نه فرآیند قالب گیری دقیق سرامیک های زیرکونیا

نه فرآیند قالب گیری دقیق سرامیک های زیرکونیا
فرآیند قالب‌گیری نقش پیوندی در کل فرآیند آماده‌سازی مواد سرامیکی ایفا می‌کند و کلید اطمینان از قابلیت اطمینان عملکرد و تکرارپذیری تولید مواد و اجزای سرامیکی است.
با پیشرفت جامعه، روش سنتی ورز دادن با دست، روش چرخ‌سازی، روش تزریق و غیره سرامیک‌های سنتی دیگر نمی‌تواند پاسخگوی نیاز جامعه مدرن برای تولید و پالایش باشد، بنابراین فرآیند قالب‌گیری جدید متولد شد.مواد سرامیکی ریز ZrO2 به طور گسترده در 9 نوع فرآیند قالب گیری زیر استفاده می شود (2 نوع روش خشک و 7 نوع روش مرطوب):

1. قالب گیری خشک

1.1 پرس خشک

پرس خشک از فشار برای فشار دادن پودر سرامیک به شکل خاصی از بدنه استفاده می کند.ماهیت آن این است که تحت تأثیر نیروی خارجی، ذرات پودر در قالب به یکدیگر نزدیک می شوند و با اصطکاک داخلی به طور محکم ترکیب می شوند تا شکل خاصی را حفظ کنند.عیب اصلی در بدنه های سبز پرس خشک پوسته شدن است که به دلیل اصطکاک داخلی پودرها و اصطکاک بین پودرها و دیواره قالب و در نتیجه کاهش فشار در داخل بدنه است.

مزایای پرس خشک این است که اندازه بدنه سبز دقیق است، عملیات ساده است و انجام عملیات مکانیزه راحت است.محتوای رطوبت و چسب در پرس خشک سبز کمتر است و انقباض خشک کردن و پخت کم است.عمدتاً برای تشکیل محصولات با اشکال ساده استفاده می شود و نسبت ابعاد آن کوچک است.افزایش هزینه تولید ناشی از سایش قالب، نقطه ضعف پرس خشک است.

1.2 پرس ایزواستاتیک

پرس ایزواستاتیک یک روش فرم دهی ویژه است که بر اساس پرس خشک سنتی توسعه یافته است.از فشار انتقال سیال برای اعمال فشار یکنواخت به پودر داخل قالب الاستیک از همه جهات استفاده می کند.با توجه به قوام فشار داخلی سیال، پودر فشار یکسان را در همه جهات تحمل می کند، بنابراین از تفاوت در چگالی بدنه سبز می توان جلوگیری کرد.

پرس ایزواستاتیک به پرس ایزواستاتیک کیسه ای مرطوب و پرس ایزواستاتیک کیسه ای خشک تقسیم می شود.پرس ایزواستاتیک کیسه ای مرطوب می تواند محصولاتی با اشکال پیچیده ایجاد کند، اما فقط می تواند به طور متناوب کار کند.پرس ایزواستاتیک کیسه خشک می تواند عملیات مداوم خودکار را تحقق بخشد، اما فقط می تواند محصولاتی با اشکال ساده مانند مربع، گرد و مقطع لوله ای شکل دهد.پرس ایزواستاتیک می تواند یک بدنه سبز رنگ یکنواخت و متراکم با انقباض پخت کوچک و جمع شدگی یکنواخت در همه جهات به دست آورد، اما تجهیزات پیچیده و گران است و راندمان تولید بالا نیست و فقط برای تولید مواد با مواد خاص مناسب است. الزامات.

