Deviņi cirkonija keramikas precīzijas formēšanas procesi

Deviņi cirkonija keramikas precīzijas formēšanas procesi
Formēšanas procesam ir saistoša loma visā keramikas materiālu sagatavošanas procesā, un tas ir galvenais faktors, lai nodrošinātu keramikas materiālu un komponentu veiktspējas uzticamību un ražošanas atkārtojamību.
Attīstoties sabiedrībai, tradicionālās keramikas mīcīšanas metodes ar rokām, riteņu formēšanas metodes, javas veidošanas metodes utt. vairs nespēj apmierināt mūsdienu sabiedrības ražošanas un pilnveidošanas vajadzības, tāpēc radās jauns formēšanas process. ZrO2 smalkās keramikas materiāli tiek plaši izmantoti šādos 9 formēšanas procesos (2 sausās metodes un 7 mitrās metodes):

1. Sausā formēšana

1.1 Sausā presēšana

Sausās presēšanas procesā keramikas pulveris tiek iespiests noteiktā ķermeņa formā ar spiediena palīdzību. Tās būtība ir tāda, ka ārēja spēka ietekmē pulvera daļiņas veidnē tuvojas viena otrai un iekšējās berzes ietekmē stingri savienojas, lai saglabātu noteiktu formu. Galvenais sausās presēšanas zaļo ķermeņa defekts ir lobīšanās, kas rodas pulveru iekšējās berzes un pulveru un veidnes sienas berzes dēļ, kā rezultātā ķermeņa iekšpusē rodas spiediena zudums.

Sausās presēšanas priekšrocības ir tādas, ka zaļā korpusa izmērs ir precīzs, darbība ir vienkārša un ir ērti realizēt mehanizētu darbību; zaļās sausās presēšanas mitruma un saistvielu saturs ir mazs, un žāvēšanas un apdedzināšanas saraušanās ir neliela. To galvenokārt izmanto, lai veidotu vienkāršas formas izstrādājumus, un malu attiecība ir maza. Sausās presēšanas trūkums ir palielinātās ražošanas izmaksas, ko izraisa veidņu nodilums.

1.2 Izostatiskā presēšana

Izostatiskā presēšana ir īpaša formēšanas metode, kas izstrādāta, pamatojoties uz tradicionālo sauso presēšanu. Tā izmanto šķidruma pārneses spiedienu, lai vienmērīgi pieliktu spiedienu pulverim elastīgajā veidnē no visiem virzieniem. Pateicoties šķidruma iekšējā spiediena konsekvencei, pulveris visos virzienos iztur vienādu spiedienu, tāpēc var izvairīties no zaļā ķermeņa blīvuma atšķirībām.

Izostatiskā presēšana tiek iedalīta mitro maisu izostatiskajā presēšanā un sauso maisu izostatiskajā presēšanā. Ar mitro maisu izostatisko presēšanu var veidot sarežģītas formas izstrādājumus, taču tā var darboties tikai ar pārtraukumiem. Sauso maisu izostatiskā presēšana var realizēt automātisku nepārtrauktu darbību, taču var veidot tikai vienkāršas formas izstrādājumus, piemēram, kvadrātveida, apaļus un cauruļveida šķērsgriezumus. Izostatiskā presēšana var iegūt vienmērīgu un blīvu zaļo ķermeni ar nelielu apdedzināšanas saraušanos un vienmērīgu saraušanos visos virzienos, taču aprīkojums ir sarežģīts un dārgs, ražošanas efektivitāte nav augsta, un tā ir piemērota tikai materiālu ražošanai ar īpašām prasībām.

