Nouă procese de turnare de precizie a ceramicii din zirconiu

Nouă procese de turnare de precizie a ceramicii din zirconiu
Procesul de turnare joacă un rol de legătură în întregul proces de preparare a materialelor ceramice și este cheia pentru asigurarea fiabilității performanței și repetabilității producției materialelor și componentelor ceramice.
Odată cu dezvoltarea societății, metoda tradițională de frământare manuală, metoda de formare a roții, metoda de chituire etc. a ceramicii tradiționale nu mai pot satisface nevoile societății moderne de producție și rafinare, așa că a luat naștere un nou proces de turnare.Materialele ceramice fine ZrO2 sunt utilizate pe scară largă în următoarele 9 tipuri de procese de turnare (2 tipuri de metode uscate și 7 tipuri de metode umede):

1. Turnare uscată

1.1 Presare uscată

Presarea uscată folosește presiune pentru a presa pulberea ceramică într-o anumită formă a corpului.Esența sa este că, sub acțiunea forței externe, particulele de pulbere se apropie una de cealaltă în matriță și sunt ferm combinate prin frecare internă pentru a menține o anumită formă.Defectul principal la corpurile verzi presate uscat este spalația, care se datorează frecării interne dintre pulberi și frecării dintre pulberi și peretele matriței, având ca rezultat pierderea de presiune în interiorul corpului.

Avantajele presării uscate sunt că dimensiunea corpului verde este precisă, operația este simplă și este convenabil să se realizeze funcționarea mecanizată;conținutul de umiditate și liant în presarea uscată verde este mai mic, iar contracția la uscare și ardere este mică.Este folosit în principal pentru a forma produse cu forme simple, iar raportul de aspect este mic.Costul crescut de producție cauzat de uzura matriței este dezavantajul presării uscate.

1.2 Presare izostatică

Presarea izostatică este o metodă specială de formare dezvoltată pe baza presării uscate tradiționale.Utilizează presiunea de transmisie a fluidului pentru a aplica presiune uniform asupra pulberii din interiorul matriței elastice din toate direcțiile.Datorită consistenței presiunii interne a fluidului, pulberea suportă aceeași presiune în toate direcțiile, astfel încât diferența de densitate a corpului verde poate fi evitată.

Presarea izostatică este împărțită în presare izostatică pentru sac umed și presare izostatică pentru sac uscat.Presarea izostatică a sacului umed poate forma produse cu forme complexe, dar poate funcționa doar intermitent.Presarea izostatică a sacului uscat poate realiza o funcționare automată continuă, dar poate forma numai produse cu forme simple, cum ar fi secțiuni transversale pătrate, rotunde și tubulare.Presarea izostatică poate obține un corp verde uniform și dens, cu o contracție mică la ardere și o contracție uniformă în toate direcțiile, dar echipamentul este complex și costisitor, iar eficiența producției nu este mare și este potrivită numai pentru producerea de materiale cu speciale cerințe.

2. Formare umedă

2.1 Chituire
Procesul de turnare prin chituire este similar cu turnarea cu bandă, diferența este că procesul de turnare include procesul de deshidratare fizică și procesul de coagulare chimică.Deshidratarea fizică elimină apa din suspensie prin acțiunea capilară a matriței poroase de gips.Ca2+ generat de dizolvarea CaSO4 de suprafață crește rezistența ionică a suspensiei, rezultând flocularea suspensiei.
Sub acțiunea deshidratării fizice și a coagulării chimice, particulele de pulbere ceramică se depun pe peretele matriței de gips.Chituirea este potrivită pentru pregătirea pieselor ceramice la scară largă cu forme complexe, dar calitatea corpului verde, inclusiv forma, densitatea, rezistența etc., este slabă, intensitatea muncii lucrătorilor este mare și nu este potrivită. pentru operatii automate.