2. شکل دهی مرطوب

2.1 تزریق
فرآیند قالب گیری تزریقی شبیه ریخته گری نواری است، تفاوت در این است که فرآیند قالب گیری شامل فرآیند آبگیری فیزیکی و فرآیند انعقاد شیمیایی است.آبگیری فیزیکی آب موجود در دوغاب را از طریق عمل مویرگی قالب گچ متخلخل حذف می کند.Ca2+ ایجاد شده در اثر انحلال CaSO4 سطح، قدرت یونی دوغاب را افزایش می دهد و در نتیجه لخته سازی دوغاب ایجاد می شود.
ذرات پودر سرامیک تحت عمل کم آبی فیزیکی و انعقاد شیمیایی بر روی دیواره قالب گچی رسوب می کنند.گروتینگ برای تهیه قطعات سرامیکی در مقیاس بزرگ با اشکال پیچیده مناسب است، اما کیفیت بدنه سبز رنگ اعم از شکل، تراکم، استحکام و ... ضعیف است، شدت کار کارگران زیاد است و مناسب نیست. برای عملیات خودکار

2.2 ریخته گری داغ
ریخته گری داغ عبارت است از مخلوط کردن پودر سرامیک با بایندر (پارافین) در دمای نسبتاً بالا (60 تا 100 درجه سانتیگراد) برای به دست آوردن دوغاب برای ریخته گری داغ.دوغاب تحت تأثیر هوای فشرده به داخل قالب فلزی تزریق می شود و فشار حفظ می شود.خنک‌سازی، قالب‌گیری برای به‌دست آوردن وکس بلانک، واکس بلانک تحت حفاظت پودر بی‌اثر موم‌زدایی می‌شود تا بدنه سبز رنگی به دست آید و بدنه سبز در دمای بالا پخته می‌شود تا به چینی تبدیل شود.

بدنه سبز تشکیل شده توسط دایکاست گرم دارای ابعاد دقیق، ساختار داخلی یکنواخت، سایش کمتر قالب و راندمان تولید بالا بوده و برای مواد اولیه مختلف مناسب است.دمای دوغاب موم و قالب باید به شدت کنترل شود، در غیر این صورت باعث تحت تزریق یا تغییر شکل می شود، بنابراین برای ساخت قطعات بزرگ مناسب نیست و فرآیند پخت دو مرحله ای پیچیده و مصرف انرژی بالا است.

2.3 ریخته گری نوار
ریخته گری نواری عبارت است از مخلوط کردن کامل پودر سرامیک با مقدار زیادی چسب آلی، نرم کننده، پخش کننده و غیره برای به دست آوردن یک دوغاب چسبناک روان، دوغاب را به قیف دستگاه ریخته گری اضافه می کند و از یک خراش دهنده برای کنترل ضخامت استفاده می کند.از طریق نازل تغذیه به سمت تسمه نقاله جریان می یابد و فیلم خالی پس از خشک شدن به دست می آید.

این فرآیند برای تهیه مواد فیلم مناسب است.برای به دست آوردن انعطاف پذیری بهتر، مقدار زیادی ماده آلی اضافه می شود و پارامترهای فرآیند باید به شدت کنترل شوند، در غیر این صورت به راحتی باعث ایجاد عیوب مانند لایه برداری، رگه ها، استحکام فیلم کم یا لایه برداری دشوار می شود.مواد آلی استفاده شده سمی بوده و باعث آلودگی محیط زیست خواهد شد و باید تا حد امکان از یک سیستم غیر سمی یا کمتر سمی برای کاهش آلودگی محیط زیست استفاده شود.

2.4 قالب گیری تزریق ژل
فناوری قالب گیری تزریق ژل یک فرآیند نمونه سازی سریع کلوئیدی جدید است که برای اولین بار توسط محققان آزمایشگاه ملی Oak Ridge در اوایل دهه 1990 اختراع شد.هسته اصلی آن استفاده از محلول های مونومر آلی است که به ژل های پلیمر-حلال با استحکام بالا پلیمریزه می شوند.

دوغاب پودر سرامیکی حل شده در محلولی از مونومرهای آلی در قالب ریخته می شود و مخلوط مونومر پلیمریزه می شود و قسمتی ژل می شود.از آنجایی که پلیمر-حلال پیوند جانبی تنها حاوی 10% تا 20% پلیمر (کسر جرمی) است، حذف حلال از قسمت ژل با یک مرحله خشک کردن آسان است.در عین حال، به دلیل اتصال جانبی پلیمرها، پلیمرها نمی توانند در طول فرآیند خشک شدن با حلال مهاجرت کنند.

