Siyam na proseso ng paghubog ng zirconia ceramics na may katumpakan

Siyam na proseso ng paghubog ng zirconia ceramics na may katumpakan
Ang proseso ng paghubog ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa buong proseso ng paghahanda ng mga materyales na seramiko, at ito ang susi sa pagtiyak ng pagiging maaasahan ng pagganap at kakayahang maulit ang produksyon ng mga materyales at bahaging seramiko.
Kasabay ng pag-unlad ng lipunan, ang tradisyonal na pamamaraan ng pagmamasa ng kamay, pamamaraan ng pagbuo ng gulong, pamamaraan ng grouting, at iba pa ng mga tradisyonal na seramika ay hindi na kayang matugunan ang mga pangangailangan ng modernong lipunan para sa produksyon at pagpipino, kaya't isinilang ang isang bagong proseso ng paghubog. Ang mga pinong materyales na seramika na ZrO2 ay malawakang ginagamit sa sumusunod na 9 na uri ng proseso ng paghubog (2 uri ng tuyong pamamaraan at 7 uri ng basang pamamaraan):

1. Tuyong paghubog

1.1 Pagpiga gamit ang tuyong tubig

Ang dry pressing ay gumagamit ng presyon upang idiin ang ceramic powder sa isang partikular na hugis ng katawan. Ang esensya nito ay sa ilalim ng aksyon ng panlabas na puwersa, ang mga particle ng pulbos ay naglalapit sa isa't isa sa molde, at mahigpit na pinagsama sa pamamagitan ng panloob na alitan upang mapanatili ang isang tiyak na hugis. Ang pangunahing depekto sa dry-pressed green bodies ay ang spallation, na dahil sa panloob na alitan sa pagitan ng mga pulbos at ng alitan sa pagitan ng mga pulbos at ng dingding ng molde, na nagreresulta sa pagkawala ng presyon sa loob ng katawan.

Ang mga bentahe ng dry pressing ay ang tumpak na laki ng green body, simple ang operasyon, at maginhawa ang mekanisadong operasyon; mas kaunti ang nilalaman ng moisture at binder sa green dry pressing, at maliit ang pag-urong ng pagpapatuyo at pagpapaputok. Pangunahin itong ginagamit upang bumuo ng mga produktong may simpleng hugis, at maliit ang aspect ratio. Ang disbentaha ng dry pressing ay ang pagtaas ng gastos sa produksyon na dulot ng pagkasira ng amag.

1.2 Pagpindot na isostatiko

Ang isostatic pressing ay isang espesyal na paraan ng paghubog na binuo batay sa tradisyonal na dry pressing. Gumagamit ito ng fluid transmission pressure upang pantay na mailapat ang presyon sa pulbos sa loob ng elastic mold mula sa lahat ng direksyon. Dahil sa consistency ng internal pressure ng fluid, ang pulbos ay may parehong presyon sa lahat ng direksyon, kaya maiiwasan ang pagkakaiba sa density ng green body.

Ang isostatic pressing ay nahahati sa wet bag isostatic pressing at dry bag isostatic pressing. Ang wet bag isostatic pressing ay maaaring bumuo ng mga produktong may masalimuot na hugis, ngunit maaari lamang itong gumana nang paulit-ulit. Ang dry bag isostatic pressing ay maaaring magsagawa ng awtomatikong tuluy-tuloy na operasyon, ngunit maaari lamang bumuo ng mga produktong may mga simpleng hugis tulad ng parisukat, bilog, at tubular cross-section. Ang isostatic pressing ay maaaring makakuha ng pare-pareho at siksik na berdeng katawan, na may maliit na pag-urong sa lahat ng direksyon, ngunit ang kagamitan ay kumplikado at mahal, at ang kahusayan sa produksyon ay hindi mataas, at angkop lamang ito para sa produksyon ng mga materyales na may mga espesyal na pangangailangan.

