Ni presisjonsstøpeprosesser av zirkoniumkeramikk

Ni presisjonsstøpeprosesser av zirkoniumkeramikk
Støpeprosessen spiller en bindende rolle i hele fremstillingsprosessen av keramiske materialer, og er nøkkelen til å sikre ytelsespålitelighet og produksjonsrepeterbarhet for keramiske materialer og komponenter.
Med utviklingen av samfunnet kan den tradisjonelle håndeltemetoden, hjulformingsmetoden, fugemetoden osv. av tradisjonell keramikk ikke lenger møte det moderne samfunnets behov for produksjon og foredling, så en ny støpeprosess ble født.ZrO2 fine keramiske materialer er mye brukt i følgende 9 typer støpeprosesser (2 typer tørre metoder og 7 typer våte metoder):

1. Tørrstøping

1.1 Tørrpressing

Tørrpressing bruker trykk for å presse keramisk pulver inn i en bestemt form på kroppen.Dens essens er at under påvirkning av ytre kraft, nærmer pulverpartiklene seg hverandre i formen, og er fast kombinert av intern friksjon for å opprettholde en viss form.Hovedfeilen i tørrpressede grønne kropper er spallering, som skyldes den indre friksjonen mellom pulverene og friksjonen mellom pulverene og formveggen, noe som resulterer i trykktap inne i kroppen.

Fordelene med tørrpressing er at størrelsen på den grønne kroppen er nøyaktig, operasjonen er enkel og det er praktisk å realisere mekanisert drift;innholdet av fuktighet og bindemiddel i den grønne tørrpressingen er mindre, og tørke- og brenningssvinnet er lite.Den brukes hovedsakelig til å lage produkter med enkle former, og sideforholdet er lite.De økte produksjonskostnadene forårsaket av formslitasje er ulempen med tørrpressing.

1.2 Isostatisk pressing

Isostatisk pressing er en spesiell formingsmetode utviklet på grunnlag av tradisjonell tørrpressing.Den bruker væskeoverføringstrykk for å påføre trykk jevnt på pulveret inne i den elastiske formen fra alle retninger.På grunn av konsistensen av det indre trykket til væsken, bærer pulveret det samme trykket i alle retninger, slik at forskjellen i tettheten til den grønne kroppen kan unngås.

Isostatisk pressing er delt inn i isostatisk pressing med våt pose og isostatisk pressing med tørr pose.Våtpose-isostatisk pressing kan danne produkter med komplekse former, men det kan bare fungere av og til.Tørrpose-isostatisk pressing kan realisere automatisk kontinuerlig drift, men kan bare danne produkter med enkle former som firkantet, rundt og rørformet tverrsnitt.Isostatisk pressing kan oppnå en jevn og tett grønn kropp, med liten fyringskrymping og jevn krymping i alle retninger, men utstyret er komplekst og dyrt, og produksjonseffektiviteten er ikke høy, og den er kun egnet for produksjon av materialer med spesielle krav.

2. Våtforming

2.1 Fuging
Fugestøpeprosessen ligner på tapestøping, forskjellen er at støpeprosessen inkluderer fysisk dehydreringsprosess og kjemisk koagulasjonsprosess.Fysisk dehydrering fjerner vannet i slurryen gjennom kapillærvirkningen til den porøse gipsformen.Ca2+ generert ved oppløsningen av overflaten CaSO4 øker ionestyrken til slurryen, noe som resulterer i flokkulering av slurryen.
Under påvirkning av fysisk dehydrering og kjemisk koagulering avsettes de keramiske pulverpartiklene på veggen av gipsformen.Fuging er egnet for fremstilling av store keramiske deler med komplekse former, men kvaliteten på den grønne kroppen, inkludert form, tetthet, styrke, etc., er dårlig, arbeidsintensiteten til arbeidere er høy, og den er ikke egnet for automatiserte operasjoner.

2.2 Varm trykkstøping
Varm støping er å blande keramisk pulver med bindemiddel (parafin) ved en relativt høy temperatur (60 ~ 100 ℃) for å oppnå slurry for varm støping.Oppslemmingen sprøytes inn i metallformen under påvirkning av trykkluft, og trykket opprettholdes.Avkjøling, avforming for å oppnå et voksemne, voksemnet avvokses under beskyttelse av et inert pulver for å oppnå en grønn kropp, og den grønne kropp sintres ved høy temperatur for å bli porselen.

