Deväť procesov presného tvarovania zirkónovej keramiky

Deväť procesov presného tvarovania zirkónovej keramiky
Lisovací proces hrá spojovaciu úlohu v celom procese prípravy keramických materiálov a je kľúčom k zaisteniu spoľahlivosti výkonu a opakovateľnosti výroby keramických materiálov a komponentov.
S rozvojom spoločnosti tradičný spôsob ručného miesenia, kruhového tvarovania, škárovania atď. tradičnej keramiky už nedokáže vyhovovať potrebám modernej spoločnosti na výrobu a zušľachťovanie, preto sa zrodil nový proces formovania.Jemné keramické materiály ZrO2 sa široko používajú v nasledujúcich 9 typoch lisovacích procesov (2 typy suchých metód a 7 typov mokrých metód):

1. Formovanie za sucha

1.1 Lisovanie za sucha

Suché lisovanie využíva tlak na lisovanie keramického prášku do určitého tvaru tela.Jeho podstatou je, že pôsobením vonkajšej sily sa častice prášku vo forme k sebe priblížia a vnútorným trením sa pevne spoja, aby si udržali určitý tvar.Hlavnou chybou za sucha lisovaných surových telies je odlupovanie, ktoré je spôsobené vnútorným trením medzi práškami a trením medzi práškami a stenou formy, čo vedie k strate tlaku vo vnútri telesa.

Výhody suchého lisovania sú, že veľkosť zeleného telesa je presná, prevádzka je jednoduchá a je vhodné realizovať mechanizovanú prevádzku;obsah vlhkosti a spojiva v surovom suchom lisovaní je menší a zmršťovanie pri sušení a vypaľovaní je malé.Používa sa hlavne na tvarovanie výrobkov s jednoduchými tvarmi a pomer strán je malý.Nevýhodou suchého lisovania sú zvýšené výrobné náklady spôsobené opotrebovaním formy.

1.2 Izostatické lisovanie

Izostatické lisovanie je špeciálna metóda tvárnenia vyvinutá na báze tradičného lisovania za sucha.Využíva tlak prenosu tekutiny na rovnomerné pôsobenie tlaku na prášok vo vnútri elastickej formy zo všetkých smerov.Vďaka konzistencii vnútorného tlaku tekutiny znáša prášok rovnaký tlak vo všetkých smeroch, takže sa dá vyhnúť rozdielu v hustote zeleného telesa.

Izostatické lisovanie sa delí na izostatické lisovanie za mokra a izostatické lisovanie za sucha.Izostatické lisovanie vriec za mokra môže vytvárať výrobky so zložitými tvarmi, ale môže fungovať len prerušovane.Izostatické lisovanie suchých vreciek môže realizovať automatickú nepretržitú prevádzku, ale môže vytvárať iba výrobky s jednoduchými tvarmi, ako sú štvorcové, okrúhle a rúrkové prierezy.Izostatickým lisovaním je možné získať rovnomerné a husté zelené telo s malým zmršťovaním pri vypaľovaní a rovnomerným zmršťovaním vo všetkých smeroch, ale zariadenie je zložité a drahé a efektívnosť výroby nie je vysoká a je vhodné iba na výrobu materiálov so špeciálnymi požiadavky.

2. Mokré tvarovanie

2.1 Injektáž
Proces injektážneho formovania je podobný odlievaniu pásky, rozdiel je v tom, že proces formovania zahŕňa proces fyzikálnej dehydratácie a proces chemickej koagulácie.Fyzikálna dehydratácia odstraňuje vodu z kalu kapilárnym pôsobením poréznej sadrovej formy.Ca2+ generovaný rozpustením povrchového CaSO4 zvyšuje iónovú silu kalu, čo vedie k flokulácii kalu.
Pôsobením fyzikálnej dehydratácie a chemickej koagulácie sa častice keramického prášku ukladajú na stenu sadrovej formy.Injektáž je vhodná na prípravu veľkorozmerných keramických dielcov zložitých tvarov, ale kvalita zeleného telesa vrátane tvaru, hustoty, pevnosti a pod. je zlá, pracovná náročnosť pracovníkov je vysoká a nevyhovuje pre automatizované operácie.

2.2 Odlievanie za tepla
Odlievanie za horúca je zmiešaním keramického prášku so spojivom (parafínom) pri relatívne vysokej teplote (60 ~ 100 ℃), aby sa získala suspenzia na odlievanie za tepla.Suspenzia sa vstrekuje do kovovej formy pôsobením stlačeného vzduchu a tlak sa udržiava.Ochladením, vybratím z formy, aby sa získal voskový polotovar, sa voskový polotovar zbaví vosku pod ochranou inertného prášku, čím sa získa surové teleso, a surové teleso sa speká pri vysokej teplote na porcelán.

