Nou processos d'emmotllament de precisió de ceràmica de zirconi

Nou processos d'emmotllament de precisió de ceràmica de zirconi
El procés d'emmotllament té un paper d'enllaç en tot el procés de preparació de materials ceràmics i és la clau per garantir la fiabilitat del rendiment i la repetibilitat de la producció dels materials i components ceràmics.
Amb el desenvolupament de la societat, el mètode tradicional d'amassat manual, el mètode de formació de rodes, el mètode de rejuntat, etc. de la ceràmica tradicional ja no pot satisfer les necessitats de producció i perfeccionament de la societat moderna, de manera que va néixer un nou procés d'emmotllament.Els materials ceràmics fins ZrO2 s'utilitzen àmpliament en els 9 tipus de processos d'emmotllament següents (2 tipus de mètodes secs i 7 tipus de mètodes humits):

1. Emmotllament en sec

1.1 Premsat en sec

El premsat en sec utilitza pressió per pressionar la pols de ceràmica en una determinada forma del cos.La seva essència és que sota l'acció de la força externa, les partícules de pols s'apropen entre si al motlle i es combinen fermament per fricció interna per mantenir una determinada forma.El principal defecte en els cossos verds premsats en sec és l'espal·lació, que es deu a la fricció interna entre les pols i la fricció entre les pols i la paret del motlle, donant lloc a una pèrdua de pressió dins del cos.

Els avantatges del premsat en sec són que la mida del cos verd és precisa, l'operació és senzilla i és convenient realitzar un funcionament mecanitzat;el contingut d'humitat i aglutinant a la premsa en sec verda és menor i la contracció d'assecat i cocció és petita.S'utilitza principalment per formar productes amb formes senzilles i la relació d'aspecte és petita.L'augment del cost de producció causat pel desgast del motlle és el desavantatge del premsat en sec.

1.2 Pressió isostàtica

El premsat isostàtic és un mètode de conformació especial desenvolupat a partir del premsat en sec tradicional.Utilitza la pressió de transmissió del fluid per aplicar pressió uniformement a la pols dins del motlle elàstic des de totes les direccions.A causa de la consistència de la pressió interna del fluid, la pols suporta la mateixa pressió en totes direccions, de manera que es pot evitar la diferència de densitat del cos verd.

El premsat isostàtic es divideix en premsa isostàtica de bossa humida i premsa isostàtica de bossa seca.La premsa isostàtica de la bossa humida pot formar productes amb formes complexes, però només pot funcionar de manera intermitent.La premsa isostàtica de la bossa seca pot realitzar un funcionament continu automàtic, però només pot formar productes amb formes senzilles com ara seccions transversals quadrades, rodones i tubulars.La pressió isostàtica pot obtenir un cos verd uniforme i dens, amb una petita contracció de cocció i una contracció uniforme en totes direccions, però l'equip és complex i car, i l'eficiència de producció no és alta i només és adequat per a la producció de materials amb especials. requisits.

2. Formació humida

2.1 Rejuntat
El procés d'emmotllament de rejuntat és similar a la fosa de cinta, la diferència és que el procés d'emmotllament inclou un procés de deshidratació física i un procés de coagulació química.La deshidratació física elimina l'aigua del purí mitjançant l'acció capil·lar del motlle de guix porós.El Ca2+ generat per la dissolució de la superfície CaSO4 augmenta la força iònica del purí, donant lloc a la floculació del purí.
Sota l'acció de la deshidratació física i la coagulació química, les partícules de pols de ceràmica es dipositen a la paret del motlle de guix.El rejunt és adequat per a la preparació de peces ceràmiques a gran escala amb formes complexes, però la qualitat del cos verd, inclosa la forma, la densitat, la força, etc., és deficient, la intensitat laboral dels treballadors és alta i no és adequada. per a operacions automatitzades.

2.2 Colada a pressió en calent
La fosa en calent consisteix a barrejar pols de ceràmica amb aglutinant (parafina) a una temperatura relativament alta (60 ~ 100 ℃) per obtenir purins per a la fosa en calent.El purín s'injecta al motlle metàl·lic sota l'acció de l'aire comprimit i es manté la pressió.Refrigeració, desemmotllament per obtenir un blanc de cera, el blanc de cera es desparafina sota la protecció d'una pols inert per obtenir un cos verd, i el cos verd es sinteritza a alta temperatura per convertir-se en porcellana.