Den grønne kroppen dannet av varm støping har presise dimensjoner, jevn indre struktur, mindre formslitasje og høy produksjonseffektivitet, og er egnet for ulike råvarer.Temperaturen på voksoppslemmingen og formen må kontrolleres strengt, ellers vil det føre til underinjeksjon eller deformasjon, så det er ikke egnet for produksjon av store deler, og to-trinns fyringsprosessen er komplisert og energiforbruket er høyt.

2.3 Tape casting
Tape støping er å blande keramisk pulver fullstendig med en stor mengde organiske bindemidler, myknere, dispergeringsmidler, etc. for å oppnå en flytende viskøs slurry, tilsett slurryen til støpemaskinens trakt og bruk en skrape for å kontrollere tykkelsen.Den strømmer ut til transportbåndet gjennom matedysen, og filmemnet oppnås etter tørking.

Denne prosessen er egnet for fremstilling av filmmaterialer.For å oppnå bedre fleksibilitet tilsettes en stor mengde organisk materiale, og prosessparametrene kreves strengt kontrollert, ellers vil det lett forårsake defekter som avskalling, striper, lav filmstyrke eller vanskelig avskalling.Det organiske materialet som brukes er giftig og vil forårsake miljøforurensning, og et ikke-giftig eller mindre giftig system bør brukes så mye som mulig for å redusere miljøforurensning.

2.4 Gel sprøytestøping
Gelsprøytestøpingsteknologi er en ny kolloidal rask prototypingsprosess som først ble oppfunnet av forskere ved Oak Ridge National Laboratory på begynnelsen av 1990-tallet.I kjernen er bruken av organiske monomerløsninger som polymeriserer til høystyrke, sideveis koblede polymer-løsningsmiddelgeler.

En slurry av keramisk pulver oppløst i en løsning av organiske monomerer støpes i en form, og monomerblandingen polymeriserer for å danne en gelert del.Siden det lateralt koblede polymer-løsningsmidlet inneholder bare 10%–20% (massefraksjon) polymer, er det enkelt å fjerne løsningsmidlet fra geldelen ved et tørketrinn.Samtidig, på grunn av polymerens sideforbindelse, kan ikke polymerene migrere med løsningsmidlet under tørkeprosessen.

Denne metoden kan brukes til å produsere enfase- og komposittkeramiske deler, som kan danne kompleksformede, kvasi-netto-store keramiske deler, og dens grønne styrke er så høy som 20-30Mpa eller mer, som kan reprosesseres.Hovedproblemet med denne metoden er at krympingshastigheten til embryokroppen er relativt høy under fortettingsprosessen, noe som lett fører til deformasjon av embryokroppen;noen organiske monomerer har oksygenhemming, noe som får overflaten til å flasse og falle av;på grunn av den temperaturinduserte organiske monomerpolymerisasjonsprosessen, forårsaker Temperaturbarbering fører til eksistensen av indre stress, som fører til at emnene brytes og så videre.

2.5 Sprøytestøping med direkte størkning
Sprøytestøping med direkte størkning er en støpeteknologi utviklet av ETH Zurich: løsemiddelvann, keramisk pulver og organiske tilsetningsstoffer blandes fullstendig for å danne elektrostatisk stabil slurry med lav viskositet og høyt faststoffinnhold, som kan endres ved å tilsette slurry pH eller kjemikalier som øker elektrolyttkonsentrasjonen, deretter injiseres slurryen i en ikke-porøs form.

Kontroller fremdriften av kjemiske reaksjoner under prosessen.Reaksjonen før sprøytestøping utføres sakte, viskositeten til slurryen holdes lav, og reaksjonen akselereres etter sprøytestøping, slurryen størkner og den flytende slurryen omdannes til et fast legeme.Den oppnådde grønne kroppen har gode mekaniske egenskaper og styrken kan nå 5kPa.Den grønne kroppen løsnes, tørkes og sintres for å danne en keramisk del med ønsket form.

Fordelene er at den ikke trenger eller bare trenger en liten mengde organiske tilsetningsstoffer (mindre enn 1%), den grønne kroppen trenger ikke å være avfettende, den grønne kroppens tetthet er jevn, den relative tettheten er høy (55%~ 70%), og det kan danne store og kompleksformede keramiske deler.Ulempen er at tilsetningsstoffene er dyre, og gass frigjøres vanligvis under reaksjonen.

