Девет прецизни процеси на лиење на циркониумска керамика

Девет прецизни процеси на лиење на циркониумска керамика
Процесот на обликување игра поврзувачка улога во целиот процес на подготовка на керамичките материјали и е клучен за обезбедување на сигурност во перформансите и повторување на производството на керамичките материјали и компоненти.
Со развојот на општеството, традиционалниот метод на рачно месење, методот на обликување со тркало, методот на фугирање итн. на традиционалната керамика повеќе не можат да ги задоволат потребите на современото општество за производство и рафинирање, па затоа се роди нов процес на лиење. Фините керамички материјали ZrO2 се широко користени во следните 9 типа на процеси на лиење (2 типа суви методи и 7 типа влажни методи):

1. Суво обликување

1.1 Суво пресување

Сувото пресување користи притисок за пресување на керамичкиот прав во одреден облик на телото. Неговата суштина е во тоа што под дејство на надворешна сила, честичките прав се приближуваат едни до други во калапот и се цврсто споени со внатрешно триење за да одржат одреден облик. Главниот дефект кај суво пресуваните зелени тела е распрснувањето, кое се должи на внатрешното триење помеѓу прашоците и триењето помеѓу прашоците и ѕидот на калапот, што резултира со губење на притисок во внатрешноста на телото.

Предностите на сувото пресување се тоа што големината на зеленото тело е прецизна, операцијата е едноставна и погодна за механизирана операција; содржината на влага и врзивно средство во зеленото суво пресување е помала, а собирањето при сушење и печење е мало. Главно се користи за формирање производи со едноставни форми, а соодносот на ширина и висина е мал. Зголемените трошоци за производство предизвикани од абење на мувлата се недостаток на сувото пресување.

1.2 Изостатско притискање

Изостатското пресување е посебен метод на обликување развиен врз основа на традиционалното суво пресување. Користи притисок за пренос на флуид за рамномерно да се примени притисок врз правот во еластичниот калап од сите правци. Поради конзистентноста на внатрешниот притисок на флуидот, правот го носи истиот притисок во сите правци, така што може да се избегне разликата во густината на зеленото тело.

Изостатското пресување е поделено на изостатско пресување со влажна вреќа и изостатско пресување со сува вреќа. Изостатското пресување со влажна вреќа може да формира производи со сложени форми, но може да работи само повремено. Изостатското пресување со сува вреќа може да реализира автоматско континуирано работење, но може да формира само производи со едноставни форми како што се квадратни, тркалезни и цевчести пресеци. Изостатското пресување може да добие униформно и густо зелено тело, со мало собирање при печење и униформно собирање во сите правци, но опремата е сложена и скапа, а ефикасноста на производството не е висока и е погодна само за производство на материјали со посебни барања.

2. Влажно обликување

2.1 Фугирање
Процесот на лиење со фугирање е сличен на леењето со лента, разликата е во тоа што процесот на лиење вклучува процес на физичка дехидратација и процес на хемиска коагулација. Физичката дехидратација ја отстранува водата во кашестата смеса преку капиларното дејство на порозниот гипсен калап. Ca2+ генериран со растворање на површинскиот CaSO4 ја зголемува јонската јачина на кашестата смеса, што резултира со флокулација на кашестата смеса.
Под дејство на физичка дехидратација и хемиска коагулација, честичките од керамички прав се таложат на ѕидот од гипсениот калап. Фугирањето е погодно за подготовка на големи керамички делови со сложени форми, но квалитетот на зеленото тело, вклучувајќи ја формата, густината, цврстината итн., е слаб, трудоинтензивноста на работниците е висока и не е погодна за автоматизирани операции.

2.2 Топло леење со калапи
Топлото леење со калапи се состои од мешање на керамички прав со врзивно средство (парафин) на релативно висока температура (60~100℃) за да се добие кашеста маса за топло леење со калапи. Кашестата маса се вбризгува во металниот калап под дејство на компримиран воздух и притисокот се одржува. Ладењето, отстранувањето на калапот за да се добие восочна прашкаста материја, восочната прашкаста материја се девосифицира под заштита на инертен прав за да се добие зелено тело, а зеленото тело се синтерува на висока температура за да се добие порцелан.

