Zirkonya seramiklerinin dokuz hassas kalıplama işlemi

Zirkonya seramiklerinin dokuz hassas kalıplama işlemi
Kalıplama işlemi, seramik malzemelerin tüm hazırlık sürecinde bağlayıcı bir rol oynar ve seramik malzemelerin ve bileşenlerin performans güvenilirliğini ve üretim tekrarlanabilirliğini sağlamanın anahtarıdır.
Toplumun gelişmesiyle birlikte, geleneksel seramiklerin geleneksel elle yoğurma yöntemi, tekerlek şekillendirme yöntemi, derzleme yöntemi vb. artık modern toplumun üretim ve arıtma ihtiyaçlarını karşılayamıyor, bu nedenle yeni bir kalıplama süreci doğdu.ZrO2 ince seramik malzemeleri aşağıdaki 9 tip kalıplama işleminde yaygın olarak kullanılmaktadır (2 tip kuru yöntem ve 7 tür ıslak yöntem):

1. Kuru kalıplama

1.1 Kuru presleme

Kuru presleme, seramik tozunu vücudun belirli bir şekline preslemek için basınç kullanır.Bunun özü, dış kuvvetin etkisi altında, toz parçacıklarının kalıp içinde birbirine yaklaşması ve belirli bir şekli korumak için iç sürtünme ile sıkıca birleştirilmesidir.Kuru preslenmiş ham gövdelerdeki ana kusur, tozlar arasındaki iç sürtünme ve tozlar ile kalıp duvarı arasındaki sürtünmeden kaynaklanan ve gövde içinde basınç kaybına neden olan parçalanmadır.

Kuru preslemenin avantajları, yeşil gövdenin boyutunun doğru olması, işlemin basit olması ve mekanize işlemin gerçekleştirilmesinin uygun olmasıdır;Yeşil kuru preslemede nem ve bağlayıcı içeriği daha azdır ve kurutma ve pişirme büzülmesi küçüktür.Esas olarak basit şekillere sahip ürünler oluşturmak için kullanılır ve en boy oranı küçüktür.Kalıp aşınmasından dolayı artan üretim maliyeti kuru preslemenin dezavantajıdır.

1.2 İzostatik presleme

İzostatik presleme, geleneksel kuru presleme temel alınarak geliştirilmiş özel bir şekillendirme yöntemidir.Elastik kalıp içindeki toza her yönden eşit miktarda basınç uygulamak için sıvı iletim basıncını kullanır.Sıvının iç basıncının tutarlılığı nedeniyle, toz her yönde aynı basıncı taşır, böylece yeşil gövdenin yoğunluk farkı önlenebilir.

İzostatik presleme, ıslak torba izostatik presleme ve kuru torba izostatik presleme olarak ikiye ayrılır.Islak torba izostatik presleme karmaşık şekilli ürünler oluşturabilir, ancak yalnızca aralıklı olarak çalışabilir.Kuru torba izostatik presleme, otomatik sürekli çalışmayı gerçekleştirebilir, ancak yalnızca kare, yuvarlak ve boru şeklinde kesitler gibi basit şekillere sahip ürünler oluşturabilir.İzostatik presleme, küçük yanma büzülmesi ve her yönde eşit büzülme ile tekdüze ve yoğun bir yeşil gövde elde edebilir, ancak ekipman karmaşık ve pahalıdır ve üretim verimliliği yüksek değildir ve yalnızca özel malzemelerin üretimi için uygundur. Gereksinimler.

