Níu nákvæmar mótunarferli fyrir sirkoníumkeramik

Níu nákvæmar mótunarferli fyrir sirkoníumkeramik
Mótunarferlið gegnir tengihlutverki í öllu undirbúningsferli keramikefna og er lykillinn að því að tryggja áreiðanleika og endurtekningarhæfni framleiðslu keramikefna og íhluta.
Með þróun samfélagsins geta hefðbundnar handhnoðunaraðferðir, hjólamótunaraðferðir, fúguaðferðir o.s.frv. fyrir hefðbundið keramik ekki lengur uppfyllt þarfir nútímasamfélagsins fyrir framleiðslu og hreinsun, þannig að nýtt mótunarferli fæddist. Fín ZrO2 keramikefni eru mikið notuð í eftirfarandi 9 gerðum mótunarferla (2 gerðir af þurrum aðferðum og 7 gerðir af blautum aðferðum):

1. Þurrmótun

1.1 Þurrpressun

Þurrpressun notar þrýsting til að þrýsta keramikdufti í ákveðna lögun á hlutnum. Kjarninn í henni er sá að undir áhrifum ytri krafta nálgast duftkornin hvort annað í mótinu og eru þétt sameinuð með innri núningi til að viðhalda ákveðinni lögun. Helsti gallinn í þurrpressuðum grænum hlutum er afhýðing, sem stafar af innri núningi milli duftsins og núningi milli duftsins og mótveggsins, sem leiðir til þrýstingstaps inni í hlutnum.

Kostir þurrpressunar eru að stærð græna hlutarins er nákvæm, aðgerðin er einföld og það er þægilegt að framkvæma vélræna aðgerð; raka- og bindiefni í grænni þurrpressun er minna og þurrkunar- og brennslurýrnunin er lítil. Það er aðallega notað til að móta vörur með einföldum formum og hlutföllin eru lítil. Ókostur þurrpressunar er aukinn framleiðslukostnaður vegna slits á mótinu.

1.2 Ísóstatísk pressun

Ísostatísk pressun er sérstök mótunaraðferð sem þróuð er á grundvelli hefðbundinnar þurrpressunar. Hún notar vökvaþrýsting til að beita jafnt þrýstingi á duftið inni í teygjanlegu mótinu úr öllum áttum. Vegna stöðugs innri þrýstings vökvans ber duftið sama þrýsting í allar áttir, þannig að hægt er að forðast mismun á eðlisþyngd græna hlutarins.

Ísóstatísk pressun skiptist í blautpoka-ísóstatíska pressun og þurrpoka-ísóstatíska pressun. Blautpoka-ísóstatíska pressun getur myndað vörur með flóknum formum, en hún getur aðeins virkað með hléum. Þurrpoka-ísóstatíska pressun getur framkvæmt sjálfvirka samfellda virkni, en getur aðeins myndað vörur með einföldum formum eins og ferköntuðum, kringlóttum og rörlaga þversniðum. Ísóstatísk pressun getur fengið einsleitan og þéttan grænan líkama, með litlum rýrnun við brennslu og einsleitri rýrnun í allar áttir, en búnaðurinn er flókinn og dýr og framleiðsluhagkvæmnin er ekki mikil og hún hentar aðeins til framleiðslu á efnum með sérstökum kröfum.

2. Blautmótun

2.1 Fúgun
Fúgumótunarferlið er svipað og teipsteypa, en munurinn er sá að mótunarferlið felur í sér líkamlega ofþornun og efnafræðilega storknun. Eðlisfræðileg ofþornun fjarlægir vatnið í leðjunni með háræðarvirkni porous gipsmótsins. Ca2+ sem myndast við upplausn CaSO4 á yfirborðinu eykur jónstyrk leðjunnar, sem leiðir til flokkunar á leðjunni.
Undir áhrifum líkamlegrar ofþornunar og efnafræðilegrar storknunar eru keramikduftagnirnar settar á vegg gifsmótsins. Fúgun hentar til að búa til stórfellda keramikhluta með flóknum formum, en gæði græna hlutarins, þar á meðal lögun, þéttleiki, styrkur o.s.frv., eru léleg, vinnuafl starfsmanna er hátt og það hentar ekki fyrir sjálfvirkar aðgerðir.

2.2 Heitsteypa
Heitsteypa felst í því að blanda keramikdufti við bindiefni (paraffín) við tiltölulega hátt hitastig (60~100°C) til að fá leðju fyrir heitsteypu. Leðjunni er sprautað inn í málmmótið undir áhrifum þrýstilofts og þrýstingnum viðhaldið. Eftir kælingu og afmótun til að fá vaxform, er vaxformið afvaxað undir vernd óvirks dufts til að fá grænt efni og græni hlutinn er sintaður við hátt hitastig til að verða postulín.