2.2 Turnare sub presiune la cald
Turnarea la cald este de a amesteca pulberea ceramică cu liant (parafină) la o temperatură relativ ridicată (60 ~ 100 ℃) pentru a obține șlam pentru turnarea sub presiune la cald.Suspensia este injectată în matrița metalică sub acțiunea aerului comprimat, iar presiunea este menținută.Răcire, deformare pentru a obține un semifabricat de ceară, semifabricatul de ceară este deparafinat 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 prin turnare sub presiune la cald are dimensiuni precise, structură internă uniformă, mai puțină uzură a mucegaiului și eficiență ridicată a producției și este potrivit pentru diverse materii prime.Temperatura șlamului de ceară și a matriței trebuie controlată cu strictețe, altfel va cauza injecție sau deformare, deci nu este potrivită pentru fabricarea pieselor mari, iar procesul de ardere în două etape este complicat și consumul de energie este mare.

2.3 Turnare cu bandă
Turnarea cu bandă este de a amesteca complet pulberea ceramică cu o cantitate mare de lianți organici, plastifianți, dispersanți etc. pentru a obține o pastă vâscoasă curgătoare, adăugați suspensia în buncărul mașinii de turnare și utilizați o racletă pentru a controla grosimea.Acesta curge spre banda transportoare prin duza de alimentare, iar filmul semifabricat este obținut după uscare.

Acest proces este potrivit pentru prepararea materialelor de film.Pentru a obține o mai bună flexibilitate, se adaugă o cantitate mare de materie organică, iar parametrii procesului trebuie să fie strict controlați, în caz contrar se va provoca cu ușurință defecte precum decojirea, dungile, rezistența scăzută a peliculei sau decojirea dificilă.Materia organică folosită este toxică și va cauza poluarea mediului, iar un sistem non-toxic sau mai puțin toxic trebuie utilizat pe cât posibil pentru a reduce poluarea mediului.

2.4 Turnare prin injecție cu gel
Tehnologia de turnare prin injecție cu gel este un nou proces de prototipare rapidă coloidală, inventat pentru prima dată de cercetătorii de la Laboratorul Național Oak Ridge la începutul anilor 1990.La baza ei se află utilizarea soluțiilor de monomeri organici care polimerizează în geluri polimer-solvent de înaltă rezistență, legate lateral.

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 gelificată.Deoarece polimerul-solvent 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, datorită conexiunii laterale a polimerilor, 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 de formă complexă, de dimensiune cvasi-netă, iar rezistența sa verde este de până la 20-30Mpa sau mai mult, care poate fi reprocesată.Principala problemă a acestei metode este că rata de contracție a corpului embrionului este relativ mare în timpul procesului de densificare, ceea ce duce cu ușurință la deformarea corpului embrionului;unii monomeri organici au inhibiție de oxigen, ceea ce face ca suprafața să se decojească și să cadă;datorită procesului de polimerizare a monomerului organic indus de temperatură, determinând bărbierirea temperaturii duce la existența unei tensiuni interne, care determină ruperea semifabricatelor și așa mai departe.

2.5 Turnare prin injecție cu solidificare directă
Turnarea prin injecție cu solidificare directă este o tehnologie de turnare dezvoltată de ETH Zurich: apa cu solvenți, pulberea ceramică și aditivii organici sunt complet amestecate pentru a forma suspensie stabilă electrostatic, cu vâscozitate scăzută și cu conținut ridicat de solide, care poate fi modificată prin adăugarea pH-ului șlamului sau a substanțelor chimice. care cresc concentrația de electroliți, apoi suspensia este injectată într-o matriță neporoasă.