2. Islak şekillendirme

2.1 Derzleme
Harçla kalıplama işlemi şerit döküme benzer, fark, kalıplama işleminin fiziksel dehidrasyon işlemini ve kimyasal pıhtılaşma işlemini içermesidir.Fiziksel dehidrasyon, gözenekli alçı kalıbın kılcal etkisi yoluyla bulamaçtaki suyu uzaklaştırır.CaSO4 yüzeyinin çözünmesiyle üretilen Ca2+, bulamacın iyonik gücünü arttırır, bu da bulamacın topaklaşmasına neden olur.
Fiziksel dehidrasyon ve kimyasal pıhtılaşmanın etkisi altında, seramik tozu parçacıkları alçı kalıp duvarında biriktirilir.Derzleme, karmaşık şekillere sahip büyük ölçekli seramik parçaların hazırlanması için uygundur, ancak şekil, yoğunluk, dayanıklılık vb. dahil olmak üzere yeşil gövdenin kalitesi zayıftır, işçilerin emek yoğunluğu yüksektir ve uygun değildir. Otomatik işlemler için.

2.2 Sıcak döküm
Sıcak basınçlı döküm, sıcak basınçlı döküm için bulamaç elde etmek üzere seramik tozunun bağlayıcı madde (parafin) ile nispeten yüksek bir sıcaklıkta (60~100°C) karıştırılmasıdır.Bulamaç, basınçlı havanın etkisi altında metal kalıba enjekte edilir ve basınç korunur.Boş bir mum elde etmek için soğutma, kalıptan çıkarma, yeşil bir gövde elde etmek için boş mumun inert bir tozun koruması altında mumu alınır ve yeşil gövde, porselen haline gelmek üzere yüksek sıcaklıkta sinterlenir.

Sıcak döküm ile oluşturulan yeşil gövde, hassas boyutlara, düzgün iç yapıya, daha az kalıp aşınmasına ve yüksek üretim verimliliğine sahip olup, çeşitli hammaddelere uygundur.Balmumu bulamacının ve kalıbın sıcaklığının sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir, aksi takdirde enjeksiyon veya deformasyona neden olur, bu nedenle büyük parçaların üretimi için uygun değildir ve iki aşamalı pişirme işlemi karmaşıktır ve enerji tüketimi yüksektir.

2.3 Bant dökümü
Bant dökümü, akıcı viskoz bir bulamaç elde etmek için seramik tozunu büyük miktarda organik bağlayıcılar, plastikleştiriciler, dağıtıcılar vb. ile tamamen karıştırmak, bulamacı döküm makinesinin haznesine eklemek ve kalınlığı kontrol etmek için bir kazıyıcı kullanmaktır.Besleme ağzından konveyör bandına akar ve kuruduktan sonra boş film elde edilir.

Bu işlem film malzemelerinin hazırlanması için uygundur.Daha iyi esneklik elde etmek için büyük miktarda organik madde eklenir ve işlem parametrelerinin sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir, aksi takdirde kolayca soyulma, çizgiler, düşük film mukavemeti veya zor soyulma gibi kusurlara neden olur.Kullanılan organik madde toksik olup çevre kirliliğine neden olacaktır ve çevre kirliliğinin azaltılması için mümkün olduğunca toksik olmayan veya daha az toksik bir sistem kullanılmalıdır.

2.4 Jel enjeksiyonlu kalıplama
Jel enjeksiyonlu kalıplama teknolojisi, ilk olarak 1990'ların başında Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar tarafından icat edilen yeni bir koloidal hızlı prototipleme işlemidir.Temelinde, yüksek mukavemetli, yanal olarak bağlı polimer-çözücü jelleri halinde polimerize olan organik monomer çözeltilerinin kullanılması yer alır.

Organik monomerlerin bir çözeltisi içinde çözünmüş seramik tozunun bir bulamacı bir kalıba dökülür ve monomer karışımı jelleşmiş bir parça oluşturacak şekilde polimerize olur.Yanal olarak bağlı polimer-çözücü yalnızca %10-20 (kütle fraksiyonu) polimer içerdiğinden, solventin jel kısmından bir kurutma adımıyla çıkarılması kolaydır.Aynı zamanda polimerlerin yanal bağlantısından dolayı polimerler kurutma işlemi sırasında solvent ile birlikte hareket edemezler.

