เก้ากระบวนการขึ้นรูปที่แม่นยำของเซอร์โคเนียเซรามิกส์

เก้ากระบวนการขึ้นรูปที่แม่นยำของเซอร์โคเนียเซรามิกส์
กระบวนการขึ้นรูปมีบทบาทเชื่อมโยงในกระบวนการเตรียมการทั้งหมดของวัสดุเซรามิกและเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างความมั่นใจในความน่าเชื่อถือของประสิทธิภาพและการทำซ้ำการผลิตของวัสดุและส่วนประกอบเซรามิก
ด้วยการพัฒนาของสังคมวิธีการปั่นมือแบบดั้งเดิมวิธีการขึ้นรูปล้อวิธีการอัดฉีด ฯลฯ ของเซรามิกดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการของสังคมสมัยใหม่สำหรับการผลิตและการปรับแต่งอีกต่อไปดังนั้นกระบวนการขึ้นรูปใหม่จึงเกิดขึ้น ZRO2 วัสดุเซรามิกละเอียดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการขึ้นรูป 9 ชนิดต่อไปนี้ (วิธีการแห้ง 2 ชนิดและวิธีการเปียก 7 ชนิด):

1. การขึ้นรูปแห้ง

1.1 การกดแห้ง

การกดแบบแห้งใช้แรงดันในการกดผงเซรามิกให้เป็นรูปร่างที่แน่นอน สาระสำคัญของมันคือภายใต้การกระทำของแรงภายนอกอนุภาคผงเข้าหากันในแม่พิมพ์และรวมกันอย่างแน่นหนากับแรงเสียดทานภายในเพื่อรักษารูปร่างที่แน่นอน ข้อบกพร่องที่สำคัญในร่างกายสีเขียวที่ถูกกดแห้งคือการกระแทกซึ่งเกิดจากแรงเสียดทานภายในระหว่างผงและแรงเสียดทานระหว่างผงและผนังแม่พิมพ์ทำให้เกิดการสูญเสียความดันภายในร่างกาย

ข้อดีของการกดแห้งคือขนาดของร่างกายสีเขียวมีความแม่นยำการทำงานนั้นง่ายและสะดวกในการตระหนักถึงการใช้งานเครื่องจักรกล ปริมาณของความชื้นและสารยึดเกาะในการกดแห้งสีเขียวนั้นน้อยลงและการแห้งและการหดตัวของการอบแห้งมีขนาดเล็ก ส่วนใหญ่จะใช้ในการสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างที่เรียบง่ายและอัตราส่วนภาพมีขนาดเล็ก ต้นทุนการผลิตที่เพิ่มขึ้นที่เกิดจากการสึกหรอของเชื้อราคือข้อเสียของการกดแห้ง

1.2 การกด Isostatic

การกด Isostatic เป็นวิธีการขึ้นรูปพิเศษที่พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของการกดแบบแห้งแบบดั้งเดิม มันใช้ความดันการส่งผ่านของเหลวเพื่อใช้แรงดันอย่างสม่ำเสมอกับผงภายในแม่พิมพ์ยืดหยุ่นจากทุกทิศทาง เนื่องจากความสม่ำเสมอของความดันภายในของของเหลวทำให้ผงมีแรงดันเท่ากันในทุกทิศทางดังนั้นความแตกต่างของความหนาแน่นของร่างกายสีเขียวจึงสามารถหลีกเลี่ยงได้

การกดแบบ Isostatic แบ่งออกเป็นถุงเปียกกดและถุงแห้งกด Isostatic การกดถุงเปียกสามารถสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างที่ซับซ้อน แต่มันสามารถทำงานได้เป็นระยะ ๆ เท่านั้น การกดถุงแห้งสามารถตระหนักถึงการทำงานอย่างต่อเนื่องโดยอัตโนมัติ แต่สามารถสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างที่เรียบง่ายเช่นสี่เหลี่ยมจัตุรัสกลมและท่อตัดขวาง การกดแบบ Isostatic สามารถรับร่างกายสีเขียวและหนาแน่นด้วยการหดตัวเล็ก ๆ และการหดตัวที่สม่ำเสมอในทุกทิศทาง แต่อุปกรณ์มีความซับซ้อนและมีราคาแพงและประสิทธิภาพการผลิตไม่สูงและเหมาะสำหรับการผลิตวัสดุที่มีความต้องการพิเศษเท่านั้น