2. Pagbubuo ng basa

2.1 Paglalagay ng grout
Ang proseso ng paghubog ng grouting ay katulad ng tape casting, ang pagkakaiba ay ang proseso ng paghubog ay kinabibilangan ng proseso ng pisikal na dehydration at proseso ng kemikal na coagulation. Ang pisikal na dehydration ay nag-aalis ng tubig sa slurry sa pamamagitan ng capillary action ng porous gypsum mold. Ang Ca2+ na nalilikha ng pagkatunaw ng ibabaw na CaSO4 ay nagpapataas ng ionic strength ng slurry, na nagreresulta sa flocculation ng slurry.
Sa ilalim ng aksyon ng pisikal na dehydration at kemikal na coagulation, ang mga particle ng ceramic powder ay idineposito sa dingding ng gypsum mold. Ang grouting ay angkop para sa paghahanda ng malalaking bahagi ng ceramic na may masalimuot na hugis, ngunit ang kalidad ng berdeng katawan, kabilang ang hugis, densidad, lakas, atbp., ay mababa, ang intensity ng paggawa ng mga manggagawa ay mataas, at hindi ito angkop para sa mga automated na operasyon.

2.2 Mainit na paghahagis ng mamatay
Ang hot die casting ay ang paghahalo ng ceramic powder sa binder (paraffin) sa medyo mataas na temperatura (60~100℃) upang makakuha ng slurry para sa hot die casting. Ang slurry ay ini-inject sa metal mold sa ilalim ng aksyon ng compressed air, at pinapanatili ang presyon. Pinapalamig, dine-demoulding upang makakuha ng wax blank, ang wax blank ay dinide-dewax sa ilalim ng proteksyon ng inert powder upang makakuha ng green body, at ang green body ay sininter sa mataas na temperatura upang maging porselana.

Ang berdeng katawan na nabuo sa pamamagitan ng hot die casting ay may tumpak na mga sukat, pare-parehong panloob na istraktura, mas kaunting pagkasira ng amag at mataas na kahusayan sa produksyon, at angkop para sa iba't ibang hilaw na materyales. Ang temperatura ng wax slurry at ng amag ay kailangang mahigpit na kontrolin, kung hindi ay magdudulot ito ng under injection o deformation, kaya hindi ito angkop para sa paggawa ng malalaking bahagi, at ang proseso ng two-step firing ay kumplikado at mataas ang pagkonsumo ng enerhiya.

2.3 Paghahagis ng teyp
Ang tape casting ay ang lubusang paghahalo ng ceramic powder na may malaking dami ng organic binders, plasticizers, dispersants, atbp. upang makakuha ng flowable viscous slurry, idagdag ang slurry sa hopper ng casting machine, at gumamit ng scraper upang kontrolin ang kapal. Ito ay dumadaloy palabas sa conveyor belt sa pamamagitan ng feeding nozzle, at ang film blank ay nakukuha pagkatapos matuyo.

Ang prosesong ito ay angkop para sa paghahanda ng mga materyales sa pelikula. Upang makakuha ng mas mahusay na kakayahang umangkop, isang malaking halaga ng organikong bagay ang idinaragdag, at ang mga parametro ng proseso ay kinakailangang mahigpit na kontrolin, kung hindi ay madali itong magdulot ng mga depekto tulad ng pagbabalat, mga guhit, mababang lakas ng pelikula o mahirap na pagbabalat. Ang organikong bagay na ginamit ay nakalalason at magdudulot ng polusyon sa kapaligiran, at isang hindi nakalalason o hindi gaanong nakalalasong sistema ang dapat gamitin hangga't maaari upang mabawasan ang polusyon sa kapaligiran.

2.4 Paghubog ng iniksyon ng gel
Ang teknolohiya ng gel injection molding ay isang bagong proseso ng colloidal rapid prototyping na unang naimbento ng mga mananaliksik sa Oak Ridge National Laboratory noong mga unang taon ng dekada 1990. Ang pangunahing layunin nito ay ang paggamit ng mga organic monomer solution na nagpo-polymerize upang maging high-strength, laterally linked polymer-solvent gels.

