Nouă procese de modelare de precizie a ceramicii de zirconiu

Nouă procese de modelare de precizie a ceramicii de zirconiu
Procesul de modelare joacă un rol de legătură în întregul proces de preparare a materialelor ceramice și este cheia pentru a asigura fiabilitatea performanței și repetabilitatea producției materialelor și componentelor ceramice.
Odată cu dezvoltarea societății, metoda tradițională de frământare a mâinilor, metoda de formare a roților, metoda de chiting, etc. a ceramicii tradiționale nu mai poate satisface nevoile societății moderne pentru producție și perfecționare, astfel încât s-a născut un nou proces de modelare. Materialele ceramice fine ZRO2 sunt utilizate pe scară largă în următoarele 9 tipuri de procese de modelare (2 tipuri de metode uscate și 7 tipuri de metode umede):

1. Turnare uscată

1.1 Apăsare uscată

Presarea uscată folosește presiune pentru a apăsa pulberea ceramică într -o anumită formă a corpului. Esența sa este că, sub acțiunea forței externe, particulele de pulbere se apropie reciproc în matriță și sunt ferm combinate prin frecare internă pentru a menține o anumită formă. Principalul defect al corpurilor verzi presate la uscat este stropirea, care se datorează frecării interne dintre pulberi și frecarea dintre pulberi și peretele matriței, ceea ce duce la pierderea de presiune în interiorul corpului.

Avantajele presului uscat sunt că dimensiunea corpului verde este exactă, operația este simplă și este convenabil să realizăm funcționarea mecanizată; Conținutul de umiditate și liant în presarea uscată verde este mai mică, iar contracția de uscare și tragere este mică. Este utilizat în principal pentru a forma produse cu forme simple, iar raportul de aspect este mic. Costul de producție crescut cauzat de uzura mucegaiului este dezavantajul presului uscat.

1.2 presare izostatică

Presarea izostatică este o metodă de formare specială dezvoltată pe baza presului tradițional uscat. Utilizează presiunea de transmisie a fluidului pentru a aplica presiune uniform pe pulbere din matrița elastică din toate direcțiile. Datorită consistenței presiunii interne a fluidului, pulberea poartă aceeași presiune în toate direcțiile, astfel încât diferența de densitate a corpului verde poate fi evitată.

Presarea izostatică este împărțită în presiune izostatică a pungii umede și presarea izostatică a pungii. Presa izostatică a pungilor umede poate forma produse cu forme complexe, dar poate funcționa doar intermitent. Presarea izostatică a pungii uscate poate realiza o funcționare continuă automată, dar poate forma doar produse cu forme simple, cum ar fi secțiuni pătrate, rotunde și tubulare. Presarea izostatică poate obține un corp verde uniform și dens, cu o contracție mică de ardere și contracție uniformă în toate direcțiile, dar echipamentul este complex și costisitor, iar eficiența producției nu este ridicată și este potrivită doar pentru producerea de materiale cu cerințe speciale.

2. Formarea umedă

2.1 Grouting
Procesul de modelare a chitrurii este similar cu turnarea pe bandă, diferența este că procesul de modelare include procesul de deshidratare fizică și procesul de coagulare chimică. Deshidratarea fizică îndepărtează apa în suspensie prin acțiunea capilară a matriței poroase de gips. Ca2+ generat de dizolvarea Caso4 de suprafață crește rezistența ionică a suspensiei, rezultând flocularea suspensiei.
În cadrul acțiunii deshidratării fizice și a coagulării chimice, particulele de pulbere ceramică sunt depuse pe peretele matriței gipsului. Grotul este potrivit pentru pregătirea pieselor ceramice pe scară largă cu forme complexe, dar calitatea corpului verde, inclusiv forma, densitatea, rezistența etc., este slabă, intensitatea forței de muncă a lucrătorilor este ridicată și nu este potrivită pentru operațiuni automate.

2.2 Casting Hot Die
Turnarea cu matrițe fierbinți este de a amesteca pulbere ceramică cu liant (parafină) la o temperatură relativ ridicată (60 ~ 100 ℃) pentru a obține suspensie pentru turnarea cu matrițe fierbinți. Suspensia este injectată în matrița metalică sub acțiunea aerului comprimat, iar presiunea este menținută. Răcire, demolare pentru a obține un semifabricat de ceară, semifabricatul de ceară este dezgropat sub protecția unei pulberi inerte pentru a obține un corp verde, iar corpul verde este sinterizat la temperatură ridicată pentru a deveni porțelan.