2.6 Sprøytestøping
Sprøytestøping har lenge vært brukt i støping av plastprodukter og støping av metallformer.Denne prosessen bruker lavtemperaturherding av termoplastiske organiske stoffer eller høytemperaturherding av termoherdende organiske stoffer.Pulveret og den organiske bæreren blandes i et spesielt blandeutstyr, og injiseres deretter i formen under høyt trykk (ti til hundrevis av MPa).På grunn av det store støpetrykket har de oppnådde emnene presise dimensjoner, høy glatthet og kompakt struktur;bruk av spesielt støpeutstyr forbedrer produksjonseffektiviteten betydelig.

På slutten av 1970-tallet og begynnelsen av 1980-tallet ble sprøytestøpingsprosessen brukt på støping av keramiske deler.Denne prosessen realiserer plaststøping av ufruktbare materialer ved å tilsette en stor mengde organisk materiale, som er en vanlig keramisk plaststøpeprosess.I sprøytestøpingsteknologi, i tillegg til å bruke termoplastiske organiske stoffer (som polyetylen, polystyren), termoherdende organiske stoffer (som epoksyharpiks, fenolharpiks), eller vannløselige polymerer som hovedbindemiddel, er det nødvendig å tilsette visse prosessmengder hjelpemidler som myknere, smøremidler og koblingsmidler for å forbedre flyten til den keramiske injeksjonssuspensjonen og sikre kvaliteten på den sprøytestøpte kroppen.

Sprøytestøpeprosessen har fordelene med høy grad av automatisering og presis størrelse på støpeemnet.Imidlertid er det organiske innholdet i den grønne delen av sprøytestøpte keramiske deler så høyt som 50 vol%.Det tar lang tid, til og med flere dager til dusinvis av dager, å eliminere disse organiske stoffene i den påfølgende sintringsprosessen, og det er lett å forårsake kvalitetsfeil.

2.7 Kolloidal sprøytestøping
For å løse problemene med den store mengden organisk materiale som er tilsatt og vanskeligheten med å eliminere vanskelighetene i den tradisjonelle sprøytestøpeprosessen, foreslo Tsinghua University kreativt en ny prosess for kolloidal sprøytestøping av keramikk, og utviklet uavhengig en kolloidal sprøytestøpingsprototype å realisere injeksjon av ufruktbar keramisk slurry.å danne.

Den grunnleggende ideen er å kombinere kolloidal støping med sprøytestøping, ved å bruke proprietært injeksjonsutstyr og ny herdeteknologi levert av den kolloidale in-situ størkningsstøpeprosessen.Denne nye prosessen bruker mindre enn 4 vekt% organisk materiale.En liten mengde organiske monomerer eller organiske forbindelser i den vannbaserte suspensjonen brukes til raskt å indusere polymerisering av organiske monomerer etter injeksjon i formen for å danne et organisk nettverksskjelett, som jevnt pakker det keramiske pulveret.Blant dem er ikke bare degummingstiden sterkt forkortet, men også muligheten for sprekkdannelse av degumming er sterkt redusert.

Det er en enorm forskjell mellom sprøytestøping av keramikk og kolloidal støping.Hovedforskjellen er at førstnevnte tilhører kategorien plaststøping, og sistnevnte tilhører slurrystøping, det vil si at slurryen ikke har noen plastisitet og er et ufruktbart materiale.Fordi slurryen ikke har noen plastisitet i kolloidal støping, kan den tradisjonelle ideen om keramisk sprøytestøping ikke tas i bruk.Hvis kolloidal støping kombineres med sprøytestøping, realiseres kolloidal sprøytestøping av keramiske materialer ved å bruke proprietært injeksjonsutstyr og ny herdeteknologi levert av kolloidal in-situ støpeprosess.

Den nye prosessen med kolloidal sprøytestøping av keramikk er forskjellig fra generell kolloidal støping og tradisjonell sprøytestøping.Fordelen med en høy grad av støpeautomatisering er en kvalitativ sublimering av den kolloidale støpeprosessen, som vil bli håpet for industrialiseringen av høyteknologisk keramikk.