2. Mitrā formēšana

2.1 Javas aizpildīšana
Šuvošanas formēšanas process ir līdzīgs lentes liešanai, atšķirība ir tāda, ka formēšanas process ietver fizikālo dehidratācijas procesu un ķīmisko koagulācijas procesu. Fiziskā dehidratācija atdala ūdeni no špakteles, izmantojot porainās ģipša veidnes kapilāro darbību. Ca2+, kas rodas, izšķīstot CaSO4 virspusē, palielina špakteles jonu stiprību, kā rezultātā notiek špakteles flokulācija.
Fiziskās dehidratācijas un ķīmiskās koagulācijas ietekmē keramikas pulvera daļiņas nogulsnējas uz ģipša veidnes sienas. Javas veidošana ir piemērota liela mēroga keramikas detaļu ar sarežģītām formām izgatavošanai, taču zaļā ķermeņa kvalitāte, tostarp forma, blīvums, izturība utt., ir slikta, darbinieku darba intensitāte ir augsta, un tā nav piemērota automatizētām darbībām.

2.2 Karstā liešana
Karstās liešanas procesā keramikas pulveris tiek sajaukts ar saistvielu (parafīnu) relatīvi augstā temperatūrā (60–100 ℃), lai iegūtu karstās liešanas suspensiju. Suspensiju iesmidzina metāla veidnē ar saspiesta gaisa palīdzību, un spiedienu uztur. Atdzesē un izņem no veidnes, lai iegūtu vaska sagatavi, vaska sagatavi atvasko inerta pulvera aizsardzībā, lai iegūtu zaļo ķermeni, un zaļo ķermeni augstā temperatūrā saķepina, lai iegūtu porcelānu.

Karstās liešanas procesā veidotajam zaļajam ķermenim ir precīzi izmēri, vienmērīga iekšējā struktūra, mazāks veidnes nodilums un augsta ražošanas efektivitāte, un tas ir piemērots dažādām izejvielām. Vaska suspensijas un veidnes temperatūra ir stingri jākontrolē, pretējā gadījumā tas izraisīs nepietiekamu iesmidzināšanu vai deformāciju, tāpēc tas nav piemērots lielu detaļu ražošanai, un divpakāpju apdedzināšanas process ir sarežģīts, un enerģijas patēriņš ir augsts.

2.3 Lentes liešana
Lentes liešana ir keramikas pulvera pilnīga sajaukšana ar lielu daudzumu organisko saistvielu, plastifikatoru, disperģētāju utt., lai iegūtu plūstošu viskozu suspensiju, pievienojiet suspensiju liešanas mašīnas piltuvei un izmantojiet skrāpi, lai kontrolētu biezumu. Caur padeves sprauslu tā izplūst uz konveijera lentes, un pēc žāvēšanas iegūst plēves sagatavi.

Šis process ir piemērots plēves materiālu sagatavošanai. Lai iegūtu labāku elastību, tiek pievienots liels daudzums organisko vielu, un procesa parametri ir stingri jākontrolē, pretējā gadījumā tas viegli radīs defektus, piemēram, lobīšanos, svītras, zemu plēves izturību vai sarežģītu lobīšanos. Izmantotās organiskās vielas ir toksiskas un radīs vides piesārņojumu, un, lai samazinātu vides piesārņojumu, pēc iespējas jāizmanto netoksiska vai mazāk toksiska sistēma.

2.4 Gēla iesmidzināšanas formēšana
Gēla iesmidzināšanas formēšanas tehnoloģija ir jauns koloidāls ātrās prototipēšanas process, ko pirmo reizi izgudroja Oukridžas Nacionālās laboratorijas pētnieki 20. gs. deviņdesmito gadu sākumā. Tā pamatā ir organisko monomēru šķīdumu izmantošana, kas polimerizējas augstas stiprības, sāniski savienotos polimēra-šķīdinātāja želejās.

Keramikas pulvera suspensija, kas izšķīdināta organisko monomēru šķīdumā, tiek ielieta veidnē, un monomēru maisījums polimerizējas, veidojot želejveida detaļu. Tā kā sāniski saistītais polimērs-šķīdinātājs satur tikai 10–20 % (masas daļa) polimēra, šķīdinātāju no želejveida detaļas ir viegli noņemt žāvēšanas posmā. Tajā pašā laikā, pateicoties polimēru sānu savienojumam, polimēri žāvēšanas procesā nevar migrēt kopā ar šķīdinātāju.