Corpul verde format din turnarea cu matrițe fierbinți are dimensiuni precise, structură internă uniformă, o uzură mai mică a matriței și o eficiență ridicată a producției și este potrivit pentru diverse materii prime. Temperatura suspensiei de ceară și a matriței trebuie să fie strict controlată, altfel va provoca injecție sau deformare, astfel încât nu este potrivit pentru fabricarea pieselor mari, iar procesul de ardere în două etape este complicat, iar consumul de energie este mare.

2.3 turnare cu bandă
Turnarea cu bandă este de a amesteca complet pulbere ceramică cu o cantitate mare de lianți organici, plastifianți, dispersanți, etc. Pentru a obține o suspensie vâscoasă curgătoare, adăugați suspensia la buncăr al mașinii de turnare și folosiți un racper pentru a controla grosimea. Se curge spre banda transportoare prin duza de alimentare, iar filmul semifabricat este obținut după uscare.

Acest proces este potrivit pentru pregătirea materialelor de film. Pentru a obține o mai bună flexibilitate, se adaugă o cantitate mare de materie organică, iar parametrii procesului trebuie să fie controlați strict, altfel va provoca cu ușurință defecte precum decojirea, dungi, rezistență scăzută a filmului sau decojire dificilă. Materia organică utilizată este toxică și va provoca poluarea mediului, iar un sistem non-toxic sau mai puțin toxic ar trebui utilizat pe cât posibil pentru a reduce poluarea mediului.

2.4 Turnare prin injecție cu gel
Tehnologia de modelare prin injecție cu gel este un nou proces de prototipare rapidă coloidal inventat pentru prima dată de cercetătorii de la Laboratorul Național Oak Ridge la începutul anilor 1990. În centrul său se află utilizarea de soluții monomere organice care polimerizează în geluri de solvent polimer cu rezistență lateral, de înaltă rezistență.

O suspensie de pulbere ceramică dizolvată într -o soluție de monomeri organici este turnată într -o matriță, iar amestecul de monomeri polimerizează pentru a forma o parte gelată. Deoarece solventul polimer legat lateral conține doar 10% -20% (fracție de masă) polimer, este ușor să îndepărtați solventul din partea de gel printr-o etapă de uscare. În același timp, din cauza conexiunii laterale a polimenților, polimerii nu pot migra cu solventul în timpul procesului de uscare.

Această metodă poate fi utilizată pentru fabricarea pieselor ceramice monofazate și compozite, care pot forma piese ceramice în formă complexă, cvasi-net, iar rezistența sa verde este de până la 20-30MPA sau mai mult, care pot fi reprocesate. Principala problemă a acestei metode este că rata de contracție a corpului embrionului este relativ ridicată în timpul procesului de densificare, ceea ce duce cu ușurință la deformarea corpului embrionului; Unii monomeri organici au inhibarea oxigenului, ceea ce face ca suprafața să se coizi și să cadă; Datorită procesului de polimerizare a monomerului organic indus de temperatură, provocarea bărbieritului temperaturii duce la existența stresului intern, ceea ce face ca semifabricatele să fie rupte și așa mai departe.

2.5 Turnarea directă a injecției de solidificare
Modelarea directă a injecției de solidificare este o tehnologie de modelare dezvoltată de ETH Zurich: Apa cu solvent, pulbere ceramică și aditivii organici sunt complet amestecați pentru a forma electrostatic stabile, cu conținut scăzut de vâscozitate, cu conținut ridicat de solid, care poate fi modificat prin adăugarea pH-ului de nămol sau substanțe chimice care cresc concentrația electrolitică, apoi slurry-ul este injectat într-o mucegai non-poros.

Controlează progresul reacțiilor chimice în timpul procesului. Reacția înainte de modelarea prin injecție este efectuată lent, vâscozitatea suspensiei este menținută scăzută, iar reacția este accelerată după modelarea prin injecție, suspensia se solidifică și suspensia fluidului este transformată într -un corp solid. Corpul verde obținut are proprietăți mecanice bune, iar rezistența poate atinge 5kpa. Corpul verde este demodat, uscat și sinterizat pentru a forma o parte ceramică din forma dorită.

