Εννέα διαδικασίες ακριβείας χύτευσης κεραμικών ζιρκονίου

Εννέα διαδικασίες ακριβείας χύτευσης κεραμικών ζιρκονίου
Η διαδικασία χύτευσης παίζει συνδετικό ρόλο σε ολόκληρη τη διαδικασία προετοιμασίας των κεραμικών υλικών και είναι το κλειδί για τη διασφάλιση της αξιοπιστίας της απόδοσης και της επαναληψιμότητας της παραγωγής των κεραμικών υλικών και εξαρτημάτων.
Με την ανάπτυξη της κοινωνίας, η παραδοσιακή μέθοδος ζύμωσης με το χέρι, η μέθοδος διαμόρφωσης με τροχό, η μέθοδος έγχυσης κ.λπ. των παραδοσιακών κεραμικών δεν μπορούν πλέον να καλύψουν τις ανάγκες της σύγχρονης κοινωνίας για παραγωγή και βελτίωση, έτσι γεννήθηκε μια νέα διαδικασία χύτευσης. Τα λεπτά κεραμικά υλικά ZrO2 χρησιμοποιούνται ευρέως στους ακόλουθους 9 τύπους διαδικασιών χύτευσης (2 τύποι ξηρών μεθόδων και 7 τύποι υγρών μεθόδων):

1. Ξηρή χύτευση

1.1 Ξηρή συμπίεση

Η ξηρή συμπίεση χρησιμοποιεί πίεση για να συμπιέσει την κεραμική σκόνη σε ένα συγκεκριμένο σχήμα του σώματος. Η ουσία της είναι ότι υπό την επίδραση εξωτερικής δύναμης, τα σωματίδια σκόνης πλησιάζουν το ένα το άλλο στο καλούπι και ενώνονται σταθερά με εσωτερική τριβή για να διατηρήσουν ένα συγκεκριμένο σχήμα. Το κύριο ελάττωμα στα ξηρά συμπιεσμένα πράσινα σώματα είναι η θρυμματισμός, η οποία οφείλεται στην εσωτερική τριβή μεταξύ των σκονών και στην τριβή μεταξύ των σκονών και του τοιχώματος του καλουπιού, με αποτέλεσμα την απώλεια πίεσης μέσα στο σώμα.

Τα πλεονεκτήματα της ξηρής συμπίεσης είναι ότι το μέγεθος του πράσινου σώματος είναι ακριβές, η λειτουργία είναι απλή και είναι βολική για μηχανική λειτουργία. Η περιεκτικότητα σε υγρασία και συνδετικό υλικό στην πράσινη ξηρή συμπίεση είναι μικρότερη και η συρρίκνωση κατά την ξήρανση και την όπτηση είναι μικρή. Χρησιμοποιείται κυρίως για τη διαμόρφωση προϊόντων με απλά σχήματα και η αναλογία διαστάσεων είναι μικρή. Το αυξημένο κόστος παραγωγής που προκαλείται από τη φθορά του καλουπιού είναι το μειονέκτημα της ξηρής συμπίεσης.

1.2 Ισοστατική συμπίεση

Η ισοστατική συμπίεση είναι μια ειδική μέθοδος διαμόρφωσης που αναπτύχθηκε με βάση την παραδοσιακή ξηρή συμπίεση. Χρησιμοποιεί πίεση μετάδοσης ρευστού για να ασκήσει ομοιόμορφη πίεση στη σκόνη μέσα στο ελαστικό καλούπι από όλες τις κατευθύνσεις. Λόγω της συνοχής της εσωτερικής πίεσης του ρευστού, η σκόνη φέρει την ίδια πίεση προς όλες τις κατευθύνσεις, έτσι ώστε να αποφευχθεί η διαφορά στην πυκνότητα του πράσινου σώματος.

Η ισοστατική συμπίεση χωρίζεται σε ισοστατική συμπίεση υγρού σάκου και ισοστατική συμπίεση ξηρού σάκου. Η ισοστατική συμπίεση υγρού σάκου μπορεί να σχηματίσει προϊόντα με σύνθετα σχήματα, αλλά μπορεί να λειτουργήσει μόνο κατά διαστήματα. Η ισοστατική συμπίεση ξηρού σάκου μπορεί να πραγματοποιήσει αυτόματη συνεχή λειτουργία, αλλά μπορεί να σχηματίσει μόνο προϊόντα με απλά σχήματα όπως τετράγωνες, στρογγυλές και σωληνοειδείς διατομές. Η ισοστατική συμπίεση μπορεί να επιτύχει ένα ομοιόμορφο και πυκνό πράσινο σώμα, με μικρή συρρίκνωση ψησίματος και ομοιόμορφη συρρίκνωση προς όλες τις κατευθύνσεις, αλλά ο εξοπλισμός είναι πολύπλοκος και ακριβός, και η απόδοση παραγωγής δεν είναι υψηλή, και είναι κατάλληλος μόνο για την παραγωγή υλικών με ειδικές απαιτήσεις.