Šo metodi var izmantot vienfāzes un kompozītmateriālu keramikas detaļu ražošanai, kas var veidot sarežģītas formas, kvazi-tīkla izmēra keramikas detaļas, un tās zaļā izturība ir pat 20-30 MPa vai vairāk, ko var pārstrādāt. Šīs metodes galvenā problēma ir tā, ka embrija ķermeņa saraušanās ātrums blīvēšanas procesā ir relatīvi augsts, kas viegli noved pie embrija ķermeņa deformācijas; dažiem organiskajiem monomēriem ir skābekļa inhibīcija, kas izraisa virsmas lobīšanos un nokrišanu; temperatūras izraisītā organiskā monomēra polimerizācijas procesa dēļ temperatūras lobīšanās rada iekšēju spriegumu, kas izraisa sagataves lūzumu utt.

2.5 Tiešās sacietēšanas iesmidzināšanas formēšana
Tiešās sacietēšanas iesmidzināšanas formēšana ir ETH Zurich izstrādāta formēšanas tehnoloģija: šķīdinātājs ūdens, keramikas pulveris un organiskās piedevas tiek pilnībā sajauktas, veidojot elektrostatiski stabilu, zemas viskozitātes, augsta cietvielu satura suspensiju, ko var mainīt, pievienojot suspensijas pH vai ķīmiskas vielas, kas palielina elektrolīta koncentrāciju, un pēc tam suspensiju ievada neporainā veidnē.

Procesa laikā kontrolējiet ķīmisko reakciju gaitu. Reakcija pirms iesmidzināšanas formēšanas tiek veikta lēni, suspensijas viskozitāte tiek uzturēta zema, un pēc iesmidzināšanas formēšanas reakcija tiek paātrināta, suspensija sacietē un šķidrā suspensija tiek pārveidota par cietu ķermeni. Iegūtajam jaunajam ķermenim ir labas mehāniskās īpašības, un tā izturība var sasniegt 5 kPa. Zaļo ķermeni izņem no formas, žāvē un saķepina, lai izveidotu vēlamās formas keramikas detaļu.

Tās priekšrocības ir tādas, ka tai nav nepieciešamas vai ir nepieciešams tikai neliels daudzums organisko piedevu (mazāk nekā 1%), zaļajam ķermenim nav nepieciešama attaukošana, zaļā ķermeņa blīvums ir vienmērīgs, relatīvais blīvums ir augsts (55% ~ 70%), un tas var veidot liela izmēra un sarežģītas formas keramikas detaļas. Tās trūkums ir tas, ka piedevas ir dārgas, un reakcijas laikā parasti izdalās gāze.

2.6 Iesmidzināšanas formēšana
Iesmidzināšanas formēšana jau sen tiek izmantota plastmasas izstrādājumu un metāla veidņu liešanā. Šajā procesā tiek izmantota termoplastisko organisko vielu sacietēšana zemā temperatūrā vai termoreaktīvo organisko vielu sacietēšana augstā temperatūrā. Pulveris un organiskais nesējs tiek sajaukti speciālā maisīšanas iekārtā un pēc tam zem augsta spiediena (no desmitiem līdz simtiem MPa) ievadīti veidnē. Pateicoties lielajam formēšanas spiedienam, iegūtajām sagatavēm ir precīzi izmēri, augsta gludība un kompakta struktūra; īpaša formēšanas aprīkojuma izmantošana ievērojami uzlabo ražošanas efektivitāti.