از این روش می توان برای ساخت قطعات سرامیکی تک فاز و کامپوزیت استفاده کرد که می تواند قطعات سرامیکی به شکل پیچیده و شبه شبکه را تشکیل دهد و استحکام سبز آن به 20 تا 30 مگاپاسکال یا بیشتر می رسد که قابل پردازش مجدد است.مشکل اصلی این روش این است که سرعت انقباض بدن جنین در طول فرآیند تراکم نسبتاً زیاد است که به راحتی منجر به تغییر شکل بدن جنین می شود.برخی از مونومرهای آلی دارای مهار اکسیژن هستند که باعث پوسته شدن و ریزش سطح می شود.به دلیل فرآیند پلیمریزاسیون مونومر آلی ناشی از دما، ایجاد تراش دما منجر به وجود تنش داخلی می شود که باعث شکستگی و غیره می شود.

2.5 قالب گیری تزریق انجماد مستقیم
قالب‌گیری تزریقی انجماد مستقیم یک فناوری قالب‌گیری است که توسط ETH Zurich توسعه یافته است: آب حلال، پودر سرامیک و افزودنی‌های آلی کاملاً با هم مخلوط می‌شوند تا دوغابی با گرانروی پایین و با محتوای جامد بالا تشکیل دهند که می‌توان با افزودن pH دوغاب یا مواد شیمیایی آن را تغییر داد. که غلظت الکترولیت را افزایش می دهد، سپس دوغاب به یک قالب غیر متخلخل تزریق می شود.

کنترل پیشرفت واکنش های شیمیایی در طول فرآیند.واکنش قبل از قالب گیری تزریقی به آرامی انجام می شود، ویسکوزیته دوغاب پایین نگه داشته می شود و واکنش پس از قالب گیری تزریقی تسریع می شود، دوغاب جامد می شود و دوغاب سیال به یک جسم جامد تبدیل می شود.بدن سبز به دست آمده دارای خواص مکانیکی خوبی است و استحکام می تواند به 5 کیلو پاسکال برسد.بدنه سبز رنگ شده، خشک و تف جوشی می شود تا یک قسمت سرامیکی به شکل دلخواه تشکیل شود.

از مزایای آن این است که به مقدار کمی از مواد افزودنی آلی (کمتر از 1٪) نیاز ندارد یا فقط به آن نیاز دارد، بدن سبز نیازی به چربی زدایی ندارد، تراکم بدن سبز یکنواخت، تراکم نسبی زیاد است (55٪ ~ 70٪، و می تواند قطعات سرامیکی با اندازه بزرگ و پیچیده را تشکیل دهد.عیب آن این است که مواد افزودنی گران هستند و معمولاً در طی واکنش گاز آزاد می شود.

2.6 قالب گیری تزریقی
قالب گیری تزریقی از دیرباز در قالب گیری محصولات پلاستیکی و قالب گیری قالب های فلزی استفاده می شده است.این فرآیند از پخت در دمای پایین مواد آلی ترموپلاستیک یا پخت در دمای بالا مواد آلی ترموست استفاده می کند.پودر و حامل آلی در یک تجهیزات اختلاط ویژه مخلوط می شوند و سپس تحت فشار بالا (ده ها تا صدها مگاپاسکال) به قالب تزریق می شوند.با توجه به فشار قالب گیری زیاد، صفحات به دست آمده دارای ابعاد دقیق، صافی بالا و ساختار فشرده هستند.استفاده از تجهیزات قالب گیری ویژه راندمان تولید را تا حد زیادی بهبود می بخشد.

