Nove procesos de moldeo de precisión de cerámica de circonio

Nove procesos de moldeo de precisión de cerámica de circonio
O proceso de moldeo desempeña un papel vinculante en todo o proceso de preparación de materiais cerámicos e é a clave para garantir a fiabilidade do rendemento e a repetibilidade da produción de materiais e compoñentes cerámicos.
Co desenvolvemento da sociedade, o método tradicional de amasado manual, o método de formación de rodas, o método de lechada, etc. da cerámica tradicional xa non poden satisfacer as necesidades da sociedade moderna para a produción e o perfeccionamento, polo que naceu un novo proceso de moldeo.Os materiais cerámicos finos ZrO2 úsanse amplamente nos seguintes 9 tipos de procesos de moldeo (2 tipos de métodos secos e 7 tipos de métodos húmidos):

1. Moldeo en seco

1.1 Prensado en seco

O prensado en seco usa presión para presionar o po cerámico nunha determinada forma do corpo.A súa esencia é que, baixo a acción da forza externa, as partículas de po achéganse entre si no molde e combínanse firmemente pola fricción interna para manter unha determinada forma.O principal defecto dos corpos verdes prensados ​​en seco é a espalación, que se debe á fricción interna entre os po e á fricción entre os po e a parede do molde, o que provoca unha perda de presión no interior do corpo.

As vantaxes do prensado en seco son que o tamaño do corpo verde é preciso, a operación é sinxela e é conveniente realizar un funcionamento mecanizado;o contido de humidade e aglutinante no prensado en seco verde é menor, e a contracción de secado e cocción é pequena.Úsase principalmente para formar produtos con formas sinxelas e a relación de aspecto é pequena.O aumento do custo de produción causado polo desgaste do molde é a desvantaxe do prensado en seco.

1.2 Prensado isostático

O prensado isostático é un método de conformación especial desenvolvido sobre a base do prensado en seco tradicional.Utiliza presión de transmisión de fluído para aplicar presión uniformemente ao po dentro do molde elástico desde todas as direccións.Debido á consistencia da presión interna do fluído, o po soporta a mesma presión en todas as direccións, polo que se pode evitar a diferenza de densidade do corpo verde.

O prensado isostático divídese en prensado isostático de bolsa húmida e prensado isostático de bolsa seca.A prensa isostática de bolsas húmidas pode formar produtos con formas complexas, pero só pode funcionar de forma intermitente.A prensa isostática de bolsas secas pode realizar un funcionamento continuo automático, pero só pode formar produtos con formas sinxelas, como seccións transversais cadradas, redondas e tubulares.A prensa isostática pode obter un corpo verde uniforme e denso, con pequena contracción de cocción e contracción uniforme en todas as direccións, pero o equipo é complexo e caro, e a eficiencia de produción non é alta e só é adecuado para a produción de materiais especiais. requisitos.

2. Formación húmida

2.1 Rejuntado
O proceso de moldaxe de lechada é similar á fundición de cinta, a diferenza é que o proceso de moldaxe inclúe un proceso de deshidratación física e un proceso de coagulación química.A deshidratación física elimina a auga do purín mediante a acción capilar do molde de xeso poroso.O Ca2+ xerado pola disolución do CaSO4 da superficie aumenta a forza iónica da suspensión, producindo a floculación da suspensión.
Baixo a acción da deshidratación física e da coagulación química, as partículas de po cerámico deposítanse na parede do molde de xeso.A lechada é adecuada para a preparación de pezas cerámicas a gran escala con formas complexas, pero a calidade do corpo verde, incluída a forma, densidade, resistencia, etc., é pobre, a intensidade laboral dos traballadores é alta e non é adecuada. para operacións automatizadas.

2.2 Fundición en quente
A fundición en quente consiste en mesturar po de cerámica con aglutinante (parafina) a unha temperatura relativamente alta (60 ~ 100 ℃) para obter purín para a fundición en quente.A suspensión inxéctase no molde metálico baixo a acción do aire comprimido e mantense a presión.Enfriamento, desmoldeo para obter un branco de cera, o branco de cera é desparafinado baixo a protección dun po inerte para obter un corpo verde, e o corpo verde sinterizado a alta temperatura para converterse en porcelana.

