Девять процессов прецизионного формования циркониевой керамики

Девять процессов прецизионного формования циркониевой керамики
Процесс формования играет связующую роль во всем процессе подготовки керамических материалов и является ключом к обеспечению эксплуатационной надежности и повторяемости производства керамических материалов и компонентов.
С развитием общества традиционный метод ручного замешивания, метод формования круга, метод затирки и т. д. традиционной керамики больше не может удовлетворять потребности современного общества в производстве и обработке, поэтому родился новый процесс формования.Мелкозернистые керамические материалы ZrO2 широко используются в следующих 9 типах процессов формования (2 типа сухих методов и 7 типов мокрых методов):

1. Сухая формовка

1.1 Сухое прессование

Сухое прессование использует давление, чтобы придать керамическому порошку определенную форму тела.Суть его в том, что под действием внешней силы частицы порошка сближаются в форме и прочно соединяются за счет внутреннего трения, сохраняя определенную форму.Основным дефектом сырых изделий сухого прессования является откол, возникающий из-за внутреннего трения между порошками и трения между порошками и стенками формы, что приводит к потере давления внутри тела.

Преимущества сухого прессования заключаются в том, что размер сырого тела является точным, операция проста и удобно осуществлять механизированную операцию;содержание влаги и связующего в сыром сухом прессовании меньше, а усадка при сушке и обжиге невелика.В основном он используется для формирования изделий простой формы с небольшим соотношением сторон.Недостатком сухого прессования является повышенная себестоимость продукции, вызванная износом пресс-формы.

1.2 Изостатическое прессование

Изостатическое прессование – это специальный метод формования, разработанный на основе традиционного сухого прессования.Он использует давление передачи жидкости для равномерного приложения давления к порошку внутри эластичной формы со всех направлений.Благодаря постоянству внутреннего давления жидкости порошок испытывает одинаковое давление во всех направлениях, поэтому можно избежать разницы в плотности сырого тела.

Изостатическое прессование делится на изостатическое прессование в мокрых мешках и изостатическое прессование в сухих мешках.Изостатическое прессование в мокром мешке позволяет формовать изделия сложной формы, но оно может работать только с перерывами.Изостатическое прессование в сухих мешках может обеспечить автоматическую непрерывную работу, но позволяет формовать изделия только простой формы, такой как квадратное, круглое и трубчатое поперечное сечение.Изостатическим прессованием можно получить однородное и плотное сырое тело с небольшой усадкой при обжиге и равномерной усадкой во всех направлениях, но оборудование сложное и дорогое, а эффективность производства невысокая, и оно подходит только для производства материалов со специальными свойствами. требования.

2. Мокрая формовка

2.1 Затирка
Процесс формования затиркой аналогичен литью ленты, с той разницей, что процесс формования включает в себя процесс физического обезвоживания и процесс химической коагуляции.Физическое обезвоживание удаляет воду из суспензии за счет капиллярного действия пористой гипсовой формы.Ca2+, образующийся при растворении поверхностного CaSO4, увеличивает ионную силу суспензии, что приводит к флокуляции суспензии.
Под действием физического обезвоживания и химической коагуляции частицы керамического порошка осаждаются на стенках гипсовой формы.Затирка пригодна для изготовления крупногабаритных керамических деталей сложной формы, но качество сырца, в том числе форма, плотность, прочность и т. д., плохое, трудоемкость рабочих высока и она не пригодна. для автоматизированных операций.

2.2 Горячее литье под давлением
Горячее литье под давлением заключается в смешивании керамического порошка со связующим веществом (парафином) при относительно высокой температуре (60 ~ 100 ℃) для получения суспензии для горячего литья под давлением.Шлам впрыскивается в металлическую форму под действием сжатого воздуха, при этом поддерживается давление.Охлаждение, выемка из формы для получения восковой заготовки, восковая заготовка депарафинируется под защитой инертного порошка для получения неспеченного тела, а необожженное тело спекается при высокой температуре с получением фарфора.

Необработанное тело, полученное методом горячего литья под давлением, имеет точные размеры, однородную внутреннюю структуру, меньший износ формы и высокую эффективность производства, а также подходит для различного сырья.Необходимо строго контролировать температуру восковой суспензии и формы, в противном случае это приведет к недостаточному впрыску или деформации, поэтому она не подходит для изготовления крупных деталей, а двухэтапный процесс обжига сложен и потребление энергии велико.

2.3 Кастинг ленты
Ленточное литье заключается в полном смешивании керамического порошка с большим количеством органических связующих, пластификаторов, диспергаторов и т.п. до получения текучей вязкой суспензии, заливке суспензии в бункер литейной машины и скребке для контроля толщины.Она вытекает на конвейерную ленту через подающее сопло, и после сушки получается пленочная заготовка.

Этот процесс подходит для приготовления пленочных материалов.Чтобы получить лучшую гибкость, добавляется большое количество органических веществ, и параметры процесса должны строго контролироваться, в противном случае это легко приведет к дефектам, таким как отслаивание, полосы, низкая прочность пленки или трудное отслаивание.Используемые органические вещества токсичны и вызывают загрязнение окружающей среды, поэтому для уменьшения загрязнения окружающей среды следует использовать, насколько это возможно, нетоксичные или менее токсичные системы.

2.4 Литье геля под давлением
Технология литья под давлением геля — это новый процесс быстрого коллоидного прототипирования, впервые изобретенный исследователями Окриджской национальной лаборатории в начале 1990-х годов.В его основе лежит использование растворов органических мономеров, которые полимеризуются в высокопрочные, латерально связанные гели полимер-растворитель.

