Nio precisionsformningsprocesser av zirkoniumkeramik
Formningsprocessen spelar en länkande roll i hela beredningsprocessen av keramiska material, och är nyckeln till att säkerställa prestandatillförlitlighet och produktionsrepeterbarhet för keramiska material och komponenter.
Med utvecklingen av samhället kan den traditionella handknådningsmetoden, hjulformningsmetoden, injekteringsmetoden etc. av traditionell keramik inte längre möta det moderna samhällets behov av produktion och förädling, så en ny formningsprocess föddes.ZrO2 fina keramiska material används i stor utsträckning i följande 9 typer av formningsprocesser (2 typer av torra metoder och 7 typer av våta metoder):
1. Torrformning
1.1 Torrpressning
Torrpressning använder tryck för att pressa keramiskt pulver till en viss form av kroppen.Dess väsen är att under inverkan av yttre kraft närmar sig pulverpartiklarna varandra i formen och är fast kombinerade av inre friktion för att bibehålla en viss form.Huvudfelet i torrpressade gröna kroppar är spallation, vilket beror på den inre friktionen mellan pulvren och friktionen mellan pulvren och formväggen, vilket resulterar i tryckförlust inuti kroppen.
Fördelarna med torrpressning är att storleken på den gröna kroppen är korrekt, operationen är enkel och det är bekvämt att realisera mekaniserad drift;innehållet av fukt och bindemedel i den gröna torrpressningen är mindre och torknings- och bränningskrympningen är liten.Det används främst för att forma produkter med enkla former, och bildförhållandet är litet.Den ökade produktionskostnaden som orsakas av formslitage är nackdelen med torrpressning.
1.2 Isostatisk pressning
Isostatisk pressning är en speciell formningsmetod utvecklad på basis av traditionell torrpressning.Den använder vätskeöverföringstryck för att applicera tryck jämnt på pulvret inuti den elastiska formen från alla håll.På grund av konsistensen av vätskans inre tryck, bär pulvret samma tryck i alla riktningar, så skillnaden i densiteten hos den gröna kroppen kan undvikas.
Isostatisk pressning är uppdelad i isostatisk pressning av våtpåsar och isostatisk pressning med torr pås.Isostatisk pressning av våtpåsar kan bilda produkter med komplexa former, men det kan bara fungera intermittent.Torrpås isostatisk pressning kan realisera automatisk kontinuerlig drift, men kan bara bilda produkter med enkla former som kvadratiska, runda och rörformiga tvärsnitt.Isostatisk pressning kan erhålla en enhetlig och tät grön kropp, med liten bränningskrympning och enhetlig krympning i alla riktningar, men utrustningen är komplex och dyr, och produktionseffektiviteten är inte hög och den är endast lämplig för produktion av material med speciella krav.
2. Våtformning
2.1 Injektering
Injekteringsprocessen liknar tejpgjutning, skillnaden är att formningsprocessen inkluderar fysisk uttorkningsprocess och kemisk koaguleringsprocess.Fysisk uttorkning tar bort vattnet i slammet genom kapillärverkan från den porösa gipsformen.Ca2+ som genereras av upplösningen av CaSO4 på ytan ökar jonstyrkan hos slurryn, vilket resulterar i flockning av slurryn.
Under inverkan av fysisk uttorkning och kemisk koagulering avsätts de keramiska pulverpartiklarna på gipsformväggen.Injektering är lämplig för beredning av storskaliga keramiska delar med komplexa former, men kvaliteten på den gröna kroppen, inklusive form, densitet, styrka, etc., är dålig, arbetsintensiteten för arbetare är hög och den är inte lämplig för automatiserade operationer.
2.2 Varmpressgjutning
Varmpressgjutning är att blanda keramiskt pulver med bindemedel (paraffin) vid en relativt hög temperatur (60~100℃) för att erhålla slurry för varmpressgjutning.Uppslamningen sprutas in i metallformen under inverkan av tryckluft och trycket bibehålls.Kylning, urformning för att erhålla ett vaxämne, vaxämnet avvaxas under skydd av ett inert pulver för att erhålla en grön kropp, och den gröna kroppen sintras vid hög temperatur för att bli porslin.