Ang isang slurry ng ceramic powder na tinunaw sa isang solusyon ng mga organikong monomer ay inihahalo sa isang molde, at ang pinaghalong monomer ay nagpopolimerisa upang bumuo ng isang bahaging naka-gel. Dahil ang laterally linked polymer-solvent ay naglalaman lamang ng 10%–20% (mass fraction) na polimer, madaling alisin ang solvent mula sa bahaging gel sa pamamagitan ng isang hakbang sa pagpapatuyo. Kasabay nito, dahil sa lateral connection ng mga polimer, ang mga polimer ay hindi maaaring lumipat kasama ng solvent habang nasa proseso ng pagpapatuyo.

Ang pamamaraang ito ay maaaring gamitin sa paggawa ng mga single-phase at composite na ceramic na bahagi, na maaaring bumuo ng mga kumplikadong hugis, mala-net na laki ng mga ceramic na bahagi, at ang berdeng lakas nito ay kasingtaas ng 20-30Mpa o higit pa, na maaaring iproseso muli. Ang pangunahing problema ng pamamaraang ito ay ang rate ng pag-urong ng katawan ng embryo ay medyo mataas sa panahon ng proseso ng densipikasyon, na madaling humahantong sa deformasyon ng katawan ng embryo; ang ilang mga organic monomer ay may oxygen inhibition, na nagiging sanhi ng pagbabalat at pagkahulog ng ibabaw; dahil sa proseso ng organic monomer polymerization na dulot ng temperatura, na nagiging sanhi ng Temperature shaving na humahantong sa pagkakaroon ng internal stress, na nagiging sanhi ng pagkabasag ng mga blangko at iba pa.

2.5 Direktang paghubog ng iniksyon para sa solidipikasyon
Ang direct solidification injection molding ay isang teknolohiya sa paghubog na binuo ng ETH Zurich: ang solvent water, ceramic powder, at mga organic additives ay ganap na hinahalo upang bumuo ng electrostatically stable, low-viscosity, high-solid-content slurry, na maaaring baguhin sa pamamagitan ng pagdaragdag ng Slurry pH o mga kemikal na nagpapataas ng konsentrasyon ng electrolyte, pagkatapos ay ang slurry ay ini-inject sa isang non-porous mold.

Kontrolin ang pag-usad ng mga reaksiyong kemikal habang isinasagawa ang proseso. Ang reaksyon bago ang injection molding ay isinasagawa nang dahan-dahan, ang lagkit ng slurry ay pinapanatiling mababa, at ang reaksyon ay pinabibilis pagkatapos ng injection molding, ang slurry ay tumitibay, at ang likidong slurry ay binabago sa isang solidong katawan. Ang nakuha na berdeng katawan ay may mahusay na mekanikal na katangian at ang lakas ay maaaring umabot sa 5kPa. Ang berdeng katawan ay dine-demold, pinatutuyo at sininter upang bumuo ng isang ceramic na bahagi ng nais na hugis.

Ang mga bentahe nito ay hindi ito nangangailangan o nangangailangan lamang ng kaunting organikong additives (mas mababa sa 1%), hindi kailangang tanggalin ang grasa sa berdeng katawan, pare-pareho ang densidad ng berdeng katawan, mataas ang relatibong densidad (55%~70%), at maaari itong bumuo ng malalaki at masalimuot na hugis na mga bahaging seramiko. Ang disbentahe nito ay ang mga additives ay mahal, at ang gas ay karaniwang inilalabas sa panahon ng reaksyon.

2.6 Paghubog ng iniksyon
Matagal nang ginagamit ang injection molding sa paghubog ng mga produktong plastik at paghubog ng mga metal na hulmahan. Ang prosesong ito ay gumagamit ng mababang temperaturang pagpapagaling ng mga thermoplastic organic o mataas na temperaturang pagpapagaling ng mga thermosetting organic. Ang pulbos at organic carrier ay hinahalo sa isang espesyal na kagamitan sa paghahalo, at pagkatapos ay ini-inject sa molde sa ilalim ng mataas na presyon (sampu hanggang daan-daang MPa). Dahil sa malaking presyon ng paghubog, ang mga nakuhang blangko ay may tumpak na sukat, mataas na kinis at siksik na istraktura; ang paggamit ng mga espesyal na kagamitan sa paghubog ay lubos na nagpapabuti sa kahusayan ng produksyon.