2. การขึ้นรูปเปียก

2.1 ยาแนว
กระบวนการขึ้นรูปแบบอัดฉีดนั้นคล้ายกับการหล่อเทปความแตกต่างคือกระบวนการขึ้นรูปรวมถึงกระบวนการคายน้ำทางกายภาพและกระบวนการแข็งตัวของสารเคมี การคายน้ำทางกายภาพจะกำจัดน้ำในสารละลายผ่านการกระทำของเส้นเลือดฝอยของแม่พิมพ์ยิปซั่มที่มีรูพรุน Ca2+ ที่เกิดจากการสลายตัวของพื้นผิว Caso4 จะเพิ่มความแข็งแรงของไอออนิกของสารละลายทำให้เกิดการตกตะกอนของสารละลาย
ภายใต้การกระทำของการคายน้ำทางกายภาพและการแข็งตัวของสารเคมีอนุภาคผงเซรามิกจะถูกวางไว้บนผนังแม่พิมพ์ยิปซั่ม การอัดฉีดเหมาะสำหรับการเตรียมชิ้นส่วนเซรามิกขนาดใหญ่ที่มีรูปร่างที่ซับซ้อน แต่คุณภาพของร่างกายสีเขียวรวมถึงรูปร่างความหนาแน่นความแข็งแรง ฯลฯ ไม่ดีความเข้มแรงงานของคนงานสูงและไม่เหมาะสำหรับการดำเนินงานอัตโนมัติ

2.2 การคัดเลือกนักแสดงร้อน
การหล่อแบบร้อนคือการผสมผงเซรามิกกับสารยึดเกาะ (พาราฟิน) ที่อุณหภูมิค่อนข้างสูง (60 ~ 100 ℃) เพื่อให้ได้สารละลายสำหรับการหล่อแบบร้อน สารละลายถูกฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์โลหะภายใต้การกระทำของอากาศอัดและความดันยังคงอยู่ การระบายความร้อนการลดลงเพื่อให้ได้แว็กซ์ว่างเปล่าแว็กซ์ว่างเปล่าถูก dewaxed ภายใต้การป้องกันผงเฉื่อยเพื่อให้ได้ร่างกายสีเขียวและร่างกายสีเขียวถูกเผาที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้กลายเป็นพอร์ซเลน

ร่างกายสีเขียวที่เกิดจากการหล่อแบบร้อนมีขนาดที่แม่นยำโครงสร้างภายในสม่ำเสมอการสึกหรอของเชื้อราน้อยลงและประสิทธิภาพการผลิตสูงและเหมาะสำหรับวัตถุดิบต่างๆ อุณหภูมิของสารละลายขี้ผึ้งและแม่พิมพ์จะต้องมีการควบคุมอย่างเคร่งครัดมิฉะนั้นจะทำให้เกิดการฉีดหรือการเสียรูปดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนขนาดใหญ่และกระบวนการยิงสองขั้นตอนนั้นซับซ้อนและการใช้พลังงานสูง

2.3 การหล่อเทป
การหล่อเทปคือการผสมผงเซรามิกกับสารยึดเกาะอินทรีย์จำนวนมากพลาสติกสารช่วยกระจายตัวและอื่น ๆ เพื่อให้ได้สารละลายที่มีความหนืดที่ไหลได้ มันไหลออกไปสู่สายพานลำเลียงผ่านหัวฉีดและฟิล์มจะได้รับหลังจากการอบแห้ง

กระบวนการนี้เหมาะสำหรับการเตรียมวัสดุฟิล์ม เพื่อให้ได้รับความยืดหยุ่นที่ดีขึ้นจะมีการเพิ่มสารอินทรีย์จำนวนมากและพารามิเตอร์กระบวนการจะต้องถูกควบคุมอย่างเคร่งครัดมิฉะนั้นจะทำให้เกิดข้อบกพร่องเช่นการปอกเปลือก, ริ้วรอย, ความแข็งแรงของฟิล์มต่ำหรือการปอกเปลือกที่ยาก สารอินทรีย์ที่ใช้เป็นพิษและจะทำให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมและควรใช้ระบบพิษที่ไม่เป็นพิษหรือน้อยกว่ามากที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อลดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม

2.4 การฉีดยาฉีดเจล
เทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปเจลเป็นกระบวนการสร้างต้นแบบคอลลอยด์อย่างรวดเร็วใหม่ที่คิดค้นโดยนักวิจัยที่ Oak Ridge National Laboratory ในต้นปี 1990 ที่สำคัญคือการใช้โซลูชันโมโนเมอร์อินทรีย์ที่โพลีเมอร์เป็นเจลโพลีเมอร์ที่มีความแข็งแรงสูง

สารละลายของผงเซรามิกที่ละลายในสารละลายของโมโนเมอร์อินทรีย์จะถูกหล่อในแม่พิมพ์และส่วนผสมของโมโนเมอร์พอลิเมอร์เพื่อสร้างส่วนที่เป็นเจล เนื่องจากโพลิเมอร์ที่เชื่อมโยงด้านข้างมีโพลีเมอร์เพียง 10% –20% (ส่วนมวล) พอลิเมอร์จึงง่ายที่จะลบตัวทำละลายออกจากส่วนเจลโดยขั้นตอนการอบแห้ง ในเวลาเดียวกันเนื่องจากการเชื่อมต่อด้านข้างของโพลีเมอร์โพลีเมอร์ไม่สามารถอพยพกับตัวทำละลายในระหว่างกระบวนการอบแห้ง