Bu yöntem, karmaşık şekilli, yarı net boyutlu seramik parçalar oluşturabilen tek fazlı ve kompozit seramik parçaların imalatında kullanılabilir ve yeniden işlenebilen, ham mukavemeti 20-30Mpa veya daha fazla kadar yüksektir.Bu yöntemin temel sorunu, yoğunlaştırma işlemi sırasında embriyo gövdesinin büzülme oranının nispeten yüksek olmasıdır, bu da embriyo gövdesinin kolayca deformasyonuna yol açar;bazı organik monomerler, yüzeyin soyulmasına ve düşmesine neden olan oksijen inhibisyonuna sahiptir;Sıcaklığın neden olduğu organik monomer polimerizasyon prosesi nedeniyle Sıcaklık traşlaması, işlenmemiş parçaların kırılmasına vb. neden olan iç gerilimin varlığına yol açar.

2.5 Doğrudan katılaşma enjeksiyonlu kalıplama
Doğrudan katılaşma enjeksiyonlu kalıplama, ETH Zürih tarafından geliştirilen bir kalıplama teknolojisidir: solvent suyu, seramik tozu ve organik katkı maddeleri, elektrostatik olarak stabil, düşük viskoziteli, yüksek katı içerikli bulamaç oluşturmak üzere tamamen karıştırılır; bu, Bulamaç pH'ı veya kimyasallar eklenerek değiştirilebilir. Elektrolit konsantrasyonunu artıran bulamaç, daha sonra gözeneksiz bir kalıba enjekte edilir.

İşlem sırasında kimyasal reaksiyonların ilerlemesini kontrol edin.Enjeksiyonlu kalıplamadan önceki reaksiyon yavaş bir şekilde gerçekleştirilir, bulamacın viskozitesi düşük tutulur ve enjeksiyonlu kalıplamadan sonra reaksiyon hızlandırılır, bulamaç katılaşır ve sıvı bulamaç katı bir gövdeye dönüştürülür.Elde edilen yeşil gövde iyi mekanik özelliklere sahiptir ve mukavemet 5kPa'ya ulaşabilir.Yeşil gövde kalıptan çıkarılır, kurutulur ve istenen şekle sahip bir seramik parça oluşturmak üzere sinterlenir.

Avantajları, organik katkı maddelerine ihtiyaç duymaması veya yalnızca az miktarda (%1'den az) ihtiyaç duyması, yeşil gövdenin yağdan arındırılmasına gerek olmaması, yeşil gövde yoğunluğunun tekdüze olması, bağıl yoğunluğun yüksek olmasıdır (%55 ~ %70 oranında olup, büyük boyutlu ve karmaşık şekilli seramik parçalar oluşturabilmektedir.Dezavantajı ise katkı maddelerinin pahalı olması ve reaksiyon sırasında genellikle gaz açığa çıkmasıdır.

2.6 Enjeksiyonlu kalıplama
Enjeksiyon kalıplama uzun süredir plastik ürünlerin kalıplanmasında ve metal kalıpların kalıplanmasında kullanılmaktadır.Bu işlem, termoplastik organiklerin düşük sıcaklıkta kürlenmesini veya ısıyla sertleşen organiklerin yüksek sıcaklıkta kürlenmesini kullanır.Toz ve organik taşıyıcı özel bir karıştırma ekipmanında karıştırılır ve ardından yüksek basınç (onlarca ila yüzlerce MPa) altında kalıba enjekte edilir.Büyük kalıplama basıncı nedeniyle elde edilen işlenmemiş parçalar hassas boyutlara, yüksek pürüzsüzlüğe ve kompakt yapıya sahiptir;özel kalıplama ekipmanının kullanılması üretim verimliliğini büyük ölçüde artırır.