2. Υγρή διαμόρφωση

2.1 Αρμολόγηση
Η διαδικασία χύτευσης με αρμολόγηση είναι παρόμοια με τη χύτευση με ταινία, με τη διαφορά ότι η διαδικασία χύτευσης περιλαμβάνει φυσική διαδικασία αφυδάτωσης και χημική διαδικασία πήξης. Η φυσική αφυδάτωση απομακρύνει το νερό από τον πολτό μέσω της τριχοειδούς δράσης του πορώδους γύψινου καλουπιού. Το Ca2+ που παράγεται από τη διάλυση του επιφανειακού CaSO4 αυξάνει την ιοντική ισχύ του πολτού, με αποτέλεσμα τη συσσωμάτωση του πολτού.
Υπό την επίδραση της φυσικής αφυδάτωσης και της χημικής πήξης, τα σωματίδια κεραμικής σκόνης εναποτίθενται στο τοίχωμα του καλουπιού γύψου. Η αρμολόγηση είναι κατάλληλη για την παρασκευή κεραμικών εξαρτημάτων μεγάλης κλίμακας με σύνθετα σχήματα, αλλά η ποιότητα του πράσινου σώματος, συμπεριλαμβανομένου του σχήματος, της πυκνότητας, της αντοχής κ.λπ., είναι κακή, η ένταση εργασίας των εργαζομένων είναι υψηλή και δεν είναι κατάλληλη για αυτοματοποιημένες λειτουργίες.

2.2 Χύτευση εν θερμώ
Η χύτευση εν θερμώ με μήτρα συνίσταται στην ανάμειξη κεραμικής σκόνης με συνδετικό υλικό (παραφίνη) σε σχετικά υψηλή θερμοκρασία (60~100℃) για την απόκτηση πολτού για χύτευση εν θερμώ. Ο πολτός εγχύεται στο μεταλλικό καλούπι υπό την επίδραση πεπιεσμένου αέρα και η πίεση διατηρείται. Ψύχεται, αφαιρείται το καλούπι για να ληφθεί ένα κερένιο τυφλό, το κερένιο τυφλό αποκερώνεται υπό την προστασία μιας αδρανούς σκόνης για να ληφθεί ένα πράσινο σώμα και το πράσινο σώμα συντήκεται σε υψηλή θερμοκρασία για να γίνει πορσελάνη.

Το πράσινο σώμα που σχηματίζεται με χύτευση εν θερμώ έχει ακριβείς διαστάσεις, ομοιόμορφη εσωτερική δομή, λιγότερη φθορά από καλούπι και υψηλή παραγωγική απόδοση και είναι κατάλληλο για διάφορες πρώτες ύλες. Η θερμοκρασία του πηλού κεριού και του καλουπιού πρέπει να ελέγχεται αυστηρά, διαφορετικά θα προκληθεί υποέγχυση ή παραμόρφωση, επομένως δεν είναι κατάλληλο για την κατασκευή μεγάλων εξαρτημάτων, και η διαδικασία πυροδότησης δύο σταδίων είναι περίπλοκη και η κατανάλωση ενέργειας είναι υψηλή.

2.3 Χύτευση ταινίας
Η χύτευση με ταινία συνίσταται στην πλήρη ανάμειξη κεραμικής σκόνης με μεγάλη ποσότητα οργανικών συνδετικών υλικών, πλαστικοποιητών, διασπορέων κ.λπ. για να ληφθεί ένα ρευστό ιξώδες πολτό, η προσθήκη του πολτού στη χοάνη της μηχανής χύτευσης και η χρήση ξύστρας για τον έλεγχο του πάχους του πολτού ρέει προς τον μεταφορικό ιμάντα μέσω του ακροφυσίου τροφοδοσίας και η μεμβράνη λαμβάνεται μετά την ξήρανση.

Αυτή η διαδικασία είναι κατάλληλη για την παρασκευή υλικών μεμβράνης. Για να επιτευχθεί μεγαλύτερη ευελιξία, προστίθεται μεγάλη ποσότητα οργανικής ύλης και οι παράμετροι της διαδικασίας πρέπει να ελέγχονται αυστηρά, διαφορετικά θα προκληθούν εύκολα ελαττώματα όπως ξεφλούδισμα, ραβδώσεις, χαμηλή αντοχή μεμβράνης ή δύσκολο ξεφλούδισμα. Η οργανική ύλη που χρησιμοποιείται είναι τοξική και θα προκαλέσει περιβαλλοντική ρύπανση και θα πρέπει να χρησιμοποιείται όσο το δυνατόν περισσότερο ένα μη τοξικό ή λιγότερο τοξικό σύστημα για τη μείωση της περιβαλλοντικής ρύπανσης.

