Дзевяць працэсаў дакладнага фармавання цырконіевай керамікі

Дзевяць працэсаў дакладнага фармавання цырконіевай керамікі
Працэс фармавання гуляе важную ролю ва ўсім працэсе падрыхтоўкі керамічных матэрыялаў і з'яўляецца ключом да забеспячэння надзейнасці эксплуатацыйных характарыстык і паўтаральнасці вытворчасці керамічных матэрыялаў і кампанентаў.
З развіццём грамадства традыцыйны метад ручнога замешвання, метад фармавання колаў, метад заціркі і г.д. традыцыйнай керамікі больш не можа задаволіць патрэбы сучаснага грамадства ў вытворчасці і ўдасканаленні, таму нарадзіўся новы працэс фармавання.Тонкія керамічныя матэрыялы ZrO2 шырока выкарыстоўваюцца ў наступных 9 тыпах працэсаў фармавання (2 тыпы сухіх метадаў і 7 тыпаў мокрых метадаў):

1. Сухое фармаванне

1.1 Сухое адцісканне

Сухое прэсаванне выкарыстоўвае ціск, каб уціснуць керамічны парашок у пэўную форму цела.Яе сутнасць заключаецца ў тым, што пад дзеяннем знешняй сілы часціцы парашка збліжаюцца ў форме, трывала злучаюцца ўнутраным трэннем, захоўваючы пэўную форму.Асноўным дэфектам сухіх адцісканых зялёных тэл з'яўляецца раскол, які ўзнікае з-за ўнутранага трэння паміж парашкамі і трэння паміж парашкамі і сценкай формы, што прыводзіць да страты ціску ўнутры корпуса.

Перавагі сухога прэсавання ў тым, што памер зялёнага цела дакладны, аперацыя простая і зручна рэалізаваць механізаваную аперацыю;ўтрыманне вільгаці і злучнага ў зялёным сухім прэсаванні менш, а ўсаджванне пры сушцы і абпале невялікая.Ён у асноўным выкарыстоўваецца для фарміравання вырабаў з простымі формамі і невялікім суадносінамі бакоў.Павелічэнне сабекошту вытворчасці, выкліканае зносам формы, з'яўляецца недахопам сухога прэсавання.

1.2 Ізастатычнае прэсаванне

Ізастатычнае прэсаванне - гэта спецыяльны метад фармоўкі, распрацаваны на аснове традыцыйнага сухога прэсавання.Ён выкарыстоўвае ціск перадачы вадкасці, каб раўнамерна аказваць ціск на парашок у эластычнай форме з усіх бакоў.Дзякуючы сталасці ўнутранага ціску вадкасці, парашок нясе аднолькавы ціск ва ўсіх напрамках, таму розніцы ў шчыльнасці зялёнага цела можна пазбегнуць.

Ізастатычнае прэсаванне дзеліцца на ізастатычнае прэсаванне з мокрым мяшком і ізастатычнае прэсаванне з сухім мяшком.Ізастатычнае прэсаванне мокрага мяшка можа фармаваць вырабы складанай формы, але яно можа працаваць толькі з перапынкамі.Сухое ізастатычнае прэсаванне мяшкоў можа рэалізаваць аўтаматычную бесперапынную працу, але можа фармаваць толькі вырабы простых формаў, такіх як квадратныя, круглыя ​​і трубчастыя папярочныя перасекі.Ізастатычным прэсаваннем можна атрымаць аднастайнае і шчыльнае зялёнае цела з невялікай усаджваннем пры абпале і раўнамернай усаджваннем ва ўсіх напрамках, але абсталяванне складанае і дарагое, а эфектыўнасць вытворчасці невысокая, і яно падыходзіць толькі для вытворчасці матэрыялаў са спецыяльным патрабаванні.