Den gröna kroppen som bildas av varmpressgjutning har exakta dimensioner, enhetlig inre struktur, mindre mögelslitage och hög produktionseffektivitet och är lämplig för olika råvaror.Temperaturen på vaxslammet och formen måste kontrolleras strikt, annars kommer det att orsaka under injektion eller deformation, så det är inte lämpligt för tillverkning av stora delar, och tvåstegsbränningsprocessen är komplicerad och energiförbrukningen är hög.
2.3 Bandgjutning
Tejpgjutning är att helt blanda keramiskt pulver med en stor mängd organiska bindemedel, mjukgörare, dispergeringsmedel etc. för att erhålla en flytbar viskös slurry, tillsätt slurryn till gjutmaskinens behållare och använd en skrapa för att kontrollera tjockleken.Det rinner ut till transportbandet genom matningsmunstycket och filmämnet erhålls efter torkning.
Denna process är lämplig för framställning av filmmaterial.För att få bättre flexibilitet tillsätts en stor mängd organiskt material och processparametrarna måste kontrolleras noggrant, annars orsakar det lätt defekter som skalning, ränder, låg filmhållfasthet eller svår skalning.Det organiska materialet som används är giftigt och kommer att orsaka miljöföroreningar, och ett icke-giftigt eller mindre giftigt system bör användas så mycket som möjligt för att minska miljöföroreningarna.
2.4 Gelformsprutning
Gelformsprutningsteknologi är en ny kolloidal snabb prototypprocess som först uppfanns av forskare vid Oak Ridge National Laboratory i början av 1990-talet.Kärnan är användningen av organiska monomerlösningar som polymeriserar till höghållfasta, lateralt länkade polymer-lösningsmedelsgeler.
En uppslamning av keramiskt pulver löst i en lösning av organiska monomerer gjuts i en form och monomerblandningen polymeriserar för att bilda en gelad del.Eftersom det lateralt bundna polymer-lösningsmedlet endast innehåller 10 %–20 % (massfraktion) polymer, är det lätt att avlägsna lösningsmedlet från geldelen genom ett torkningssteg.Samtidigt, på grund av polymerernas laterala anslutning, kan polymererna inte migrera med lösningsmedlet under torkningsprocessen.
Denna metod kan användas för att tillverka enfasiga och sammansatta keramiska delar, som kan bilda komplexa, kvasi-nätstora keramiska delar, och dess gröna styrka är så hög som 20-30Mpa eller mer, som kan återbearbetas.Huvudproblemet med denna metod är att krympningshastigheten för embryokroppen är relativt hög under förtätningsprocessen, vilket lätt leder till deformation av embryokroppen;vissa organiska monomerer har syrehämning, vilket gör att ytan skalar och faller av;på grund av den temperaturinducerade organiska monomerpolymerisationsprocessen, som orsakar Temperaturrakning leder till förekomsten av inre spänningar, vilket gör att ämnena går sönder och så vidare.
2.5 Direkt stelnande formsprutning
Direkt stelnande formsprutning är en formningsteknik utvecklad av ETH Zürich: lösningsmedelsvatten, keramiskt pulver och organiska tillsatser blandas helt för att bilda elektrostatiskt stabil slurry med låg viskositet och hög fast halt, som kan ändras genom att tillsätta slurrys pH eller kemikalier som ökar elektrolytkoncentrationen, sedan injiceras slurryn i en icke-porös form.
Kontrollera utvecklingen av kemiska reaktioner under processen.Reaktionen före formsprutning utförs långsamt, slammets viskositet hålls låg och reaktionen accelereras efter formsprutning, slurryn stelnar och den flytande slammet omvandlas till en fast kropp.Den erhållna gröna kroppen har goda mekaniska egenskaper och styrkan kan nå 5kPa.Den gröna kroppen tas ur formen, torkas och sintras för att bilda en keramisk del av önskad form.