2.4 Χύτευση με έγχυση πηκτής
Η τεχνολογία χύτευσης με έγχυση πηκτής είναι μια νέα κολλοειδής διαδικασία ταχείας πρωτοτυποποίησης που εφευρέθηκε για πρώτη φορά από ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Στον πυρήνα της βρίσκεται η χρήση οργανικών μονομερών διαλυμάτων που πολυμερίζονται σε πηκτές πολυμερούς-διαλύτη υψηλής αντοχής, πλευρικά συνδεδεμένες.

Ένα πολτό κεραμικής σκόνης διαλυμένης σε διάλυμα οργανικών μονομερών χυτεύεται σε ένα καλούπι και το μείγμα μονομερών πολυμερίζεται για να σχηματίσει ένα πηκτωματώδες μέρος. Δεδομένου ότι το πλευρικά συνδεδεμένο πολυμερές-διαλύτης περιέχει μόνο 10%–20% (κλάσμα μάζας) πολυμερές, είναι εύκολο να αφαιρεθεί ο διαλύτης από το πηκτωματώδες μέρος με ένα βήμα ξήρανσης. Ταυτόχρονα, λόγω της πλευρικής σύνδεσης των πολυμερών, τα πολυμερή δεν μπορούν να μεταναστεύσουν με τον διαλύτη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ξήρανσης.

Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή μονοφασικών και σύνθετων κεραμικών εξαρτημάτων, τα οποία μπορούν να σχηματίσουν κεραμικά εξαρτήματα σύνθετου σχήματος, σχεδόν σε μέγεθος δικτύου, και η αντοχή της σε πράσινη κατάσταση είναι έως και 20-30Mpa ή περισσότερο, τα οποία μπορούν να υποστούν επανεπεξεργασία. Το κύριο πρόβλημα αυτής της μεθόδου είναι ότι ο ρυθμός συρρίκνωσης του εμβρυϊκού σώματος είναι σχετικά υψηλός κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συμπύκνωσης, γεγονός που οδηγεί εύκολα στην παραμόρφωση του εμβρυϊκού σώματος. ορισμένα οργανικά μονομερή έχουν αναστολή οξυγόνου, η οποία προκαλεί την αποφλοίωση και την πτώση της επιφάνειας. λόγω της διαδικασίας πολυμερισμού οργανικών μονομερών που προκαλείται από τη θερμοκρασία, η πρόκληση ξυρίσματος λόγω θερμοκρασίας οδηγεί στην ύπαρξη εσωτερικής τάσης, η οποία προκαλεί τη θραύση των τεμαχίων και ούτω καθεξής.

2.5 Άμεση χύτευση με έγχυση στερεοποίησης
Η χύτευση με άμεση στερεοποίηση με έγχυση είναι μια τεχνολογία χύτευσης που αναπτύχθηκε από το ETH Zurich: το νερό διαλύτη, η κεραμική σκόνη και τα οργανικά πρόσθετα αναμειγνύονται πλήρως για να σχηματίσουν ηλεκτροστατικά σταθερό, χαμηλού ιξώδους, υψηλής περιεκτικότητας σε στερεά πολτό, το οποίο μπορεί να αλλάξει με την προσθήκη pH πολτού ή χημικών ουσιών που αυξάνουν τη συγκέντρωση ηλεκτρολυτών, και στη συνέχεια ο πολτός εγχέεται σε ένα μη πορώδες καλούπι.

Ελέγξτε την πρόοδο των χημικών αντιδράσεων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Η αντίδραση πριν από τη χύτευση με έγχυση πραγματοποιείται αργά, το ιξώδες του πολτού διατηρείται χαμηλό και η αντίδραση επιταχύνεται μετά τη χύτευση με έγχυση, ο πολτός στερεοποιείται και ο ρευστός πολτός μετατρέπεται σε στερεό σώμα. Το λαμβανόμενο πράσινο σώμα έχει καλές μηχανικές ιδιότητες και η αντοχή μπορεί να φτάσει τα 5kPa. Το πράσινο σώμα αφαιρείται από το καλούπι, ξηραίνεται και πυροσυσσωματώνεται για να σχηματίσει ένα κεραμικό μέρος του επιθυμητού σχήματος.