Controlați progresul reacțiilor chimice în timpul procesului.Reacția înainte de turnarea prin injecție se efectuează lent, vâscozitatea suspensiei este menținută la un nivel scăzut, iar reacția este accelerată după turnarea prin injecție, suspensia se solidifică, iar suspensia fluidă este transformată într-un corp solid.Corpul verde obținut are proprietăți mecanice bune și rezistența poate ajunge la 5kPa.Corpul verde este deformat, uscat și sinterizat pentru a forma o parte ceramică cu 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 fie degresat, densitatea corpului verde este uniformă, densitatea relativă este mare (55% ~ 70%) și poate forma piese ceramice de dimensiuni mari și de formă complexă.Dezavantajul său este că aditivii sunt scumpi, iar gazul este în general eliberat în timpul reacției.

2.6 Turnare prin injecție
Turnarea prin injecție a fost folosită de multă vreme la turnarea produselor din plastic și la turnarea matrițelor metalice.Acest proces folosește întărirea la temperatură joasă a materialelor organice termoplastice sau întărirea la temperatură înaltă a substanțelor organice termorigide.Pulberea și purtătorul organic sunt amestecate într-un echipament special de amestecare și apoi injectate în matriță sub presiune înaltă (zeci până la sute de MPa).Datorita presiunii mari de turnare, semifabricatele obtinute au dimensiuni precise, netezime ridicata si structura compacta;utilizarea echipamentelor speciale de turnare îmbunătățește foarte mult eficiența producției.

La sfârșitul anilor 1970 și începutul anilor 1980, procesul de turnare prin injecție a fost aplicat la turnarea pieselor ceramice.Acest proces realizează turnarea din plastic a materialelor sterile prin adăugarea unei cantități mari de materie organică, care este un proces comun de turnare a plasticului ceramic.În tehnologia de turnare prin injecție, pe lângă utilizarea organice termoplastice (cum ar fi polietilena, polistirenul), organice termorigide (cum ar fi rășini epoxidice, rășini fenolice) sau polimeri solubili în apă ca liant principal, este necesar să se adauge anumite cantități de proces. ajutoare precum plastifianți, lubrifianți și agenți de cuplare pentru a îmbunătăți fluiditatea suspensiei ceramice de injecție și pentru a asigura calitatea corpului turnat prin injecție.

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

2.7 Turnare prin injecție coloidală
Pentru a rezolva problemele legate de cantitatea mare de materie organică adăugată și dificultatea eliminării dificultăților din procesul tradițional de turnare prin injecție, Universitatea Tsinghua a propus în mod creativ un nou proces de turnare prin injecție coloidală a ceramicii și a dezvoltat în mod independent un prototip de turnare prin injecție coloidală. pentru a realiza injectarea de suspensie ceramică sterilă.formare.

Ideea de bază este de a combina turnarea coloidală cu turnarea prin injecție, folosind echipamente de injecție brevetate și noua tehnologie de întărire furnizată de procesul de turnare coloidală de solidificare in situ.Acest nou proces folosește mai puțin de 4% în greutate materie organică.O cantitate mică de monomeri organici sau compuși organici în 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 învelește uniform pulberea ceramică.Printre acestea, nu numai timpul de degumare este mult scurtat, dar și posibilitatea de fisurare a degumării este mult redusă.

Există o diferență uriașă între turnarea prin injecție a ceramicii și turnarea coloidală.Principala diferență este că primul aparține categoriei de turnare a plasticului, iar cel de-al doilea aparține turnării de șlam, adică șlamul nu are plasticitate și este un material sterp.Deoarece suspensia nu are plasticitate în turnarea coloidală, ideea tradițională de turnare prin injecție ceramică nu poate fi adoptată.Dacă turnarea coloidală este combinată cu turnarea prin injecție, turnarea prin injecție coloidală a materialelor ceramice este realizată prin utilizarea echipamentelor de injecție brevetate și a noii tehnologii de întărire furnizate de procesul de turnare coloidal in-situ.

Noul proces de turnare prin injecție coloidală a ceramicii este diferit de turnarea coloidală generală și turnarea prin injecție tradițională.Avantajul unui grad ridicat de automatizare a turnării este o sublimare calitativă a procesului de turnare coloidal, care va deveni speranța industrializării ceramicii high-tech.