Noong huling bahagi ng dekada 1970 at unang bahagi ng dekada 1980, ang proseso ng paghubog gamit ang iniksyon ay inilapat sa paghubog ng mga bahaging seramiko. Ang prosesong ito ay nagsasagawa ng paghubog gamit ang plastik ng mga walang buhay na materyales sa pamamagitan ng pagdaragdag ng malaking halaga ng organikong bagay, na isang karaniwang proseso ng paghubog gamit ang seramikong plastik. Sa teknolohiya ng paghubog gamit ang iniksyon, bukod pa sa paggamit ng mga thermoplastic organic (tulad ng polyethylene, polystyrene), mga thermosetting organic (tulad ng epoxy resin, phenolic resin), o mga water-soluble polymer bilang pangunahing binder, kinakailangan ding magdagdag ng ilang dami ng mga pantulong sa proseso tulad ng mga plasticizer, lubricant, at coupling agent upang mapabuti ang fluidity ng ceramic injection suspension at matiyak ang kalidad ng katawan na hinulma gamit ang iniksyon.

Ang proseso ng injection molding ay may mga bentahe ng mataas na antas ng automation at tumpak na laki ng molding blank. Gayunpaman, ang organikong nilalaman sa berdeng katawan ng mga injection-molded ceramic parts ay kasing taas ng 50vol%. Matagal ang panahon, kahit ilang araw hanggang dose-dosenang araw, upang maalis ang mga organikong sangkap na ito sa kasunod na proseso ng sintering, at madaling magdulot ng mga depekto sa kalidad.

2.7 Paghubog ng koloidal na iniksyon
Upang malutas ang mga problema ng malaking dami ng idinagdag na organikong bagay at ang kahirapan sa pag-aalis ng mga kahirapan sa tradisyonal na proseso ng paghubog ng iniksyon, malikhaing iminungkahi ng Tsinghua University ang isang bagong proseso para sa colloidal injection molding ng mga seramika, at nakapag-iisa na bumuo ng isang prototype ng colloidal injection molding upang maisakatuparan ang pag-iiniksyon ng baog na ceramic slurry.

Ang pangunahing ideya ay pagsamahin ang colloidal molding sa injection molding, gamit ang proprietary injection equipment at bagong teknolohiya sa pagpapatigas na ibinibigay ng colloidal in-situ solidification molding process. Ang bagong prosesong ito ay gumagamit ng wala pang 4wt.% ng organikong bagay. Ang isang maliit na halaga ng mga organic monomer o organic compound sa water-based suspension ay ginagamit upang mabilis na ma-induce ang polymerization ng mga organic monomer pagkatapos ng pag-inject sa molde upang bumuo ng isang organic network skeleton, na pantay na bumabalot sa ceramic powder. Sa mga ito, hindi lamang ang oras ng pag-degumm ay lubos na napaikli, kundi pati na rin ang posibilidad ng pag-crack ng degumm.

Malaki ang pagkakaiba ng injection molding ng mga seramika at colloidal molding. Ang pangunahing pagkakaiba ay ang una ay kabilang sa kategorya ng plastic molding, at ang huli ay kabilang sa slurry molding, ibig sabihin, ang slurry ay walang plasticity at isang walang buhay na materyal. Dahil ang slurry ay walang plasticity sa colloidal molding, hindi maaaring gamitin ang tradisyonal na ideya ng ceramic injection molding. Kung ang colloidal molding ay pinagsama sa injection molding, ang colloidal injection molding ng mga ceramic na materyales ay maisasakatuparan sa pamamagitan ng paggamit ng proprietary injection equipment at bagong teknolohiya sa pagpapagaling na ibinibigay ng colloidal in-situ molding process.

Ang bagong proseso ng colloidal injection molding ng mga seramika ay naiiba sa pangkalahatang colloidal molding at tradisyonal na injection molding. Ang bentahe ng mataas na antas ng automation ng paghubog ay ang husay na sublimasyon ng proseso ng colloidal molding, na siyang magiging pag-asa para sa industriyalisasyon ng mga high-tech na seramika.