Zelené telo tvorené liatím za tepla má presné rozmery, jednotnú vnútornú štruktúru, menšie opotrebenie formy a vysokú efektivitu výroby a je vhodné pre rôzne suroviny.Teplota voskovej kaše a formy musí byť prísne kontrolovaná, inak spôsobí vstrekovanie alebo deformáciu, takže nie je vhodná na výrobu veľkých dielov a dvojstupňový proces vypaľovania je komplikovaný a spotreba energie je vysoká.

2.3 Odlievanie pásky
Odlievanie pásky je úplné zmiešanie keramického prášku s veľkým množstvom organických spojív, zmäkčovadiel, dispergačných činidiel atď., aby sa získala tekutá viskózna kaša, pridanie kaše do násypky odlievacieho stroja a použitie škrabky na kontrolu hrúbky.Cez podávaciu dýzu prúdi na dopravný pás a po vysušení sa získa polotovar fólie.

Tento proces je vhodný na prípravu filmových materiálov.Aby sa dosiahla lepšia flexibilita, pridáva sa veľké množstvo organickej hmoty a parametre procesu musia byť prísne kontrolované, inak to ľahko spôsobí chyby, ako je odlupovanie, pruhy, nízka pevnosť filmu alebo ťažké odlupovanie.Použitá organická hmota je toxická a spôsobí znečistenie životného prostredia a na zníženie znečistenia životného prostredia by sa mal v čo najväčšej miere používať netoxický alebo menej toxický systém.

2.4 Vstrekovanie gélu
Technológia vstrekovania gélu je nový koloidný proces rýchleho prototypovania, ktorý prvýkrát vynašli výskumníci z Národného laboratória Oak Ridge začiatkom 90. rokov 20. storočia.Jeho jadrom je použitie roztokov organických monomérov, ktoré polymerizujú do vysoko pevných, laterálne spojených gélov polymér-rozpúšťadlo.

Suspenzia keramického prášku rozpustená v roztoku organických monomérov sa odleje do formy a zmes monomérov polymerizuje za vzniku gélovej časti.Pretože laterálne pripojený polymér-rozpúšťadlo obsahuje len 10 % až 20 % (hmotnostný podiel) polyméru, je ľahké odstrániť rozpúšťadlo z gélovej časti krokom sušenia.Súčasne v dôsledku bočného spojenia polymérov nemôžu polyméry migrovať s rozpúšťadlom počas procesu sušenia.

Táto metóda sa môže použiť na výrobu jednofázových a kompozitných keramických dielov, ktoré môžu vytvárať zložité keramické diely s kvázi sieťovou veľkosťou a ich pevnosť v surovom stave je až 20-30 MPa alebo viac, ktoré je možné opätovne spracovať.Hlavným problémom tejto metódy je, že rýchlosť zmršťovania tela embrya je počas procesu zahusťovania pomerne vysoká, čo ľahko vedie k deformácii tela embrya;niektoré organické monoméry majú inhibíciu kyslíka, čo spôsobuje odlupovanie a odpadávanie povrchu;v dôsledku teplotne indukovaného procesu polymerizácie organického monoméru, ktorý spôsobuje Teplotné oholenie vedie k existencii vnútorného napätia, ktoré spôsobuje rozbitie polotovarov atď.

2.5 Vstrekovanie s priamym tuhnutím
Priame tuhnutie vstrekovaním je technológia formovania vyvinutá spoločnosťou ETH Zurich: rozpúšťadlová voda, keramický prášok a organické prísady sú úplne zmiešané, aby vytvorili elektrostaticky stabilnú kašu s nízkou viskozitou a vysokým obsahom pevných látok, ktorú možno zmeniť pridaním pH kaše alebo chemikálií. ktoré zvyšujú koncentráciu elektrolytu, potom sa kaša vstrekuje do neporéznej formy.

Kontrolujte priebeh chemických reakcií počas procesu.Reakcia pred vstrekovaním prebieha pomaly, viskozita suspenzie sa udržiava na nízkej úrovni a po vstrekovaní sa reakcia zrýchľuje, suspenzia stuhne a tekutá suspenzia sa premení na pevné teleso.Získané surové teleso má dobré mechanické vlastnosti a pevnosť môže dosiahnuť 5 kPa.Zelené teleso sa vyberie z formy, vysuší a speká, aby sa vytvoril keramický diel požadovaného tvaru.