O corpo verde formado por fundición en quente ten dimensións precisas, estrutura interna uniforme, menos desgaste do molde e alta eficiencia de produción e é adecuado para varias materias primas.A temperatura da suspensión de cera e do molde debe controlarse estrictamente, se non, provocará inxección ou deformación, polo que non é axeitado para fabricar pezas grandes, e o proceso de cocción en dous pasos é complicado e o consumo de enerxía é elevado.

2.3 Fundición de cinta
A fundición de cinta consiste en mesturar completamente o po cerámico cunha gran cantidade de aglutinantes orgánicos, plastificantes, dispersantes, etc. para obter unha suspensión viscosa fluída, engadir a suspensión á tolva da máquina de fundición e usar un rascador para controlar o espesor.Flúe á cinta transportadora a través da boquilla de alimentación e a película en branco obtense despois do secado.

Este proceso é adecuado para a preparación de materiais de película.Para obter unha mellor flexibilidade, engádese unha gran cantidade de materia orgánica, e os parámetros do proceso son estritos controlados, se non, provocará facilmente defectos como pelado, estrías, pouca resistencia da película ou peeling difícil.A materia orgánica empregada é tóxica e provocará contaminación ambiental, debendo utilizarse na medida do posible un sistema non tóxico ou menos tóxico para reducir a contaminación ambiental.

2.4 Moldeo por inxección de xel
A tecnoloxía de moldeo por inxección de xel é un novo proceso de prototipado rápido coloidal inventado por primeira vez polos investigadores do Laboratorio Nacional de Oak Ridge a principios dos anos 90.No seu núcleo está o uso de solucións de monómeros orgánicos que se polimerizan en xeles de polímero-solvente de alta resistencia e unidos lateralmente.

Unha suspensión de po de cerámica disolta nunha solución de monómeros orgánicos bótase nun molde e a mestura de monómeros polimerízase para formar unha parte xelificada.Dado que o polímero-solvente unido lateralmente contén só un 10%-20% (fracción de masa) de polímero, é fácil eliminar o disolvente da parte do xel mediante un paso de secado.Ao mesmo tempo, debido á conexión lateral dos polímeros, os polímeros non poden migrar co disolvente durante o proceso de secado.

Este método pódese usar para fabricar pezas cerámicas monofásicas e compostas, que poden formar pezas cerámicas de forma complexa e de tamaño case neto, e a súa resistencia verde é de 20-30Mpa ou máis, que poden ser reprocesadas.O principal problema deste método é que a taxa de contracción do corpo do embrión é relativamente alta durante o proceso de densificación, o que leva facilmente á deformación do corpo do embrión;algúns monómeros orgánicos teñen inhibición do osíxeno, o que fai que a superficie se desprenda e se desprenda;debido ao proceso de polimerización de monómeros orgánicos inducido pola temperatura, provocando O afeitado da temperatura leva á existencia de tensión interna, o que fai que se rompan os espazos en branco, etc.

2.5 Moldeo por inxección de solidificación directa
O moldeado por inxección de solidificación directa é unha tecnoloxía de moldeo desenvolvida pola ETH Zurich: a auga disolvente, o po cerámico e os aditivos orgánicos mestúranse totalmente para formar unha suspensión electrostáticamente estable, de baixa viscosidade e de alto contido en sólidos, que se pode cambiar engadindo o pH de Slurry ou produtos químicos. que aumentan a concentración de electrólitos, entón a suspensión inxectase nun molde non poroso.

Controlar o progreso das reaccións químicas durante o proceso.A reacción antes do moldeado por inxección lévase a cabo lentamente, a viscosidade da suspensión mantense baixa e a reacción acelerada despois do moldeado por inxección, a suspensión solidifica e a suspensión fluída transfórmase nun corpo sólido.O corpo verde obtido ten boas propiedades mecánicas e a resistencia pode alcanzar os 5 kPa.O corpo verde é desmoldado, secado e sinterizado para formar unha parte cerámica da forma desexada.

As súas vantaxes son que non necesita ou só necesita unha pequena cantidade de aditivos orgánicos (menos do 1%), o corpo verde non necesita desengraxar, a densidade do corpo verde é uniforme, a densidade relativa é alta (55% ~ 70%), e pode formar pezas cerámicas de gran tamaño e de forma complexa.A súa desvantaxe é que os aditivos son caros e, polo xeral, libera gas durante a reacción.