Dess fördelar är att den inte behöver eller bara behöver en liten mängd organiska tillsatser (mindre än 1%), den gröna kroppen behöver inte vara avfettande, den gröna densiteten är enhetlig, den relativa densiteten är hög (55%~ 70%), och det kan bilda stora och komplexa keramiska delar.Dess nackdel är att tillsatserna är dyra och gas frigörs i allmänhet under reaktionen.
2.6 Formsprutning
Formsprutning har länge använts vid formning av plastprodukter och formning av metallformar.Denna process använder lågtemperaturhärdning av termoplastiska organiska ämnen eller högtemperaturhärdning av värmehärdande organiska ämnen.Pulvret och den organiska bäraren blandas i en speciell blandningsutrustning och injiceras sedan i formen under högt tryck (tiotals till hundratals MPa).På grund av det stora formtrycket har de erhållna ämnena exakta dimensioner, hög jämnhet och kompakt struktur;användningen av speciell formningsutrustning förbättrar produktionseffektiviteten avsevärt.
I slutet av 1970-talet och början av 1980-talet tillämpades formsprutningsprocessen på formning av keramiska delar.Denna process realiserar plastgjutning av karga material genom att tillsätta en stor mängd organiskt material, vilket är en vanlig keramisk plastformningsprocess.Inom formsprutningsteknik, förutom att använda termoplastiska organiska ämnen (såsom polyeten, polystyren), värmehärdande organiska ämnen (såsom epoxiharts, fenolharts) eller vattenlösliga polymerer som huvudbindemedel, är det nödvändigt att tillsätta vissa processmängder hjälpmedel som mjukgörare, smörjmedel och kopplingsmedel för att förbättra flytbarheten hos den keramiska injektionssuspensionen och säkerställa kvaliteten på den formsprutade kroppen.
Formsprutningsprocessen har fördelarna med hög grad av automatisering och exakt storlek på formämnet.Det organiska innehållet i den gröna kroppen av formsprutade keramiska delar är dock så hög som 50 vol%.Det tar lång tid, till och med flera dagar till dussintals dagar, att eliminera dessa organiska ämnen i den efterföljande sintringsprocessen, och det är lätt att orsaka kvalitetsfel.
2.7 Kolloidal formsprutning
För att lösa problemen med den stora mängden tillsatt organiskt material och svårigheten att eliminera svårigheterna i den traditionella formsprutningsprocessen, föreslog Tsinghua University kreativt en ny process för kolloidal formsprutning av keramik och utvecklade självständigt en kolloidal formsprutningsprototyp för att förverkliga insprutningen av karg keramisk slurry.formning.
Grundidén är att kombinera kolloidal formning med formsprutning, med användning av proprietär injektionsutrustning och ny härdningsteknik som tillhandahålls av den kolloidala in-situ stelningsprocessen.Denna nya process använder mindre än 4 viktprocent organiskt material.En liten mängd organiska monomerer eller organiska föreningar i den vattenbaserade suspensionen används för att snabbt inducera polymerisation av organiska monomerer efter injektion i formen för att bilda ett organiskt nätverksskelett, som jämnt omsluter det keramiska pulvret.Bland dem förkortas inte bara tiden för degumming avsevärt, utan också möjligheten för sprickbildning av degumming reduceras avsevärt.
Det är en enorm skillnad mellan formsprutning av keramik och kolloidal formning.Den största skillnaden är att den förra tillhör kategorin plastgjutning, och den senare tillhör slurryformning, det vill säga slurryn har ingen plasticitet och är ett kargt material.Eftersom slammet inte har någon plasticitet i kolloidal formning, kan den traditionella idén om keramisk formsprutning inte antas.Om kolloidal formning kombineras med formsprutning, realiseras kolloidal formsprutning av keramiska material genom att använda proprietär formsprutningsutrustning och ny härdningsteknik som tillhandahålls av kolloidal in-situ formningsprocessen.
Den nya processen för kolloidal formsprutning av keramik skiljer sig från allmän kolloidal formning och traditionell formsprutning.Fördelen med en hög grad av formautomatisering är en kvalitativ sublimering av den kolloidala formningsprocessen, vilket kommer att bli hoppet för industrialiseringen av högteknologisk keramik.
Posttid: 2022-jan-18