2. Мокрае фармаванне

2.1 Зацірка
Працэс фармавання залівання падобны на ліццё стужкі, розніца ў тым, што працэс фармавання ўключае працэс фізічнага абязводжвання і працэс хімічнай каагуляцыі.Фізічнае абязводжванне выдаляе ваду ў суспензіі праз капілярнае дзеянне порыстай гіпсавай формы.Са2+, які ўтвараецца пры растварэнні павярхоўнага CaSO4, павялічвае іённую сілу завісі, што прыводзіць да флокуляцыі завісі.
Пад дзеяннем фізічнага абязводжвання і хімічнай каагуляцыі часціцы керамічнага парашка асядаюць на сценцы гіпсавай формы.Зацірка падыходзіць для падрыхтоўкі буйнамаштабных керамічных дэталяў складанай формы, але якасць зялёнага цела, уключаючы форму, шчыльнасць, трываласць і г.д., дрэнная, працаёмкасць рабочых высокая, і яна не падыходзіць для аўтаматызаваных аперацый.

2.2 Гарачае ліццё пад ціскам
Гарачае ліццё пад ціскам заключаецца ў змешванні керамічнага парашка са злучным рэчывам (парафінам) пры адносна высокай тэмпературы (60~100 ℃), каб атрымаць суспензію для ліцця пад ціскам.Завісь ўпырскваецца ў металічную форму пад дзеяннем сціснутага паветра, і ціск падтрымліваецца.Астуджэнне, выманне з формы для атрымання васковай нарыхтоўкі, васковая нарыхтоўка дэпарафінізуецца пад абаронай інэртнага парашка для атрымання зялёнага цела, а зялёнае цела спекаецца пры высокай тэмпературы, каб стаць фарфорам.

Зялёнае цела, сфармаванае гарачым ліццём пад ціскам, мае дакладныя памеры, аднастайную ўнутраную структуру, меншы знос формы і высокую эфектыўнасць вытворчасці, і падыходзіць для рознай сыравіны.Тэмпература васковай суспензіі і прэс-формы павінна строга кантралявацца, у адваротным выпадку яна прывядзе да недастатковай ін'екцыі або дэфармацыі, таму яна не падыходзіць для вырабу буйных дэталяў, а працэс абпалу ў два этапы складаны, а спажыванне энергіі высокае.

2.3 Істужачнае адліўка
Стужкавае ліццё заключаецца ў поўным змешванні керамічнага парашка з вялікай колькасцю арганічных звязальных рэчываў, пластыфікатараў, дыспергатараў і г. д. для атрымання цякучай вязкай суспензіі, дадання суспензіі ў бункер ліцейнай машыны і выкарыстання скрабка для кантролю гушчыні.Праз падаючае сопла яна выцякае на канвеер, а пасля сушкі атрымліваецца плёнкавая нарыхтоўка.

Гэты працэс падыходзіць для падрыхтоўкі плёнкавых матэрыялаў.Каб атрымаць лепшую гнуткасць, дадаецца вялікая колькасць арганічнага рэчыва, а параметры працэсу неабходна строга кантраляваць, у адваротным выпадку гэта лёгка прывядзе да такіх дэфектаў, як лушчэнне, паласы, нізкая трываласць плёнкі або цяжкае адслаенне.Арганічныя рэчывы, якія выкарыстоўваюцца, з'яўляюцца таксічнымі і будуць выклікаць забруджванне навакольнага асяроддзя, і нетоксичные або менш таксічныя сістэмы павінны быць выкарыстаны, наколькі гэта магчыма, каб паменшыць забруджванне навакольнага асяроддзя.

2.4 Ліццё пад ціскам геля
Тэхналогія гелевага ліцця пад ціскам - гэта новы калоідны працэс хуткага прататыпавання, упершыню вынайдзены даследчыкамі Нацыянальнай лабараторыі Ок-Рыджа ў пачатку 1990-х гадоў.Яе сутнасцю з'яўляецца выкарыстанне раствораў арганічных манамераў, якія полімерызуюцца ў высокатрывалыя гелі палімер-растваральнік, звязаныя збоку.