2.6 Moldeo por inxección
O moldeado por inxección utilízase desde hai moito tempo no moldeado de produtos plásticos e no moldeado de moldes metálicos.Este proceso utiliza o curado a baixa temperatura de termoplásticos orgánicos ou o curado a alta temperatura de termoendurecibles orgánicos.O po e o transportador orgánico mestúranse nun equipo de mestura especial e, a continuación, inxéctanse no molde a alta presión (decenas a centos de MPa).Debido á gran presión de moldeo, os brancos obtidos teñen dimensións precisas, gran suavidade e estrutura compacta;o uso de equipos especiais de moldaxe mellora moito a eficiencia da produción.

A finais da década de 1970 e principios dos 80, o proceso de moldeo por inxección aplicouse á moldura de pezas cerámicas.Este proceso realiza o moldeado plástico de materiais estériles engadindo unha gran cantidade de materia orgánica, que é un proceso común de moldeo de plástico cerámico.Na tecnoloxía de moldeo por inxección, ademais de utilizar orgánicos termoplásticos (como polietileno, poliestireno), orgánicos termoendurecibles (como resina epoxi, resina fenólica) ou polímeros solubles en auga como aglutinante principal, é necesario engadir certas cantidades de proceso. axudas como plastificantes, lubricantes e axentes de acoplamento para mellorar a fluidez da suspensión de inxección cerámica e garantir a calidade do corpo moldeado por inxección.

O proceso de moldaxe por inxección ten as vantaxes dun alto grao de automatización e do tamaño preciso do branco de moldaxe.Non obstante, o contido orgánico do corpo verde das pezas cerámicas moldeadas por inxección alcanza o 50% en volume.Leva moito tempo, incluso de varios días a decenas de días, eliminar estas substancias orgánicas no proceso de sinterización posterior, e é fácil causar defectos de calidade.

2.7 Moldeo por inxección coloidal
Co fin de resolver os problemas da gran cantidade de materia orgánica engadida e a dificultade de eliminar as dificultades no proceso tradicional de moldaxe por inxección, a Universidade de Tsinghua propuxo creativamente un novo proceso para o moldeado por inxección coloidal de cerámica e desenvolveu de forma independente un prototipo de moldeo por inxección coloidal. para realizar a inxección de purín cerámico estéril.formando.

A idea básica é combinar o moldeado coloidal co moldeado por inxección, utilizando equipos de inxección propietarios e a nova tecnoloxía de curado proporcionada polo proceso de moldeo por solidificación coloidal in situ.Este novo proceso utiliza menos do 4% en peso de materia orgánica.Unha pequena cantidade de monómeros orgánicos ou compostos orgánicos na suspensión a base de auga úsase para inducir rapidamente a polimerización dos monómeros orgánicos despois da inxección no molde para formar un esqueleto de rede orgánica, que envolve uniformemente o po cerámico.Entre eles, non só se acurta moito o tempo de desgomado, senón que tamén se reduce moito a posibilidade de rachar o desgomado.

Hai unha gran diferenza entre o moldeado por inxección de cerámica e o moldeado coloidal.A principal diferenza é que o primeiro pertence á categoría de moldaxe de plástico, e o segundo pertence ao moldeado por purín, é dicir, o purín non ten plasticidade e é un material estéril.Debido a que a pasta non ten plasticidade no moldeado coloidal, non se pode adoptar a idea tradicional do moldeo por inxección de cerámica.Se o moldeado coloidal se combina co moldeado por inxección, o moldeo por inxección coloidal de materiais cerámicos realízase mediante o uso de equipos de inxección propietarios e a nova tecnoloxía de curado proporcionada polo proceso de moldaxe coloidal in situ.

O novo proceso de moldaxe por inxección coloidal de cerámica é diferente do moldeado coloidal xeral e do moldeo por inxección tradicional.A vantaxe dun alto grao de automatización de moldaxe é unha sublimación cualitativa do proceso de moldaxe coloidal, que se converterá na esperanza para a industrialización da cerámica de alta tecnoloxía.