El cos verd format per fosa en calent té unes dimensions precises, una estructura interna uniforme, menys desgast del motlle i una alta eficiència de producció i és adequat per a diverses matèries primeres.La temperatura del purí de cera i del motlle s'ha de controlar estrictament, en cas contrari, provocarà injecció o deformació, de manera que no és adequat per a la fabricació de peces grans, i el procés de cocció en dos passos és complicat i el consum d'energia és elevat.

2.3 Colada de cinta
La fosa de cinta consisteix a barrejar completament la pols ceràmica amb una gran quantitat d'aglutinants orgànics, plastificants, dispersants, etc. per obtenir un purí viscós fluid, afegir el purí a la tremuja de la màquina de fosa i utilitzar un rascador per controlar el gruix.Flueix cap a la cinta transportadora a través del broquet d'alimentació i la pel·lícula en blanc s'obté després de l'assecat.

Aquest procés és adequat per a la preparació de materials pel·lícules.Per tal d'obtenir una millor flexibilitat, s'afegeix una gran quantitat de matèria orgànica, i els paràmetres del procés s'han de controlar estrictament, en cas contrari, provocarà fàcilment defectes com ara pelatge, vetes, poca resistència a la pel·lícula o pelatge difícil.La matèria orgànica utilitzada és tòxica i provocarà contaminació ambiental, i s'ha d'utilitzar un sistema no tòxic o menys tòxic tant com sigui possible per reduir la contaminació ambiental.

2.4 Emmotllament per injecció de gel
La tecnologia d'emmotllament per injecció de gel és un nou procés de prototipat ràpid col·loïdal inventat per primera vegada pels investigadors del Laboratori Nacional d'Oak Ridge a principis dels anys noranta.En el seu nucli es troba l'ús de solucions de monòmers orgànics que polimeritzen en gels de polímer-solvent d'alta resistència i enllaçats lateralment.

Una pasta de pols ceràmica dissolta en una solució de monòmers orgànics es col·loca en un motlle i la barreja de monòmers es polimeritza per formar una part gelificada.Atès que el dissolvent-polímer enllaçat lateralment conté només un 10%-20% (fracció massiva) de polímer, és fàcil eliminar el dissolvent de la part del gel mitjançant un pas d'assecat.Al mateix temps, a causa de la connexió lateral dels polímers, els polímers no poden migrar amb el dissolvent durant el procés d'assecat.

Aquest mètode es pot utilitzar per fabricar peces ceràmiques monofàsiques i compostes, que poden formar peces ceràmiques de forma complexa i de mida quasi neta, i la seva força verda és de fins a 20-30Mpa o més, que es poden reprocessar.El principal problema d'aquest mètode és que la taxa de contracció del cos de l'embrió és relativament alta durant el procés de densificació, cosa que condueix fàcilment a la deformació del cos de l'embrió;alguns monòmers orgànics tenen inhibició de l'oxigen, cosa que fa que la superfície es peli i caigui;a causa del procés de polimerització de monòmers orgànics induït per la temperatura, provocant l'afaitat de la temperatura condueix a l'existència d'estrès intern, que fa que els espais en blanc es trenquin, etc.

2.5 Emmotllament per injecció de solidificació directa
L'emmotllament per injecció de solidificació directa és una tecnologia d'emmotllament desenvolupada per l'ETH Zurich: l'aigua dissolvent, la pols ceràmica i els additius orgànics es barregen completament per formar un purín electrostàticament estable, de baixa viscositat i alt contingut de sòlids, que es pot canviar afegint pH de purins o productes químics. que augmenten la concentració d'electròlits, després s'injecta el purí en un motlle no porós.

Controlar el progrés de les reaccions químiques durant el procés.La reacció abans de l'emmotllament per injecció es porta a terme lentament, la viscositat de la purín es manté baixa i la reacció s'accelera després de l'emmotllament per injecció, la purín es solidifica i la purín fluida es transforma en un cos sòlid.El cos verd obtingut té bones propietats mecàniques i la resistència pot arribar als 5kPa.El cos verd es desmolda, s'asseca i es sinteritza per formar una part ceràmica de la forma desitjada.

Els seus avantatges són que no necessita o només necessita una petita quantitat d'additius orgànics (menys de l'1%), el cos verd no ha de ser desgreixat, la densitat del cos verd és uniforme, la densitat relativa és alta (55% ~ 70%), i pot formar peces ceràmiques de grans dimensions i de forma complexa.El seu desavantatge és que els additius són cars i generalment s'allibera gas durant la reacció.