Зеленото тело формирано со топло леење со калапи има прецизни димензии, униформна внатрешна структура, помалку абење на мувлата и висока ефикасност на производството, и е погодно за разни суровини. Температурата на восочната кашеста маса и калапот треба строго да се контролира, во спротивно ќе предизвика под-инјектирање или деформација, па затоа не е погодно за производство на големи делови, а двостепениот процес на печење е комплициран, а потрошувачката на енергија е висока.

2.3 Леење лента
Леењето со лента се состои во целосно мешање на керамички прав со голема количина органски врзива, пластификатори, дисперзанти итн., за да се добие течна вискозна кашеста маса, потоа кашестата маса се додава во бункерот на машината за леење и се контролира дебелината со стругалка. Таа истекува до транспортерската лента преку млазницата за напојување, а по сушењето се добива празната фолија.

Овој процес е погоден за подготовка на филмски материјали. За да се добие подобра флексибилност, се додава голема количина органска материја, а параметрите на процесот треба строго да се контролираат, во спротивно лесно ќе се појават дефекти како што се лупење, ленти, ниска цврстина на филмот или тешко лупење. Органската материја што се користи е токсична и ќе предизвика загадување на животната средина, а за да се намали загадувањето на животната средина, треба да се користи нетоксичен или помалку токсичен систем колку што е можно повеќе.

2.4 Лиење со гел за вбризгување
Технологијата за лиење со вбризгување на гел е нов колоиден процес на брзо прототипирање, првпат измислен од истражувачите во Националната лабораторија Оук Риџ во раните 1990-ти. Во неговата суштина е употребата на органски мономерни раствори кои се полимеризираат во високојакосни, странично поврзани гелови од полимер-растворувач.

Кашеста смеса од керамички прав растворена во раствор од органски мономери се фрла во калап, а смесата од мономери се полимеризира за да формира желатиниран дел. Бидејќи странично поврзаниот полимер-растворувач содржи само 10%–20% (масен удел) полимер, лесно е да се отстрани растворувачот од гел-делот со чекор на сушење. Во исто време, поради страничната врска на полимерите, полимерите не можат да мигрираат со растворувачот за време на процесот на сушење.

Овој метод може да се користи за производство на еднофазни и композитни керамички делови, кои можат да формираат керамички делови со комплексна форма, со големина на квази-мрежа, а нивната цврстина при сушење е висока до 20-30Mpa или повеќе, што може повторно да се обработи. Главниот проблем на овој метод е што стапката на собирање на телото на ембрионот е релативно висока за време на процесот на згуснување, што лесно доведува до деформација на телото на ембрионот; некои органски мономери имаат инхибиција на кислородот, што предизвикува површината да се лупи и да паѓа; поради процесот на полимеризација на органски мономери предизвикан од температурата, предизвикувајќи температурно бричење што доведува до постоење на внатрешен стрес, што предизвикува кршење на празнините и така натаму.

2.5 Директно стврднување со вбризгување
Директно вбризгување со лиење со стврднување е технологија за лиење развиена од ETH Zurich: вода со растворувач, керамички прав и органски адитиви се целосно измешани за да се формира електростатски стабилна, нисковискозитетна кашеста маса со висока содржина на цврсти материи, која може да се промени со додавање на pH вредност на кашеста маса или хемикалии кои ја зголемуваат концентрацијата на електролити, а потоа кашестата маса се инјектира во непорозен калап.

Контролирајте го напредокот на хемиските реакции за време на процесот. Реакцијата пред лиењето со вбризгување се изведува бавно, вискозитетот на кашестата смеса се одржува низок, а реакцијата се забрзува по лиењето со вбризгување, кашестата смеса се стврднува, а течната кашеста смеса се трансформира во цврсто тело. Добиеното зелено тело има добри механички својства, а цврстината може да достигне 5kPa. Зеленото тело се вади, суши и синтерува за да се формира керамички дел од посакуваната форма.

