Negen precisievormprocessen van zirkonia-keramiek

Negen precisievormprocessen van zirkonia-keramiek
Het gietproces speelt een verbindende rol in het gehele bereidingsproces van keramische materialen en is de sleutel tot het garanderen van de prestatiebetrouwbaarheid en de herhaalbaarheid van de productie van keramische materialen en componenten.
Met de ontwikkeling van de samenleving kunnen de traditionele handkneedmethode, de wielvormmethode, de voegmethode, enz. van traditioneel keramiek niet langer voldoen aan de behoeften van de moderne samenleving aan productie en verfijning, dus werd een nieuw vormproces geboren.ZrO2 fijne keramische materialen worden veel gebruikt in de volgende 9 soorten vormprocessen (2 soorten droge methoden en 7 soorten natte methoden):

1. Droogvormen

1.1 Droogpersen

Bij droogpersen wordt druk gebruikt om keramisch poeder in een bepaalde vorm van het lichaam te persen.De essentie ervan is dat de poederdeeltjes onder invloed van externe kracht elkaar in de mal naderen en door interne wrijving stevig worden gecombineerd om een ​​bepaalde vorm te behouden.Het belangrijkste defect bij drooggeperste groene lichamen is spallatie, wat te wijten is aan de interne wrijving tussen de poeders en de wrijving tussen de poeders en de malwand, wat resulteert in drukverlies in het lichaam.

De voordelen van droogpersen zijn dat de grootte van het groene lichaam nauwkeurig is, de bediening eenvoudig is en het handig is om gemechaniseerde bediening te realiseren;het vocht- en bindmiddelgehalte bij de groene droge persing is minder en de droog- en bakkrimp is klein.Het wordt voornamelijk gebruikt om producten met eenvoudige vormen te vormen en de beeldverhouding is klein.De hogere productiekosten veroorzaakt door matrijsslijtage zijn het nadeel van droogpersen.

1.2 Isostatisch persen

Isostatisch persen is een bijzondere vormmethode ontwikkeld op basis van traditioneel droogpersen.Het maakt gebruik van vloeistoftransmissiedruk om vanuit alle richtingen gelijkmatig druk uit te oefenen op het poeder in de elastische mal.Vanwege de consistentie van de interne druk van de vloeistof, oefent het poeder in alle richtingen dezelfde druk uit, zodat het verschil in dichtheid van het groene lichaam kan worden vermeden.

Isostatisch persen is onderverdeeld in isostatisch persen in natte zakken en isostatisch persen in droge zakken.Met isostatisch persen in natte zakken kunnen producten met complexe vormen worden gevormd, maar dit kan alleen met tussenpozen gebeuren.Isostatisch persen in droge zakken kan automatische continue werking realiseren, maar kan alleen producten vormen met eenvoudige vormen zoals vierkante, ronde en buisvormige doorsneden.Met isostatisch persen kan een uniform en dicht groen lichaam worden verkregen, met een kleine bakkrimp en uniforme krimp in alle richtingen, maar de apparatuur is complex en duur en de productie-efficiëntie is niet hoog en is alleen geschikt voor de productie van materialen met speciale eigenschappen. vereisten.

2. Natvormen

2.1 Voegen
Het voeggietproces is vergelijkbaar met het gieten van tape, het verschil is dat het gietproces een fysiek dehydratatieproces en een chemisch coagulatieproces omvat.Fysische dehydratatie verwijdert het water in de slurry door de capillaire werking van de poreuze gipsmal.Het Ca2+ dat wordt gegenereerd door het oplossen van CaSO4 aan het oppervlak verhoogt de ionsterkte van de slurry, wat resulteert in uitvlokking van de slurry.
Onder invloed van fysische dehydratatie en chemische coagulatie worden de keramische poederdeeltjes op de gipsvormwand afgezet.Grouting is geschikt voor de vervaardiging van grootschalige keramische onderdelen met complexe vormen, maar de kwaliteit van het groene lichaam, inclusief vorm, dichtheid, sterkte, enz., is slecht, de arbeidsintensiteit van de werknemers is hoog en het is niet geschikt voor geautomatiseerde handelingen.

2.2 Heet spuitgieten
Heet spuitgieten is het mengen van keramisch poeder met bindmiddel (paraffine) bij een relatief hoge temperatuur (60 ~ 100 ℃) om slurry te verkrijgen voor heet spuitgieten.De slurry wordt onder invloed van perslucht in de metalen mal geïnjecteerd en de druk wordt gehandhaafd.Afkoelen, ontvormen om een ​​wasplano te verkrijgen, het wasplano wordt ontwast onder de bescherming van een inert poeder om een ​​groen lichaam te verkrijgen, en het groene lichaam wordt bij hoge temperatuur gesinterd om porselein te worden.