2.6 Emmotllament per injecció
L'emmotllament per injecció s'ha utilitzat durant molt de temps en l'emmotllament de productes plàstics i l'emmotllament de motlles metàl·lics.Aquest procés utilitza curat a baixa temperatura d'orgànics termoplàstics o curat a alta temperatura d'orgànics termoestables.La pols i el transportador orgànic es barregen en un equip de mescla especial i després s'injecten al motlle a alta pressió (desenes a centenars de MPa).A causa de la gran pressió d'emmotllament, els blancs obtinguts tenen unes dimensions precises, una gran suavitat i una estructura compacta;l'ús d'equips especials d'emmotllament millora considerablement l'eficiència de la producció.

A finals dels anys setanta i principis dels vuitanta, el procés d'emmotllament per injecció es va aplicar a l'emmotllament de peces ceràmiques.Aquest procés realitza l'emmotllament de plàstic de materials àrids afegint una gran quantitat de matèria orgànica, que és un procés comú d'emmotllament de plàstic ceràmic.En la tecnologia d'emmotllament per injecció, a més d'utilitzar orgànics termoplàstics (com ara polietilè, poliestirè), orgànics termoestables (com resina epoxi, resina fenòlica) o polímers solubles en aigua com a aglutinant principal, cal afegir determinades quantitats de procés. ajudes com plastificants, lubricants i agents d'acoblament per millorar la fluïdesa de la suspensió d'injecció ceràmica i garantir la qualitat del cos modelat per injecció.

El procés d'emmotllament per injecció té els avantatges d'un alt grau d'automatització i de la mida precisa del model en blanc.No obstant això, el contingut orgànic al cos verd de les peces de ceràmica modelades per injecció és tan alt com el 50% vol.Es necessita molt de temps, fins i tot de diversos dies a desenes de dies, per eliminar aquestes substàncies orgàniques en el procés de sinterització posterior, i és fàcil provocar defectes de qualitat.

2.7 Emmotllament per injecció col·loïdal
Per tal de resoldre els problemes de la gran quantitat de matèria orgànica afegida i la dificultat d'eliminar les dificultats del procés tradicional d'emmotllament per injecció, la Universitat de Tsinghua va proposar creativament un nou procés per a l'emmotllament per injecció col·loïdal de ceràmica i va desenvolupar de manera independent un prototip d'emmotllament per injecció col·loïdal. per realitzar la injecció de purins ceràmics estèrils.formant.

La idea bàsica és combinar l'emmotllament col·loïdal amb l'emmotllament per injecció, utilitzant equips d'injecció patentats i la nova tecnologia de curat proporcionada pel procés d'emmotllament de solidificació col·loïdal in situ.Aquest nou procés utilitza menys del 4% en pes de matèria orgànica.Una petita quantitat de monòmers orgànics o compostos orgànics a la suspensió a base d'aigua s'utilitza per induir ràpidament la polimerització de monòmers orgànics després de la injecció al motlle per formar un esquelet de xarxa orgànica, que embolcalla uniformement la pols ceràmica.Entre ells, no només s'escurça molt el temps de desgomat, sinó que també es redueix molt la possibilitat d'esquerdes de desgomat.

Hi ha una gran diferència entre l'emmotllament per injecció de ceràmica i l'emmotllament col·loïdal.La principal diferència és que el primer pertany a la categoria d'emmotllament de plàstic, i el segon pertany a l'emmotllament de purins, és a dir, el purí no té plasticitat i és un material estèril.Com que el purín no té plasticitat en l'emmotllament col·loïdal, no es pot adoptar la idea tradicional d'emmotllament per injecció de ceràmica.Si l'emmotllament col·loidal es combina amb l'emmotllament per injecció, l'emmotllament per injecció col·loïdal de materials ceràmics es realitza mitjançant l'ús d'equips d'injecció patentats i una nova tecnologia de curat proporcionada pel procés d'emmotllament col·loïdal in situ.

El nou procés d'emmotllament per injecció col·loïdal de ceràmica és diferent de l'emmotllament col·loïdal general i l'emmotllament per injecció tradicional.L'avantatge d'un alt grau d'automatització de l'emmotllament és una sublimació qualitativa del procés d'emmotllament col·loïdal, que es convertirà en l'esperança per a la industrialització de la ceràmica d'alta tecnologia.