Неговите предности се што не му се потребни или му се потребни само мала количина органски адитиви (помалку од 1%), зеленото тело не треба да се одмастува, густината на зеленото тело е униформна, релативната густина е висока (55%~70%) и може да формира керамички делови со големи димензии и сложена форма. Неговиот недостаток е што адитивите се скапи, а гасот генерално се ослободува за време на реакцијата.

2.6 Инјектирање во обликување
Инјектирањето во лиење долго време се користи во лиењето на пластични производи и лиењето на метални калапи. Овој процес користи стврднување на термопластични органски материи на ниска температура или стврднување на термореактивни органски материи на висока температура. Правот и органскиот носач се мешаат во специјална опрема за мешање, а потоа се вбризгуваат во калапот под висок притисок (десетици до стотици MPa). Поради големиот притисок при лиење, добиените празнини имаат прецизни димензии, висока мазност и компактна структура; употребата на специјална опрема за лиење значително ја подобрува ефикасноста на производството.

Кон крајот на 1970-тите и почетокот на 1980-тите, процесот на лиење со инјектирање се применуваше за лиење на керамички делови. Овој процес го реализира пластичното лиење на неплодни материјали со додавање на голема количина органска материја, што е вообичаен процес на лиење на керамички пластични материјали. Во технологијата на лиење со инјектирање, покрај употребата на термопластични органски материи (како што се полиетилен, полистирен), термореактивни органски материи (како што се епоксидна смола, фенолна смола) или полимери растворливи во вода како главно врзивно средство, потребно е да се додадат одредени количини на помошни средства за процесот, како што се пластификатори, лубриканти и средства за спојување, за да се подобри флуидноста на керамичката суспензија за инјектирање и да се обезбеди квалитетот на телото лиено со инјектирање.

Процесот на лиење со вбризгување има предности како што се висок степен на автоматизација и прецизна големина на празната плоча за лиење. Сепак, органската содржина во зеленото тело на керамички делови лиени со вбризгување е висока и до 50 vol%. Потребно е долго време, дури и од неколку дена до десетици дена, за да се елиминираат овие органски супстанции во последователниот процес на синтерување, а лесно е да се предизвикаат дефекти во квалитетот.

2.7 Колоидно вбризгување во калапи
За да ги реши проблемите со големата количина на додадена органска материја и тешкотијата за елиминирање на тешкотиите во традиционалниот процес на лиење со вбризгување, Универзитетот Цингуа креативно предложи нов процес за колоидно лиење со вбризгување на керамика и независно разви прототип на колоидно лиење со вбризгување за да го реализира вбризгувањето на неплодна керамичка кашеста маса.

Основната идеја е да се комбинира колоидно лиење со лиење со вбризгување, користејќи патентирана опрема за вбризгување и нова технологија за стврднување обезбедена од процесот на колоидно лиење со стврднување in-situ. Овој нов процес користи помалку од 4 тежински% органска материја. Мала количина на органски мономери или органски соединенија во суспензијата на база на вода се користи за брзо индуцирање на полимеризација на органски мономери по инјектирањето во калапот за да се формира органски мрежест скелет, кој рамномерно го обвиткува керамичкиот прав. Меѓу нив, не само што времето на дегумирање е значително скратено, туку и можноста за пукање од дегумирање е значително намалена.

Постои огромна разлика помеѓу лиењето со вбризгување на керамика и колоидното лиење. Главната разлика е во тоа што првото спаѓа во категоријата пластично лиење, а второто спаѓа во лиењето со кашеста маса, односно кашестата маса нема пластичност и е неплоден материјал. Бидејќи кашестата маса нема пластичност во колоидното лиење, традиционалната идеја за керамичко лиење со вбризгување не може да се усвои. Ако колоидното лиење се комбинира со лиење со вбризгување, колоидното лиење со вбризгување на керамички материјали се реализира со користење на патентирана опрема за вбризгување и нова технологија за стврднување обезбедена со колоиден процес на лиење in-situ.

Новиот процес на колоидно лиење со вбризгување на керамика е различен од општото колоидно лиење и традиционалното лиење со вбризгување. Предноста на високиот степен на автоматизација на лиењето е квалитативната сублимација на процесот на колоидно лиење, што ќе стане надеж за индустријализација на високотехнолошката керамика.