвори, които се полимеризират във високоякостни, странично свързани гелове полимер-разтворител.

Суспензия от керамичен прах, разтворен в разтвор на органични мономери, се отлива във форма и мономерната смес се полимеризира, за да образува желирана част.Тъй като странично свързаният полимер-разтворител съдържа само 10%–20% (масова част) полимер, лесно е разтворителят да се отстрани от гелообразната част чрез етап на сушене.В същото време, поради страничната връзка на полимерите, полимерите не могат да мигрират с разтворителя по време на процеса на сушене.

Този метод може да се използва за производство на еднофазни и композитни керамични части, които могат да образуват керамични части със сложна форма, квази-мрежов размер, и неговата здравина в зелено е до 20-30Mpa или повече, която може да бъде преработена.Основният проблем на този метод е, че скоростта на свиване на тялото на ембриона е относително висока по време на процеса на уплътняване, което лесно води до деформация на тялото на ембриона;някои органични мономери имат кислородно инхибиране, което кара повърхността да се лющи и пада;поради предизвикания от температурата процес на полимеризация на органичния мономер, причиняващ Температурното бръснене води до съществуването на вътрешно напрежение, което причинява счупване на заготовките и т.н.

2.5 Инжекционно формоване с директно втвърдяване
Директното втвърдяване чрез впръскване е технология за формоване, разработена от ETH Zurich: разтворител вода, керамичен прах и органични добавки се смесват напълно, за да образуват електростатично стабилна суспензия с нисък вискозитет и високо съдържание на твърдо вещество, която може да бъде променена чрез добавяне на рН на суспензията или химикали които повишават концентрацията на електролита, тогава суспензията се инжектира в непореста форма.

Контролирайте хода на химичните реакции по време на процеса.Реакцията преди леене под налягане се извършва бавно, вискозитетът на суспензията се поддържа нисък и реакцията се ускорява след леене под налягане, суспензията се втвърдява и течната суспензия се трансформира в твърдо тяло.Полученото зелено тяло има добри механични свойства и якостта може да достигне 5kPa.Зеленото тяло се изважда от формата, изсушава се и се синтерова, за да се образува керамична част с желаната форма.

Предимствата му са, че не се нуждае или се нуждае само от малко количество органични добавки (по-малко от 1%), зеленото тяло не се нуждае от обезмасляване, плътността на зеленото тяло е еднаква, относителната плътност е висока (55% ~ 70%) и може да формира керамични части с големи размери и сложна форма.Недостатъкът му е, че добавките са скъпи и по време на реакцията обикновено се отделя газ.

2.6 Шприцоване
Шприцоването отдавна се използва при формоването на пластмасови продукти и формоването на метални форми.Този процес използва втвърдяване при ниска температура на термопластични органични вещества или втвърдяване при висока температура на термореактивни органични вещества.Прахът и органичният носител се смесват в специално оборудване за смесване и след това се инжектират във формата под високо налягане (десетки до стотици MPa).Благодарение на голямото налягане на формоване, получените заготовки са с точни размери, висока гладкост и компактна структура;използването на специално оборудване за формоване значително подобрява ефективността на производството.

В края на 1970-те и началото на 1980-те години процесът на леене под налягане се прилага за формоването на керамични части.Този процес реализира пластмасовото формоване на безплодни материали чрез добавяне на голямо количество органична материя, което е обичаен процес на формоване на керамична пластмаса.В технологията за леене под налягане, в допълнение към използването на термопластични органични вещества (като полиетилен, полистирол), термореактивни органични вещества (като епоксидна смола, фенолна смола) или водоразтворими полимери като основно свързващо вещество, е необходимо да се добавят определени количества от процеса спомагателни средства като пластификатори, смазочни вещества и свързващи агенти за подобряване на течливостта на керамичната инжекционна суспензия и осигуряване на качеството на шприцованото тяло.

Процесът на леене под налягане има предимствата на висока степен на автоматизация и точен размер на формовъчната заготовка.Въпреки това, органичното съдържание в зеленото тяло на шприцовани керамични части достига до 50 об.Отнема много време, дори няколко дни до десетки дни, за да се елиминират тези органични вещества в последващия процес на синтероване и е лесно да се причинят дефекти в качеството.

2.7 Колоидно леене под налягане
За да разреши проблемите с голямото количество добавена органична материя и трудността да се елиминират трудностите в традиционния процес на леене под налягане, университетът Цинхуа творчески предложи нов процес за колоидно леене под налягане на керамика и независимо разработи прототип на колоидно леене под налягане за реализиране на инжектирането на безплодна керамична суспензия.формиране.

Основната идея е да се комбинира колоидно формоване с инжекционно формоване, като се използва собствено оборудване за инжектиране и нова технология за втвърдяване, осигурена от колоидния процес на втвърдяване на място.Този нов процес използва по-малко от 4 тегл.% органична материя.Малко количество органични мономери или органични съединения в суспензията на водна основа се използва за бързо индуциране на полимеризация на органични мономери след инжектиране във формата, за да се образува органичен мрежов скелет, който равномерно обвива керамичния прах.Сред тях не само времето за дегумиране е значително съкратено, но и възможността от напукване на дегумирането е значително намалена.

Има огромна разлика между леене под налягане на керамика и колоидно формоване.Основната разлика е, че първият принадлежи към категорията на формоване на пластмаса, а последният принадлежи към формоване на суспензия, тоест суспензията няма пластичност и е безплоден материал.Тъй като суспензията няма пластичност при колоидно формоване, традиционната идея за керамично леене под налягане не може да бъде възприета.Ако колоидното формоване се комбинира с леене под налягане, колоидното леене под налягане на керамични материали се реализира чрез използване на собствено оборудване за шприцване и нова технология за втвърдяване, осигурена от колоиден процес на формоване на място.

Новият процес на колоидно леене под налягане на керамика е различен от общото колоидно формоване и традиционното леене под налягане.Предимството на високата степен на автоматизация на формоването е качествена сублимация на процеса на колоидно формоване, което ще се превърне в надеждата за индустриализацията на високотехнологичната керамика.