Avantajele sale sunt că nu are nevoie sau are nevoie doar de o cantitate mică de aditivi organici (mai puțin de 1%), corpul verde nu trebuie să se degreseze, densitatea corpului verde este uniformă, densitatea relativă este mare (55%~ 70%) și poate forma părți ceramice de dimensiuni mari și complexe. Dezavantajul său este că aditivii sunt scumpi, iar gazul este eliberat în general în timpul reacției.

2.6 Turnare prin injecție
Turnarea prin injecție a fost utilizată de mult timp în modelarea produselor din plastic și la modelarea matrițelor metalice. Acest proces folosește întărirea la temperatură scăzută a organicelor termoplastice sau întărirea la temperaturi ridicate a organicelor termozetătoare. Pulberea și purtătorul organic sunt amestecate într -un echipament special de amestecare, apoi injectate în matriță sub presiune ridicată (zeci până la sute de MPA). Datorită presiunii mari de modelare, semifabricatele obținute au dimensiuni precise, netezime ridicată și structură compactă; Utilizarea echipamentelor speciale de modelare îmbunătățește considerabil eficiența producției.

La sfârșitul anilor '70 și începutul anilor '80, procesul de modelare prin injecție a fost aplicat la modelarea pieselor ceramice. Acest proces realizează modelarea din plastic a materialelor sterile prin adăugarea unei cantități mari de materie organică, care este un proces comun de turnare din plastic ceramică. In injection molding technology, in addition to using thermoplastic organics (such as polyethylene, polystyrene), thermosetting organics (such as epoxy resin, phenolic resin), or water-soluble polymers as the main binder, it is necessary to add certain Quantities of process aids such as plasticizers, lubricants and coupling agents to improve the fluidity of the ceramic injection suspension and ensure the quality of the injection molded corp.

Procesul de modelare prin injecție are avantajele unui grad ridicat de automatizare și dimensiunea precisă a semifabricatului de modelare. Cu toate acestea, conținutul organic în corpul verde al pieselor ceramice turnate prin injecție este de până la 50Vol%. Este nevoie de mult timp, chiar și câteva zile până la zeci de zile, pentru a elimina aceste substanțe organice în procesul de sinterizare ulterior și este ușor să provocați defecte de calitate.

2.7 Turnare prin injecție coloidală
Pentru a rezolva problemele cantității mari de materie organică adăugată și dificultatea de a elimina dificultățile în procesul tradițional de modelare prin injecție, Universitatea Tsinghua a propus creativ un nou proces pentru modelarea injecției coloidale de ceramică și a dezvoltat în mod independent un prototip de modelare a injecției coloidale pentru a realiza injectarea injectării cu berbeci ceramice. formare.

Ideea de bază este de a combina modelarea coloidală cu modelarea prin injecție, folosind echipamente de injecție proprie și noua tehnologie de întărire oferită de procesul de modelare coloidal de solidificare in situ. Acest nou proces folosește mai puțin de 4%. O cantitate mică de monomeri organici sau compuși organici din suspensia pe bază de apă este utilizată pentru a induce rapid polimerizarea monomerilor organici după injectarea în matriță pentru a forma un schelet de rețea organică, care înfășoară uniform pulberea ceramică. Printre ei, nu numai timpul de degumare este foarte scurtat, dar și posibilitatea de a crăpa de degumare este mult redusă.

Există o diferență uriașă între modelarea prin injecție de ceramică și modelarea coloidală. Principala diferență este că prima aparține categoriei de modelare din plastic, iar cea de -a doua aparține modelării cu suspensie, adică suspensia nu are plasticitate și este un material stearnic. Deoarece suspensia nu are plasticitate în modelarea coloidală, nu poate fi adoptată ideea tradițională a modelării prin injecție ceramică. Dacă modelarea coloidală este combinată cu modelarea prin injecție, modelarea prin injecție coloidală a materialelor ceramice este realizată prin utilizarea echipamentelor de injecție proprii și a noii tehnologii de întărire furnizate de procesul de modelare coloidal in situ.

Noul proces de modelare a injecției coloidale de ceramică este diferit de modelarea coloidală generală și de modelare tradițională prin injecție. Avantajul unui grad ridicat de automatizare a modelării este o sublimare calitativă a procesului de modelare coloidală, care va deveni speranța industrializării ceramicii de înaltă tehnologie.