Het groene lichaam gevormd door heet spuitgieten heeft nauwkeurige afmetingen, een uniforme interne structuur, minder schimmelslijtage en een hoge productie-efficiëntie, en is geschikt voor verschillende grondstoffen.De temperatuur van de wasslurry en de mal moet strikt worden gecontroleerd, anders ontstaat er onderinjectie of vervorming, dus het is niet geschikt voor de productie van grote onderdelen, en het tweestapsbakproces is ingewikkeld en het energieverbruik is hoog.

2.3 Tapegieten
Bij tapegieten wordt keramisch poeder volledig gemengd met een grote hoeveelheid organische bindmiddelen, weekmakers, dispergeermiddelen, enz. om een ​​vloeibare, stroperige slurry te verkrijgen, de slurry aan de trechter van de gietmachine toe te voegen en een schraper te gebruiken om de dikte te regelen.Het stroomt via het toevoermondstuk naar de transportband en na het drogen wordt de onbewerkte film verkregen.

Dit proces is geschikt voor de bereiding van filmmaterialen.Om een ​​betere flexibiliteit te verkrijgen, wordt een grote hoeveelheid organisch materiaal toegevoegd en moeten de procesparameters strikt gecontroleerd worden, anders zal het gemakkelijk defecten veroorzaken zoals afbladderen, strepen, lage filmsterkte of moeilijk afpellen.Het gebruikte organische materiaal is giftig en zal milieuvervuiling veroorzaken, en er moet zoveel mogelijk een niet-giftig of minder giftig systeem worden gebruikt om de milieuvervuiling te verminderen.

2.4 Gelspuitgieten
Gelspuitgiettechnologie is een nieuw colloïdaal rapid prototyping-proces dat begin jaren negentig voor het eerst werd uitgevonden door onderzoekers van het Oak Ridge National Laboratory.De kern is het gebruik van organische monomeeroplossingen die polymeriseren tot zeer sterke, lateraal gekoppelde polymeer-oplosmiddelgels.

Een slurry van keramisch poeder opgelost in een oplossing van organische monomeren wordt in een mal gegoten en het monomeermengsel polymeriseert om een ​​gegeleerd deel te vormen.Omdat het lateraal gekoppelde polymeer-oplosmiddel slechts 10%–20% (massafractie) polymeer bevat, is het eenvoudig om het oplosmiddel uit het gelgedeelte te verwijderen door een droogstap.Tegelijkertijd kunnen de polymeren, vanwege de zijdelingse verbinding van de polymeren, tijdens het droogproces niet met het oplosmiddel migreren.

Deze methode kan worden gebruikt voor de vervaardiging van enkelfasige en samengestelde keramische onderdelen, die complex gevormde keramische onderdelen van quasi-netgrootte kunnen vormen, en de groene sterkte is wel 20-30 MPa of meer, die opnieuw kan worden verwerkt.Het belangrijkste probleem van deze methode is dat de krimpsnelheid van het embryolichaam relatief hoog is tijdens het verdichtingsproces, wat gemakkelijk leidt tot vervorming van het embryolichaam;sommige organische monomeren hebben zuurstofremming, waardoor het oppervlak afbladdert en eraf valt;als gevolg van het door temperatuur geïnduceerde polymerisatieproces van organische monomeren, leidt het veroorzaken van temperatuurscheren tot het bestaan ​​van interne spanning, waardoor de plano's breken enzovoort.

2.5 Spuitgieten met directe stolling
Spuitgieten met directe stolling is een vormtechnologie ontwikkeld door ETH Zürich: oplosmiddelwater, keramisch poeder en organische additieven worden volledig gemengd om een ​​elektrostatisch stabiele, laagviskeuze slurry met een hoog vastestofgehalte te vormen, die kan worden gewijzigd door de pH van de slurry of chemicaliën toe te voegen die de elektrolytconcentratie verhogen, waarna de slurry in een niet-poreuze mal wordt geïnjecteerd.

Controleer de voortgang van chemische reacties tijdens het proces.De reactie vóór het spuitgieten wordt langzaam uitgevoerd, de viscositeit van de slurry wordt laag gehouden en de reactie wordt na het spuitgieten versneld, de slurry stolt en de vloeibare slurry wordt omgezet in een vast lichaam.Het verkregen groene lichaam heeft goede mechanische eigenschappen en de sterkte kan 5kPa bereiken.Het groene lichaam wordt uit de vorm gehaald, gedroogd en gesinterd om een ​​keramisch onderdeel van de gewenste vorm te vormen.