Græni hlutinn sem myndaður er með heitsteypu hefur nákvæmar víddir, einsleita innri uppbyggingu, minna slit á mótinu og mikla framleiðsluhagkvæmni og hentar fyrir ýmis hráefni. Hitastig vaxblöndunnar og mótsins þarf að vera strangt stjórnað, annars veldur það undirsprautun eða aflögun, þannig að hann hentar ekki til framleiðslu á stórum hlutum og tveggja þrepa brennsluferlið er flókið og orkunotkunin mikil.

2.3 Spólusteypa
Í steypubandi er keramikdufti blandað saman við mikið magn af lífrænum bindiefnum, mýkingarefnum, dreifiefnum o.s.frv. til að fá flæðandi seigfljótandi leðju, leðjunni bætt í trekt steypuvélarinnar og þykktinni stjórnað með sköfu. Leðjan rennur út á færibandið í gegnum fóðrunarstútinn og filmuformið er þornað.

Þetta ferli hentar vel til að búa til filmuefni. Til að fá betri sveigjanleika er mikið magn af lífrænu efni bætt við og þarf að hafa strangt eftirlit með ferlisbreytunum, annars mun það auðveldlega valda göllum eins og flögnun, rákum, lágum filmustyrk eða erfiðleikum með að flögna. Lífræna efnið sem notað er er eitrað og veldur umhverfismengun og því ætti að nota eiturefnalaus eða minna eitrað kerfi eins mikið og mögulegt er til að draga úr umhverfismengun.

2.4 Gelsprautunarmótun
Sprautumótunartækni með gel er ný aðferð til að smíða hraðfrumgerðir með kolloidískum efnum sem vísindamenn við Oak Ridge National Laboratory fundu fyrst upp snemma á tíunda áratugnum. Kjarninn er notkun lífrænna einliðalausna sem fjölliðast í mjög sterk, lárétt tengd fjölliðu-leysiefnisgel.

Leysi af keramikdufti, uppleyst í lausn af lífrænum einliðum, er steypt í mót og einliðublandan fjölliðast til að mynda gelkenndan hluta. Þar sem hliðlægt tengda fjölliðan og leysirinn inniheldur aðeins 10%–20% (massahlutfall) af fjölliðu er auðvelt að fjarlægja leysirinn úr gelhlutanum með þurrkunarskrefi. Á sama tíma, vegna hliðlægrar tengingar fjölliðanna, geta þær ekki flust með leysinum meðan á þurrkun stendur.

Þessi aðferð er hægt að nota til að framleiða einfasa og samsetta keramikhluta, sem geta myndað flókna, hálf-net stærð keramikhluta, og grænn styrkur þeirra er allt að 20-30Mpa eða meira, sem hægt er að endurvinna. Helsta vandamálið við þessa aðferð er að rýrnunarhraði fósturvísisins er tiltölulega mikill við þéttingarferlið, sem auðveldlega leiðir til aflögunar fósturvísisins; sumar lífrænar einliður hafa súrefnishömlun, sem veldur því að yfirborðið flagnar og dettur af; vegna hitastigsframkallaðrar fjölliðunarferlis lífrænna einliða veldur hitastigsrakning innri spennu, sem veldur því að eyðurnar brotna og svo framvegis.

2.5 Bein storknunarsprautumótun
Bein storknunarsprautusteypa er mótunartækni sem þróuð var af ETH Zurich: leysiefni, keramikduft og lífræn aukefni eru fullkomlega blandað saman til að mynda rafstöðueiginleikalega stöðuga, lágseigju, hátt fast efnisinnihald, sem hægt er að breyta með því að bæta við sýrustigi (pH) í seigjunni eða efnum sem auka raflausnarþéttni, og síðan er seigjunni sprautað í ógegndræpt mót.

Stjórnið framvindu efnahvarfa meðan á ferlinu stendur. Efnahvörfin fyrir sprautumótun eru framkvæmd hægt, seigja seigjunnar er haldið lágum og efnunum er hraðað eftir sprautumótun, seigjan storknar og fljótandi seyðið breytist í fast efni. Græni efnið sem fæst hefur góða vélræna eiginleika og styrkurinn getur náð 5 kPa. Græni efnið er tekið úr mótinu, þurrkað og sintrað til að mynda keramikhluta af þeirri lögun sem óskað er eftir.