20. gs. 70. gadu beigās un 80. gadu sākumā keramikas detaļu liešanā tika izmantots iesmidzināšanas formēšanas process. Šajā procesā tiek realizēta neauglīgu materiālu plastmasas liešana, pievienojot lielu daudzumu organisko vielu, kas ir izplatīts keramikas plastmasas liešanas process. Iesmidzināšanas formēšanas tehnoloģijā papildus termoplastisko organisko vielu (piemēram, polietilēna, polistirola), termoreaktīvo organisko vielu (piemēram, epoksīdsveķu, fenola sveķu) vai ūdenī šķīstošo polimēru izmantošanai kā galvenajai saistvielai ir jāpievieno noteikts daudzums procesa palīglīdzekļu, piemēram, plastifikatoru, smērvielu un saistvielu, lai uzlabotu keramikas iesmidzināšanas suspensijas plūstamību un nodrošinātu iesmidzināšanas formētā korpusa kvalitāti.

Iesmidzināšanas formēšanas procesam ir tādas priekšrocības kā augsta automatizācijas pakāpe un precīzs formēšanas sagataves izmērs. Tomēr iesmidzināšanas formēto keramikas detaļu svaigā korpusa organisko vielu saturs sasniedz pat 50 tilp.%. Šo organisko vielu izvadīšanai sekojošajā sintēzes procesā nepieciešams ilgs laiks, pat vairākas dienas vai pat desmitiem dienu, un ir viegli rasties kvalitātes defekti.

2.7 Koloidālā iesmidzināšanas formēšana
Lai atrisinātu problēmas, kas saistītas ar lielo organisko vielu daudzumu un tradicionālā iesmidzināšanas formēšanas procesa grūtību novēršanu, Tsinghua universitāte radoši ierosināja jaunu keramikas koloidālās iesmidzināšanas formēšanas procesu un patstāvīgi izstrādāja koloidālās iesmidzināšanas formēšanas prototipu, lai realizētu neauglīgas keramikas suspensijas iesmidzināšanu.

Pamatideja ir apvienot koloidālo formēšanu ar iesmidzināšanas formēšanu, izmantojot patentētu iesmidzināšanas aprīkojumu un jaunu sacietēšanas tehnoloģiju, ko nodrošina koloidālā in situ sacietēšanas formēšanas process. Šajā jaunajā procesā tiek izmantoti mazāk nekā 4 svara % organisko vielu. Neliels daudzums organisko monomēru vai organisko savienojumu ūdens bāzes suspensijā tiek izmantots, lai ātri izraisītu organisko monomēru polimerizāciju pēc iesmidzināšanas veidnē, veidojot organisku tīkla skeletu, kas vienmērīgi aptver keramikas pulveri. Tas ne tikai ievērojami saīsina līmvielu noņemšanas laiku, bet arī ievērojami samazina līmvielu noņemšanas plaisāšanas iespējamību.

Pastāv milzīga atšķirība starp keramikas iesmidzināšanas formēšanu un koloīdo formēšanu. Galvenā atšķirība ir tā, ka pirmā pieder pie plastmasas formēšanas kategorijas, bet otrā - pie suspensijas formēšanas, tas ir, suspensijai nav plastiskuma un tā ir neauglīgs materiāls. Tā kā suspensijai nav plastiskuma koloīdā formēšanā, tradicionālā keramikas iesmidzināšanas formēšanas ideja nav piemērojama. Ja koloidālā formēšana tiek apvienota ar iesmidzināšanas formēšanu, keramikas materiālu koloidālo iesmidzināšanas formēšanu veic, izmantojot patentētu iesmidzināšanas aprīkojumu un jaunas sacietēšanas tehnoloģijas, ko nodrošina koloīdās in situ formēšanas process.

Jaunais keramikas koloidālās iesmidzināšanas formēšanas process atšķiras no vispārējās koloidālās formēšanas un tradicionālās iesmidzināšanas formēšanas. Augstas formēšanas automatizācijas pakāpes priekšrocība ir koloidālās formēšanas procesa kvalitatīva sublimācija, kas kļūs par cerību augsto tehnoloģiju keramikas industrializācijai.