De voordelen zijn dat het geen of slechts een kleine hoeveelheid organische additieven nodig heeft (minder dan 1%), het groene lichaam niet hoeft te worden ontvet, de dichtheid van het groene lichaam uniform is, de relatieve dichtheid hoog is (55% ~ 70%), en het kan grote en complex gevormde keramische onderdelen vormen.Het nadeel is dat de additieven duur zijn en dat er tijdens de reactie meestal gas vrijkomt.

2.6 Spuitgieten
Spuitgieten wordt al lang gebruikt bij het vormen van kunststofproducten en het vormen van metalen mallen.Dit proces maakt gebruik van uitharding bij lage temperatuur van thermoplastische organische stoffen of uitharding bij hoge temperatuur van thermohardende organische stoffen.Het poeder en de organische drager worden in een speciale mengapparatuur gemengd en vervolgens onder hoge druk (tientallen tot honderden MPa) in de mal geïnjecteerd.Vanwege de grote vormdruk hebben de verkregen plano's nauwkeurige afmetingen, hoge gladheid en compacte structuur;het gebruik van speciale vormapparatuur verbetert de productie-efficiëntie aanzienlijk.

Eind jaren zeventig en begin jaren tachtig werd het spuitgietproces toegepast op het gieten van keramische onderdelen.Dit proces realiseert het plastic vormen van onvruchtbare materialen door een grote hoeveelheid organisch materiaal toe te voegen, wat een gebruikelijk keramisch plastic gietproces is.Bij de spuitgiettechnologie is het, naast het gebruik van thermoplastische organische stoffen (zoals polyethyleen, polystyreen), thermohardende organische stoffen (zoals epoxyhars, fenolhars) of in water oplosbare polymeren als hoofdbindmiddel, noodzakelijk om bepaalde hoeveelheden procesvloeistof toe te voegen. hulpmiddelen zoals weekmakers, smeermiddelen en koppelmiddelen om de vloeibaarheid van de keramische injectiesuspensie te verbeteren en de kwaliteit van het spuitgietlichaam te waarborgen.

Het spuitgietproces heeft de voordelen van een hoge mate van automatisering en een nauwkeurige maatvoering van het vormstuk.Het organische gehalte in het groene lichaam van spuitgegoten keramische onderdelen is echter maar liefst 50vol%.Het duurt lang, zelfs enkele dagen tot tientallen dagen, om deze organische stoffen in het daaropvolgende sinterproces te verwijderen, en het is gemakkelijk om kwaliteitsfouten te veroorzaken.

2.7 Colloïdaal spuitgieten
Om de problemen van de grote hoeveelheid toegevoegd organisch materiaal en de moeilijkheid van het elimineren van de problemen in het traditionele spuitgietproces op te lossen, heeft Tsinghua University op creatieve wijze een nieuw proces voor het colloïdaal spuitgieten van keramiek voorgesteld, en onafhankelijk een colloïdaal spuitgietprototype ontwikkeld. het realiseren van de injectie van onvruchtbare keramische slurry.vormen.

Het basisidee is om colloïdaal gieten te combineren met spuitgieten, met behulp van eigen injectieapparatuur en nieuwe uithardingstechnologie die wordt geboden door het colloïdale in-situ stollingsgietproces.Dit nieuwe proces gebruikt minder dan 4 gew.% organisch materiaal.Een kleine hoeveelheid organische monomeren of organische verbindingen in de suspensie op waterbasis wordt gebruikt om de polymerisatie van organische monomeren snel te induceren na injectie in de mal om een ​​organisch netwerkskelet te vormen, dat het keramische poeder gelijkmatig omhult.Onder hen wordt niet alleen de tijd van het ontgommen aanzienlijk verkort, maar wordt ook de mogelijkheid van barsten bij het ontgommen aanzienlijk verminderd.

Er is een enorm verschil tussen spuitgieten van keramiek en colloïdaal gieten.Het belangrijkste verschil is dat de eerste tot de categorie kunststofgieten behoort, en de laatste tot de slurry-vormgeving, dat wil zeggen dat de slurry geen plasticiteit heeft en een onvruchtbaar materiaal is.Omdat de slurry bij colloïdaal gieten geen plasticiteit heeft, kan het traditionele idee van keramisch spuitgieten niet worden overgenomen.Als colloïdaal gieten wordt gecombineerd met spuitgieten, wordt colloïdaal spuitgieten van keramische materialen gerealiseerd door gebruik te maken van eigen injectieapparatuur en nieuwe uithardingstechnologie die wordt geboden door het colloïdale in-situ gietproces.

Het nieuwe proces van colloïdaal spuitgieten van keramiek verschilt van algemeen colloïdaal spuitgieten en traditioneel spuitgieten.Het voordeel van een hoge mate van automatisering van het gieten is een kwalitatieve sublimatie van het colloïdale gietproces, dat de hoop zal worden voor de industrialisatie van hightech keramiek.