Суспензія керамічнага парашка, растворанага ў растворы арганічных манамераў, адліваецца ў форму, і сумесь манамераў полімерызуецца з адукацыяй гелеобразной часткі.Паколькі латэральна звязаны палімер-растваральнік утрымлівае толькі 10–20% (масавая доля) палімера, лёгка выдаліць растваральнік з гелевай часткі шляхам сушкі.У той жа час з-за бакавога злучэння палімераў палімеры не могуць міграваць з растваральнікам у працэсе сушкі.

Гэты метад можа быць выкарыстаны для вырабу аднафазных і кампазітных керамічных дэталяў, якія могуць утвараць керамічныя дэталі складанай формы, квазісеткавага памеру, і іх трываласць у сырым стане дасягае 20-30 МПа і больш, якія можна перапрацоўваць.Асноўная праблема гэтага метаду заключаецца ў тым, што хуткасць ўсаджвання цела эмбрыёна адносна высокая ў працэсе ўшчыльнення, што лёгка прыводзіць да дэфармацыі цела эмбрыёна;некаторыя арганічныя манамеры валодаюць кіслародным інгібіраваннем, з-за чаго паверхня адслойваецца і адвальваецца;з-за выкліканага тэмпературай працэсу палімерызацыі арганічнага манамера, выклікаючы Тэмпературнае галенне прыводзіць да існавання ўнутранага напружання, якое выклікае паломку нарыхтовак і гэтак далей.

2.5 Ліццё пад ціскам прамога зацвярдзення
Ін'екцыйнае ліццё з прамым зацвярдзеннем - гэта тэхналогія фармавання, распрацаваная ETH Zurich: вада-растваральнік, керамічны парашок і арганічныя дабаўкі цалкам змешваюцца з адукацыяй электрастатычна ўстойлівай суспензіі з нізкай вязкасцю і высокім утрыманнем цвёрдых рэчываў, якую можна змяніць шляхам дадання рн шлама або хімічных рэчываў. якія павялічваюць канцэнтрацыю электраліта, затым завісь ўпырскваецца ў непарыстую форму.

Кантралюйце ход хімічных рэакцый падчас працэсу.Рэакцыя перад ліццём пад ціскам праводзіцца павольна, глейкасць завісі падтрымліваецца нізкай, а пасля ліцця пад ціскам рэакцыя паскараецца, завісь застывае, і вадкая завісь ператвараецца ў цвёрдае цела.Атрыманае зялёнае цела мае добрыя механічныя ўласцівасці, а трываласць можа дасягаць 5 кПа.Зялёнае цела вымаюць з формы, сушаць і спекаюць, каб сфармаваць керамічную частку патрэбнай формы.

Яго перавагі ў тым, што ён не мае патрэбы або мае патрэбу толькі ў невялікай колькасці арганічных дабавак (менш за 1%), зялёнае цела не патрабуе абястлушчвання, шчыльнасць зялёнага цела аднастайная, адносная шчыльнасць высокая (55% ~ 70%), і ён можа ўтвараць буйнагабарытныя і складаныя па форме керамічныя дэталі.Недахоп яго ў тым, што дабаўкі дарагія, і падчас рэакцыі звычайна вылучаецца газ.

2.6 Ліццё пад ціскам
Ліццё пад ціскам даўно выкарыстоўваецца пры фармоўцы пластмасавых вырабаў і ліцці металічных формаў.У гэтым працэсе выкарыстоўваецца нізкатэмпературнае отвержденія тэрмапластычнай арганікі або высокатэмпературнае отверждение термореактивной арганікі.Парашок і арганічны носьбіт змешваюцца ў спецыяльным змешвальным абсталяванні, а затым упырскваюцца ў форму пад высокім ціскам (дзесяткі-сотні МПа).За кошт вялікага ціску фармавання атрыманыя нарыхтоўкі маюць дакладныя памеры, высокую гладкасць і кампактную структуру;выкарыстанне спецыяльнага фармовачнага абсталявання значна павышае эфектыўнасць вытворчасці.