Jeho výhody spočívajú v tom, že nepotrebuje alebo potrebuje len malé množstvo organických prísad (menej ako 1%), zelené telo nemusí byť odmasťované, hustota zeleného korpusu je rovnomerná, relatívna hustota je vysoká (55%~ 70%) a môže vytvárať keramické diely veľkých rozmerov a zložitých tvarov.Jeho nevýhodou je, že prísady sú drahé a pri reakcii sa zvyčajne uvoľňuje plyn.

2.6 Vstrekovanie
Vstrekovanie sa už dlho používa pri lisovaní plastových výrobkov a lisovaní kovových foriem.Tento proces využíva nízkoteplotné vytvrdzovanie termoplastických organických látok alebo vysokoteplotné vytvrdzovanie termosetových organických látok.Prášok a organický nosič sa zmiešajú v špeciálnom miešacom zariadení a následne sa vstrekujú do formy pod vysokým tlakom (desiatky až stovky MPa).Vďaka veľkému lisovaciemu tlaku majú získané polotovary presné rozmery, vysokú hladkosť a kompaktnú štruktúru;použitie špeciálneho formovacieho zariadenia výrazne zlepšuje efektivitu výroby.

Koncom 70. a začiatkom 80. rokov 20. storočia bol proces vstrekovania aplikovaný na formovanie keramických dielov.Tento proces realizuje plastové formovanie neplodných materiálov pridaním veľkého množstva organickej hmoty, čo je bežný proces formovania keramických plastov.V technológii vstrekovania je okrem použitia termoplastických organických látok (ako je polyetylén, polystyrén), termosetových organických látok (ako je epoxidová živica, fenolová živica) alebo vo vode rozpustných polymérov ako hlavného spojiva potrebné pridať určité množstvá procesu pomocné látky, ako sú zmäkčovadlá, lubrikanty a spojovacie činidlá na zlepšenie tekutosti keramickej injekčnej suspenzie a zabezpečenie kvality vstrekovaného telesa.

Proces vstrekovania má výhody vysokého stupňa automatizácie a presnej veľkosti výlisku.Avšak obsah organických látok v surovom tele vstrekovaných keramických dielov je až 50 obj.Odstránenie týchto organických látok v následnom procese spekania trvá dlho, aj niekoľko dní až desiatky dní, a je ľahké spôsobiť chyby v kvalite.

2.7 Koloidné vstrekovanie
Aby sa vyriešili problémy veľkého množstva pridanej organickej hmoty a ťažkosti s odstránením ťažkostí pri tradičnom procese vstrekovania, Tsinghua University kreatívne navrhla nový proces koloidného vstrekovania keramiky a nezávisle vyvinula prototyp koloidného vstrekovania. realizovať vstrekovanie neplodnej keramickej kaše.formovanie.

Základnou myšlienkou je skombinovať koloidné lisovanie so vstrekovaním pomocou vlastného vstrekovacieho zariadenia a novej technológie vytvrdzovania poskytovanej koloidným procesom tuhnutia na mieste.Tento nový proces využíva menej ako 4 % hmotn. organickej hmoty.Malé množstvo organických monomérov alebo organických zlúčenín v suspenzii na vodnej báze sa používa na rýchle vyvolanie polymerizácie organických monomérov po vstreknutí do formy na vytvorenie organického sieťového skeletu, ktorý rovnomerne obalí keramický prášok.Spomedzi nich sa značne skráti nielen čas odgumovania, ale výrazne sa zníži aj možnosť popraskania odglejenia.

Je obrovský rozdiel medzi vstrekovaním keramiky a koloidným tvarovaním.Hlavný rozdiel je v tom, že prvý patrí do kategórie tvarovania plastov a druhý patrí do tvarovania v kaši, to znamená, že kaša nemá žiadnu plasticitu a je to neplodný materiál.Pretože kaša nemá pri koloidnom formovaní žiadnu plasticitu, nemožno prijať tradičnú myšlienku keramického vstrekovania.Ak sa koloidné lisovanie kombinuje so vstrekovaním, koloidné vstrekovanie keramických materiálov sa realizuje pomocou vlastného vstrekovacieho zariadenia a novej technológie vytvrdzovania poskytovanej procesom koloidného tvarovania in situ.

Nový proces koloidného vstrekovania keramiky sa líši od všeobecného koloidného formovania a tradičného vstrekovania.Výhodou vysokého stupňa automatizácie lisovania je kvalitatívna sublimácia koloidného lisovacieho procesu, ktorý sa stane nádejou pre industrializáciu high-tech keramiky.