در اواخر دهه 1970 و اوایل دهه 1980، فرآیند قالب گیری تزریقی برای قالب گیری قطعات سرامیکی اعمال شد.این فرآیند با افزودن مقدار زیادی ماده آلی که یک فرآیند معمولی قالب‌گیری پلاستیک سرامیکی است، قالب‌گیری پلاستیک مواد بی‌ثمر را محقق می‌کند.در فناوری قالب گیری تزریقی، علاوه بر استفاده از مواد آلی ترموپلاستیک (مانند پلی اتیلن، پلی استایرن)، آلی گرما سخت (مانند رزین اپوکسی، رزین فنولیک)، یا پلیمرهای محلول در آب به عنوان چسب اصلی، لازم است مقادیر خاصی از فرآیند اضافه شود. کمک هایی مانند نرم کننده ها، روان کننده ها و عوامل جفت کننده برای بهبود سیالیت سیستم تعلیق تزریقی سرامیکی و اطمینان از کیفیت بدنه قالب گیری تزریقی.

فرآیند قالب گیری تزریقی دارای مزایای درجه بالایی از اتوماسیون و اندازه دقیق قطعه قالب است.با این حال، محتوای آلی در بدنه سبز قطعات سرامیکی قالب‌گیری شده تزریقی به 50 درصد می‌رسد.برای از بین بردن این مواد آلی در فرآیند پخت بعدی، زمان زیادی، حتی چند روز تا ده ها روز طول می کشد و به راحتی می توان عیوب کیفی ایجاد کرد.

2.7 قالب گیری تزریقی کلوئیدی
به منظور حل مشکلات مقدار زیادی ماده آلی اضافه شده و مشکل از بین بردن مشکلات در فرآیند قالب گیری تزریقی سنتی، دانشگاه Tsinghua خلاقانه یک فرآیند جدید برای قالب گیری تزریقی کلوئیدی سرامیک پیشنهاد کرد و به طور مستقل یک نمونه اولیه قالب گیری تزریقی کلوئیدی را توسعه داد. برای تحقق تزریق دوغاب سرامیکی بی آب.تشکیل.

ایده اصلی ترکیب قالب‌گیری کلوئیدی با قالب‌گیری تزریقی، با استفاده از تجهیزات تزریق اختصاصی و فناوری پخت جدید است که توسط فرآیند قالب‌گیری انجماد کلوئیدی در محل ارائه می‌شود.این فرآیند جدید از کمتر از 4 درصد وزنی مواد آلی استفاده می کند.مقدار کمی از مونومرهای آلی یا ترکیبات آلی در سوسپانسیون مبتنی بر آب برای القای سریع پلیمریزاسیون مونومرهای آلی پس از تزریق در قالب برای تشکیل یک اسکلت شبکه آلی استفاده می شود که به طور یکنواخت پودر سرامیکی را می پوشاند.در این میان نه تنها زمان صمغ گیری بسیار کوتاه می شود، بلکه امکان ترک خوردن صمغ گیری نیز بسیار کاهش می یابد.

تفاوت زیادی بین قالب گیری تزریقی سرامیک ها و قالب گیری کلوئیدی وجود دارد.تفاوت اصلی این است که اولی متعلق به دسته قالب گیری پلاستیک است و دومی متعلق به قالب گیری دوغابی است، یعنی دوغاب خاصیت پلاستیسیته ندارد و ماده ای بایر است.از آنجایی که دوغاب در قالب گیری کلوئیدی خاصیت پلاستیکی ندارد، ایده سنتی قالب گیری تزریقی سرامیک را نمی توان پذیرفت.اگر قالب‌گیری کلوئیدی با قالب‌گیری تزریقی ترکیب شود، قالب‌گیری تزریقی کلوئیدی مواد سرامیکی با استفاده از تجهیزات تزریق اختصاصی و فناوری پخت جدید ارائه شده توسط فرآیند قالب‌گیری کلوئیدی در محل انجام می‌شود.

فرآیند جدید قالب گیری تزریقی کلوئیدی سرامیک با قالب گیری کلوئیدی عمومی و قالب گیری تزریقی سنتی متفاوت است.مزیت درجه بالایی از اتوماسیون قالب‌گیری، تصعید کیفی فرآیند قالب‌گیری کلوئیدی است که امیدی برای صنعتی‌سازی سرامیک‌های با تکنولوژی بالا خواهد بود.