У канцы 1970-х - пачатку 1980-х гадоў працэс ліцця пад ціскам быў ужыты для фармавання керамічных дэталяў.Гэты працэс рэалізуе пластычнае фармаванне бясплодных матэрыялаў шляхам дадання вялікай колькасці арганічных рэчываў, што з'яўляецца звычайным працэсам фармавання керамічных пластыкаў.У тэхналогіі ліцця пад ціскам у дадатак да выкарыстання тэрмапластычных арганічных матэрыялаў (такіх як поліэтылен, полістырол), тэрмарэактыўных арганічных матэрыялаў (такіх як эпаксідная смала, фенольная смала) або водарастваральных палімераў у якасці асноўнага злучнага рэчыва, неабходна дадаць пэўныя колькасці працэсу дапаможныя сродкі, такія як пластыфікатары, змазкі і злучныя рэчывы для паляпшэння цякучасці керамічнай ін'екцыйнай суспензіі і забеспячэння якасці ліцця пад ціскам.

Працэс ліцця пад ціскам мае такія перавагі, як высокая ступень аўтаматызацыі і дакладны памер фармовачнай нарыхтоўкі.Тым не менш, утрыманне арганічных рэчываў у зялёным корпусе керамічных дэталяў, адлітых пад ціскам, дасягае 50 аб.%.Для выдалення гэтых арганічных рэчываў у наступным працэсе спякання патрабуецца шмат часу, нават ад некалькіх дзён да дзесяткаў дзён, і лёгка выклікаць дэфекты якасці.

2.7 Калоіднага ліцця пад ціскам
Каб вырашыць праблемы вялікай колькасці арганічных рэчываў, якія дадаюцца, і цяжкасці ліквідацыі цяжкасцей у традыцыйным працэсе ліцця пад ціскам, Універсітэт Цінхуа творча прапанаваў новы працэс калоіднага ліцця керамікі пад ціскам і самастойна распрацаваў прататып калоіднага ліцця пад ціскам рэалізаваць ін'екцыю бясплоднай керамічнай суспензіі.фарміраванне.

Асноўная ідэя заключаецца ў спалучэнні калоіднага ліцця з ліццём пад ціскам з выкарыстаннем запатэнтаванага ін'екцыйнага абсталявання і новай тэхналогіі отвержденія, якая забяспечваецца калоідным працэсам цвярдзення на месцы.Гэты новы працэс выкарыстоўвае менш за 4 мас.% арганічных рэчываў.Невялікая колькасць арганічных манамераў або арганічных злучэнняў у суспензіі на воднай аснове выкарыстоўваецца для хуткай індукцыі полімерызацыі арганічных манамераў пасля ўпырску ў форму для фарміравання арганічнага сеткавага шкілета, які раўнамерна ахінае керамічны парашок.Сярод іх не толькі значна скарачаецца час дегумирования, але і верагоднасць парэпання дэгуммирования значна зніжаецца.

Існуе велізарная розніца паміж ліццём керамікі пад ціскам і калоідным фармаваннем.Асноўнае адрозненне заключаецца ў тым, што першы адносіцца да катэгорыі пластмасавага ліцця, а другі - да ліцця шлама, гэта значыць шлам не мае пластычнасці і з'яўляецца бясплодным матэрыялам.Паколькі завісь не мае пластычнасці пры калоідным фармаванні, традыцыйная ідэя керамічнага ліцця пад ціскам не можа быць прынята.Калі калоіднае ліццё спалучаецца з ліццём пад ціскам, калоіднае ліццё пад ціскам керамічных матэрыялаў ажыццяўляецца з выкарыстаннем запатэнтаванага ін'екцыйнага абсталявання і новай тэхналогіі отвержденія, якая забяспечваецца калоідным працэсам фармавання на месцы.

Новы працэс калоіднага ліцця пад ціскам керамікі адрозніваецца ад звычайнага калоіднага ліцця і традыцыйнага ліцця пад ціскам.Перавагай высокай ступені аўтаматызацыі фармавання з'яўляецца якасная сублімацыя працэсу калоіднага фармавання, што стане надзеяй на індустрыялізацыю высокатэхналагічнай керамікі.