В форму заливают суспензию керамического порошка, растворенного в растворе органических мономеров, и смесь мономеров полимеризуется с образованием гелеобразной части.Поскольку латерально связанный полимер-растворитель содержит только 10–20% (массовая доля) полимера, растворитель легко удалить из гелевой части путем сушки.В то же время из-за латеральной связи полимеров полимеры не могут мигрировать с растворителем в процессе сушки.

Этот метод можно использовать для изготовления однофазных и композитных керамических деталей, которые могут образовывать керамические детали сложной формы, квазисетчатого размера, а их прочность в сыром виде достигает 20-30 МПа или более, которые можно подвергать повторной обработке.Основная проблема этого метода заключается в том, что в процессе уплотнения скорость усадки тела эмбриона относительно высока, что легко приводит к деформации тела эмбриона;некоторые органические мономеры ингибируют кислород, что приводит к отслаиванию и падению поверхности;из-за температурно-индуцированного процесса полимеризации органического мономера, вызывающего температурное бритье, приводит к существованию внутренних напряжений, что приводит к разрушению заготовок и так далее.

2.5 Литье под давлением с прямым затвердеванием
Литье под давлением с прямым отверждением — это технология формования, разработанная ETH Zurich: вода-растворитель, керамический порошок и органические добавки полностью смешиваются с образованием электростатически стабильной суспензии с низкой вязкостью и высоким содержанием твердых веществ, которую можно изменить, добавив pH суспензии или химикаты. которые увеличивают концентрацию электролита, затем суспензию впрыскивают в непористую форму.

Контролируйте ход химических реакций в ходе процесса.Реакция перед литьем под давлением осуществляется медленно, вязкость суспензии поддерживается низкой, а после литья под давлением реакция ускоряется, суспензия затвердевает, а жидкая суспензия превращается в твердое тело.Полученное сырое изделие имеет хорошие механические свойства, а прочность может достигать 5 кПа.Необработанное тело извлекается из формы, сушится и спекается для формирования керамической детали желаемой формы.

Его преимущества заключаются в том, что не требуется или требуется только небольшое количество органических добавок (менее 1%), сырую массу не нужно обезжиривать, плотность сырой массы однородная, относительная плотность высокая (55%~). 70%), из него можно формировать керамические детали крупных размеров и сложной формы.Его недостатком является то, что добавки дороги, а в ходе реакции обычно выделяется газ.

2.6 Литье под давлением
Литье под давлением уже давно используется при литье пластмассовых изделий и формовании металлических форм.В этом процессе используется низкотемпературное отверждение термопластичных органических веществ или высокотемпературное отверждение термореактивных органических веществ.Порошок и органический носитель смешиваются в специальном смесительном оборудовании, а затем впрыскиваются в форму под высоким давлением (десятки-сотни МПа).Благодаря большому давлению формования получаемые заготовки имеют точные размеры, высокую гладкость и компактную структуру;использование специального формовочного оборудования значительно повышает эффективность производства.

В конце 1970-х и начале 1980-х годов процесс литья под давлением был применен для формования керамических деталей.Этот процесс реализует пластиковое формование бесплодных материалов путем добавления большого количества органических веществ, что является обычным процессом формования керамических пластиков.В технологии литья под давлением, помимо использования термопластичных органических веществ (таких как полиэтилен, полистирол), термореактивных органических веществ (таких как эпоксидная смола, фенольная смола) или водорастворимых полимеров в качестве основного связующего, необходимо добавлять определенные количества технологического вспомогательные вещества, такие как пластификаторы, смазки и связующие агенты, для улучшения текучести керамической суспензии для инъекций и обеспечения качества отлитого под давлением тела.

Процесс литья под давлением имеет преимущества высокой степени автоматизации и точного размера формовочной заготовки.Однако содержание органических веществ в сыром теле керамических деталей, отлитых под давлением, достигает 50 об.%.Удаление этих органических веществ в последующем процессе спекания занимает много времени, от нескольких дней до десятков дней, и легко вызвать дефекты качества.

2.7 Коллоидное литье под давлением
Чтобы решить проблемы большого количества добавляемых органических веществ и трудности устранения трудностей в традиционном процессе литья под давлением, Университет Цинхуа творчески предложил новый процесс коллоидного литья под давлением керамики и самостоятельно разработал прототип коллоидного литья под давлением. реализовать закачку бесплодного керамического шлама.формирование.

Основная идея состоит в том, чтобы объединить коллоидное формование с литьевым формованием с использованием запатентованного литьевого оборудования и новой технологии отверждения, обеспечиваемой процессом коллоидного формования с затвердеванием на месте.В этом новом процессе используется менее 4% органических веществ.Небольшое количество органических мономеров или органических соединений в суспензии на водной основе используется для быстрой полимеризации органических мономеров после впрыска в форму с образованием скелета из органической сетки, который равномерно обертывает керамический порошок.Среди них не только значительно сокращается время дегуммирования, но и значительно снижается вероятность растрескивания дегуммированного материала.

Существует огромная разница между литьем керамики под давлением и коллоидным формованием.Основное отличие состоит в том, что первый относится к категории пластического формования, а второй – к суспензионному формованию, то есть суспензия не обладает пластичностью и представляет собой бесплодный материал.Поскольку суспензия не обладает пластичностью при коллоидном формовании, традиционная идея литья под давлением керамики не может быть принята.Если коллоидное формование сочетается с литьевым формованием, коллоидное литьевое формование керамических материалов осуществляется с использованием запатентованного литьевого оборудования и новой технологии отверждения, обеспечиваемой процессом коллоидного формования на месте.

Новый процесс коллоидного литья керамики под давлением отличается от обычного коллоидного литья и традиционного литья под давлением.Преимуществом высокой степени автоматизации формования является качественная сублимация процесса коллоидного формования, что станет надеждой на индустриализацию высокотехнологичной керамики.