1970'lerin sonu ve 1980'lerin başında seramik parçaların kalıplanmasında enjeksiyon kalıplama işlemi uygulandı.Bu işlem, yaygın bir seramik plastik kalıplama işlemi olan, büyük miktarda organik madde katılarak çorak malzemelerin plastik kalıplanmasını gerçekleştirir.Enjeksiyon kalıplama teknolojisinde, ana bağlayıcı olarak termoplastik organiklerin (polietilen, polistiren gibi), termoset organiklerin (epoksi reçine, fenolik reçine gibi) veya suda çözünebilen polimerlerin kullanılmasına ek olarak, prosese belirli miktarlarda ilave edilmesi gerekmektedir. seramik enjeksiyon süspansiyonunun akışkanlığını geliştirmek ve enjeksiyonla kalıplanmış gövdenin kalitesini sağlamak için plastikleştiriciler, yağlayıcılar ve birleştirme maddeleri gibi yardımcı maddeler.

Enjeksiyon kalıplama prosesi, yüksek derecede otomasyon ve kalıplama parçasının hassas boyutu gibi avantajlara sahiptir.Ancak enjeksiyonla kalıplanmış seramik parçaların yeşil gövdesindeki organik içerik hacimce %50 kadar yüksektir.Sonraki sinterleme işleminde bu organik maddelerin ortadan kaldırılması uzun bir zaman alır, hatta birkaç günden onlarca güne kadar sürebilir ve kalite kusurlarına neden olmak kolaydır.

2.7 Kolloidal enjeksiyonlu kalıplama
Eklenen büyük miktardaki organik madde sorunlarını ve geleneksel enjeksiyonlu kalıplama işlemindeki zorlukları ortadan kaldırmanın zorluğunu çözmek için, Tsinghua Üniversitesi yaratıcı bir şekilde seramiklerin kolloidal enjeksiyonlu kalıplaması için yeni bir süreç önerdi ve bağımsız olarak bir koloidal enjeksiyonlu kalıplama prototipi geliştirdi. Çorak seramik bulamacının enjeksiyonunu gerçekleştirmek için.oluşturuyor.

Temel fikir, kolloidal yerinde katılaşma kalıplama prosesi tarafından sağlanan özel enjeksiyon ekipmanı ve yeni kürleme teknolojisini kullanarak, kolloidal kalıplamayı enjeksiyon kalıplama ile birleştirmektir.Bu yeni proses, ağırlıkça %4'ten daha az organik madde kullanıyor.Su bazlı süspansiyondaki az miktarda organik monomer veya organik bileşik, seramik tozunu eşit şekilde saran organik bir ağ iskeleti oluşturmak üzere kalıba enjeksiyondan sonra organik monomerlerin polimerizasyonunu hızlı bir şekilde teşvik etmek için kullanılır.Bunlar arasında, sadece degumming süresi büyük ölçüde kısalmakla kalmaz, aynı zamanda degumming'in çatlama olasılığı da büyük ölçüde azalır.

Seramiklerin enjeksiyonla kalıplanması ile kolloidal kalıplama arasında büyük bir fark vardır.Temel fark, ilkinin plastik kalıplama kategorisine ait olması ve ikincisinin bulamaç kalıplama kategorisine ait olmasıdır, yani bulamacın hiçbir plastisitesi yoktur ve kısır bir malzemedir.Kolloidal kalıplamada bulamacın plastisitesi olmadığından, geleneksel seramik enjeksiyon kalıplama fikri benimsenemez.Kolloidal kalıplamanın enjeksiyon kalıplama ile birleştirilmesi halinde, seramik malzemelerin kolloidal enjeksiyon kalıplaması, özel enjeksiyon ekipmanı ve kolloidal yerinde kalıplama prosesinin sağladığı yeni kürleme teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilir.

Seramiklerin koloidal enjeksiyonlu kalıplamasının yeni süreci, genel kolloidal kalıplama ve geleneksel enjeksiyonlu kalıplamadan farklıdır.Yüksek derecede kalıplama otomasyonunun avantajı, yüksek teknolojili seramiklerin sanayileşmesi için umut olacak olan koloidal kalıplama işleminin niteliksel olarak süblimleştirilmesidir.