Kostir þess eru að það þarf ekki eða aðeins lítið magn af lífrænum aukefnum (minna en 1%), græna hlutinn þarf ekki að vera affitaður, græni hlutinn er jafn, hlutfallslegur eðlisþyngdin er mikil (55%~70%) og það getur myndað stóra og flókna keramikhluta. Ókosturinn er að aukefnin eru dýr og gas losnar almennt við viðbrögðin.

2.6 Sprautusteypa
Sprautusteypa hefur lengi verið notuð við mótun plastvara og málmmóta. Þetta ferli felur í sér lághitaherðingu á hitaplastískum lífrænum efnum eða háhitaherðingu á hitaherðandi lífrænum efnum. Duftið og lífræna burðarefnið eru blandað saman í sérstökum blöndunarbúnaði og síðan sprautað inn í mótið undir miklum þrýstingi (tugir til hundruð MPa). Vegna mikils mótunarþrýstings eru eyðurnar nákvæmar, sléttar og þéttar; notkun sérstaks mótunarbúnaðar eykur framleiðsluhagkvæmni til muna.

Seint á áttunda áratugnum og snemma á níunda áratugnum var sprautumótunarferlið notað til að móta keramikhluta. Þetta ferli felur í sér að plastmóta ófrjósamt efni með því að bæta við miklu magni af lífrænu efni, sem er algeng aðferð við mótun keramikplasts. Í sprautumótunartækni er nauðsynlegt að bæta við ákveðnu magni af hjálparefnum eins og mýkiefnum, smurefnum og tengiefnum, auk þess að nota hitaplastísk lífræn efni (eins og pólýetýlen, pólýstýren), hitaherðandi lífræn efni (eins og epoxy plastefni, fenólplastefni) eða vatnsleysanleg fjölliður sem aðalbindiefni, auk þess að nota ákveðið magn af hjálparefnum eins og mýkiefnum, smurefnum og tengiefnum til að bæta flæði keramiksprautunarlausnarinnar og tryggja gæði sprautumótaðs hluta.

Sprautusteypingarferlið hefur þá kosti að vera mjög sjálfvirkt og stærð mótunarefnisins er nákvæm. Hins vegar er lífræna innihaldið í grænu efni sprautusteyptra keramikhluta allt að 50 rúmmáls%. Það tekur langan tíma, jafnvel nokkra daga upp í tugi daga, að útrýma þessum lífrænu efnum í síðari sintunarferlinu og það er auðvelt að valda gæðagöllum.

2.7 Kolloidal sprautumótun
Til að leysa vandamálin sem fylgja miklu magni af lífrænu efni sem bætt er við og erfiðleikarnir við að útrýma þeim erfiðleikum sem fylgja hefðbundinni sprautumótun, lagði Tsinghua-háskólinn til nýja aðferð til að sprauta keramik með kolloidalri sprautu og þróaði sjálfstætt frumgerð af sprautumótun til að framkvæma sprautun á ófrjóu keramikleðju.

Grunnhugmyndin er að sameina kolloidal mótun og sprautumótun með því að nota sérhannaða sprautubúnað og nýja herðingartækni sem felst í kolloidal storknunarmótunarferlinu á staðnum. Þetta nýja ferli notar minna en 4% af lífrænu efni í þyngd. Lítið magn af lífrænum einliðum eða lífrænum efnasamböndum í vatnsleysanlegri sviflausn er notað til að örva fjölliðun lífrænna einliða eftir inndælingu í mótið til að mynda lífrænt netgrindargrind sem vefur keramikduftið jafnt. Meðal þeirra er ekki aðeins tíminn sem þarf til að losa kúmmíið styttur verulega, heldur einnig líkurnar á sprungum við losun kúmmísins minnkaðar verulega.

Það er mikill munur á sprautumótun keramik og kolloidal mótun. Helsti munurinn er sá að sú fyrri tilheyrir flokki plastmótunar, en sú síðari tilheyrir flokki slurry mótun, það er að segja, slurry hefur enga mýkt og er ófrjósamt efni. Vegna þess að slurry hefur enga mýkt í kolloidal mótun er ekki hægt að tileinka sér hefðbundna hugmyndina um sprautumótun keramikefna. Ef kolloidal mótun er sameinuð sprautumótun er kolloidal sprautumótun keramikefna framkvæmd með því að nota sérinnspýtingarbúnað og nýja herðingartækni sem er veitt með kolloidal in-situ mótun.

Nýja ferlið við kolloidal sprautumótun keramik er frábrugðið almennri kolloidal mótun og hefðbundinni sprautumótun. Kosturinn við mikla sjálfvirkni í mótun er gæðaþrengsli kolloidal mótunarferlisins, sem mun verða vonin um iðnvæðingu hátæknikeramík.