วิธีนี้สามารถใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเซรามิกเฟสเดี่ยวและคอมโพสิตซึ่งสามารถสร้างชิ้นส่วนเซรามิกที่มีรูปร่างซับซ้อนรูปกึ่งเน็ตและความแข็งแรงสีเขียวของมันสูงถึง 20-30MPa หรือมากกว่าซึ่งสามารถประมวลผลซ้ำได้ ปัญหาหลักของวิธีนี้คืออัตราการหดตัวของร่างกายตัวอ่อนค่อนข้างสูงในระหว่างกระบวนการหนาแน่นซึ่งนำไปสู่การเสียรูปของร่างกายตัวอ่อนได้อย่างง่ายดาย โมโนเมอร์อินทรีย์บางตัวมีการยับยั้งออกซิเจนซึ่งทำให้พื้นผิวลอกและหลุดออกมา เนื่องจากกระบวนการโพลีเมอร์โมโนเมอร์อินทรีย์ที่เกิดจากอุณหภูมิทำให้เกิดการโกนอุณหภูมินำไปสู่การมีอยู่ของความเครียดภายในซึ่งทำให้ช่องว่างแตกและอื่น ๆ

2.5 การขึ้นรูปการฉีดยาแข็งตัวโดยตรง
การฉีดเข้ารูปแข็งโดยตรงเป็นเทคโนโลยีการขึ้นรูปที่พัฒนาโดย ETH Zurich: น้ำของตัวทำละลายผงเซรามิกและสารเติมแต่งอินทรีย์ผสมกันอย่างเต็มที่เพื่อสร้างความเสถียรของไฟฟ้าสถิตความหนืดต่ำ, สารละลายที่มีสารละลายสูงซึ่งสามารถเปลี่ยนได้โดยการเพิ่มค่า pH หรือสารเคมี

ควบคุมความคืบหน้าของปฏิกิริยาเคมีในระหว่างกระบวนการ ปฏิกิริยาก่อนการฉีดขึ้นรูปจะดำเนินการอย่างช้าๆความหนืดของสารละลายจะถูกเก็บไว้ต่ำและปฏิกิริยาจะถูกเร่งหลังจากการฉีดขึ้นรูปสารละลายจะแข็งตัวและสารละลายของเหลวจะถูกเปลี่ยนเป็นร่างกายที่เป็นของแข็ง ร่างกายสีเขียวที่ได้รับมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีและความแข็งแรงสามารถเข้าถึง 5kpa ร่างกายสีเขียวถูก demolded แห้งและเผาเพื่อสร้างส่วนเซรามิกของรูปร่างที่ต้องการ

ข้อดีของมันคือไม่ต้องการหรือต้องการเพียงเล็กน้อยของสารอินทรีย์ (น้อยกว่า 1%) ร่างกายสีเขียวไม่จำเป็นต้องมีการเสื่อมสภาพความหนาแน่นของร่างกายสีเขียวมีความหนาแน่นสัมพัทธ์สูง (55%~ 70%) และสามารถสร้างชิ้นส่วนเซรามิกขนาดใหญ่และซับซ้อน ข้อเสียของมันคือสารเติมแต่งมีราคาแพงและโดยทั่วไปแล้วก๊าซจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการทำปฏิกิริยา

2.6 การฉีดขึ้นรูป
การฉีดขึ้นรูปได้ถูกนำมาใช้มานานในการขึ้นรูปของผลิตภัณฑ์พลาสติกและการขึ้นรูปของแม่พิมพ์โลหะ กระบวนการนี้ใช้การบ่มอุณหภูมิต่ำของสารอินทรีย์เทอร์โมพลาสติกหรือการบ่มอุณหภูมิสูงของสารอินทรีย์เทอร์โมเซตติ้ง ผู้ให้บริการผงและอินทรีย์ผสมในอุปกรณ์ผสมพิเศษจากนั้นฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ภายใต้แรงดันสูง (หลายสิบถึงหลายร้อย MPa) เนื่องจากแรงดันการขึ้นรูปขนาดใหญ่ช่องว่างที่ได้รับมีขนาดที่แม่นยำความเรียบสูงและโครงสร้างขนาดกะทัดรัด การใช้อุปกรณ์การขึ้นรูปพิเศษช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตอย่างมาก

ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และต้นปี 1980 กระบวนการฉีดขึ้นรูปถูกนำไปใช้กับการขึ้นรูปชิ้นส่วนเซรามิก กระบวนการนี้ตระหนักถึงการขึ้นรูปพลาสติกของวัสดุที่แห้งแล้งโดยการเพิ่มสารอินทรีย์จำนวนมากซึ่งเป็นกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกเซรามิกทั่วไป ในเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปนอกเหนือจากการใช้สารอินทรีย์เทอร์โมพลาสติก (เช่นโพลีเอทิลีน, โพลีสไตรีน), สารอินทรีย์เทอร์โมเซ็ต (เช่นอีพอกซีเรซิน, เรซินฟีนอลิก) หรือพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้ ตัวฉีดขึ้นรูป

กระบวนการฉีดขึ้นรูปมีข้อดีของระบบอัตโนมัติระดับสูงและขนาดที่แม่นยำของการขึ้นรูปว่างเปล่า อย่างไรก็ตามปริมาณอินทรีย์ในชิ้นส่วนสีเขียวของชิ้นส่วนเซรามิกแบบฉีดที่มีการฉีดสูงถึง 50vol% ใช้เวลานานแม้กระทั่งหลายวันถึงหลายวันเพื่อกำจัดสารอินทรีย์เหล่านี้ในกระบวนการเผาที่ตามมาและเป็นเรื่องง่ายที่จะทำให้เกิดข้อบกพร่องที่มีคุณภาพ

2.7 การฉีดขึ้นรูปคอลลอยด์
เพื่อที่จะแก้ปัญหาของสารอินทรีย์จำนวนมากที่เพิ่มเข้ามาและความยากลำบากในการกำจัดปัญหาในกระบวนการฉีดแบบดั้งเดิมมหาวิทยาลัย Tsinghua เสนอกระบวนการใหม่สำหรับการฉีดคอลลอยด์การฉีดขึ้นรูปเซรามิก การขึ้นรูป

แนวคิดพื้นฐานคือการรวมการปั้นคอลลอยด์เข้ากับการขึ้นรูปฉีดโดยใช้อุปกรณ์ฉีดที่เป็นกรรมสิทธิ์และเทคโนโลยีการบ่มใหม่ที่จัดทำโดยกระบวนการขึ้นรูปของคอลลอยด์ในแหล่งน้ำ กระบวนการใหม่นี้ใช้สารอินทรีย์น้อยกว่า 4wt.% โมโนเมอร์อินทรีย์จำนวนเล็กน้อยหรือสารประกอบอินทรีย์ในการระงับน้ำใช้เพื่อกระตุ้นให้เกิดพอลิเมอไรเซชันของโมโนเมอร์อินทรีย์หลังจากฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์เพื่อสร้างโครงกระดูกเครือข่ายอินทรีย์ซึ่งจะห่อผงเซรามิกให้เท่าเทียมกัน ในหมู่พวกเขาไม่เพียง แต่เวลาของการลดลงอย่างมากจะสั้นลงอย่างมาก แต่ยังรวมถึงความเป็นไปได้ของการแตกของการเสื่อมสภาพลดลงอย่างมาก

มีความแตกต่างอย่างมากระหว่างการฉีดขึ้นรูปเซรามิกและการปั้นคอลลอยด์ ความแตกต่างที่สำคัญคืออดีตเป็นของหมวดหมู่ของการปั้นพลาสติกและหลังเป็นของการปั้นสารละลายนั่นคือสารละลายไม่มีพลาสติกและเป็นวัสดุที่แห้งแล้ง เนื่องจากสารละลายไม่มีพลาสติกในการปั้นคอลลอยด์ความคิดดั้งเดิมของการฉีดแบบฉีดเซรามิกจึงไม่สามารถนำมาใช้ได้ หากการขึ้นรูปคอลลอยด์ถูกรวมเข้ากับการฉีดขึ้นรูปการฉีดขึ้นรูปคอลลอยด์ของวัสดุเซรามิกจะรับรู้โดยใช้อุปกรณ์ฉีดที่เป็นกรรมสิทธิ์และเทคโนโลยีการบ่มใหม่ที่จัดทำโดยกระบวนการขึ้นรูปคอลลอยด์ในแหล่งกำเนิด

กระบวนการใหม่ของการปั้นคอลลอยด์ของเซรามิกส์นั้นแตกต่างจากการปั้นคอลลอยด์ทั่วไปและการฉีดขึ้นรูปแบบดั้งเดิม ข้อได้เปรียบของการขึ้นรูปอัตโนมัติในระดับสูงคือการระเหิดเชิงคุณภาพของกระบวนการขึ้นรูปคอลลอยด์ซึ่งจะกลายเป็นความหวังสำหรับอุตสาหกรรมเซรามิกไฮเทค