Τα πλεονεκτήματά του είναι ότι δεν χρειάζεται ή χρειάζεται μόνο μια μικρή ποσότητα οργανικών προσθέτων (λιγότερο από 1%), το πράσινο σώμα δεν χρειάζεται απολίπανση, η πυκνότητα του πράσινου σώματος είναι ομοιόμορφη, η σχετική πυκνότητα είναι υψηλή (55%~70%) και μπορεί να σχηματίσει κεραμικά μέρη μεγάλου μεγέθους και σύνθετου σχήματος. Το μειονέκτημά του είναι ότι τα πρόσθετα είναι ακριβά και γενικά απελευθερώνεται αέριο κατά την αντίδραση.

2.6 Χύτευση με έγχυση
Η χύτευση με έγχυση χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό στη χύτευση πλαστικών προϊόντων και στη χύτευση μεταλλικών καλουπιών. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιεί σκλήρυνση σε χαμηλή θερμοκρασία θερμοπλαστικών οργανικών ουσιών ή σκλήρυνση σε υψηλή θερμοκρασία θερμοσκληρυνόμενων οργανικών ουσιών. Η σκόνη και ο οργανικός φορέας αναμειγνύονται σε ειδικό εξοπλισμό ανάμειξης και στη συνέχεια εγχέονται στο καλούπι υπό υψηλή πίεση (δεκάδες έως εκατοντάδες MPa). Λόγω της μεγάλης πίεσης χύτευσης, τα λαμβανόμενα τεμάχια έχουν ακριβείς διαστάσεις, υψηλή ομαλότητα και συμπαγή δομή. Η χρήση ειδικού εξοπλισμού χύτευσης βελτιώνει σημαντικά την αποδοτικότητα της παραγωγής.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1970 και στις αρχές της δεκαετίας του 1980, η διαδικασία χύτευσης με έγχυση εφαρμόστηκε στη χύτευση κεραμικών εξαρτημάτων. Αυτή η διαδικασία πραγματώνει την πλαστική χύτευση άγονων υλικών με την προσθήκη μεγάλης ποσότητας οργανικής ύλης, η οποία είναι μια κοινή διαδικασία χύτευσης κεραμικών πλαστικών. Στην τεχνολογία χύτευσης με έγχυση, εκτός από τη χρήση θερμοπλαστικών οργανικών ουσιών (όπως πολυαιθυλένιο, πολυστυρένιο), θερμοσκληρυνόμενων οργανικών ουσιών (όπως εποξειδική ρητίνη, φαινολική ρητίνη) ή υδατοδιαλυτών πολυμερών ως κύριο συνδετικό υλικό, είναι απαραίτητο να προστεθούν ορισμένες ποσότητες βοηθητικών μέσων διεργασίας όπως πλαστικοποιητές, λιπαντικά και παράγοντες σύζευξης για να βελτιωθεί η ρευστότητα του κεραμικού εναιωρήματος έγχυσης και να διασφαλιστεί η ποιότητα του χυτευμένου με έγχυση σώματος.

Η διαδικασία χύτευσης με έγχυση έχει τα πλεονεκτήματα του υψηλού βαθμού αυτοματισμού και του ακριβούς μεγέθους του ακατέργαστου τεμαχίου χύτευσης. Ωστόσο, η περιεκτικότητα σε οργανικές ουσίες στο πράσινο σώμα των κεραμικών εξαρτημάτων που έχουν χυτευθεί με έγχυση φτάνει το 50% κατ' όγκο. Χρειάζεται πολύς χρόνος, ακόμη και αρκετές ημέρες έως δεκάδες ημέρες, για την εξάλειψη αυτών των οργανικών ουσιών στην επακόλουθη διαδικασία σύντηξης, και είναι εύκολο να προκληθούν ελαττώματα ποιότητας.

2.7 Κολλοειδής χύτευση με έγχυση
Προκειμένου να επιλυθούν τα προβλήματα της μεγάλης ποσότητας προστιθέμενης οργανικής ύλης και η δυσκολία εξάλειψης των δυσκολιών στην παραδοσιακή διαδικασία χύτευσης με έγχυση, το Πανεπιστήμιο Tsinghua πρότεινε δημιουργικά μια νέα διαδικασία για την κολλοειδή χύτευση με έγχυση κεραμικών και ανέπτυξε ανεξάρτητα ένα πρωτότυπο κολλοειδούς χύτευσης με έγχυση για να πραγματοποιήσει την έγχυση άγονου κεραμικού πολτού.

Η βασική ιδέα είναι να συνδυαστεί η κολλοειδής χύτευση με τη χύτευση με έγχυση, χρησιμοποιώντας ιδιόκτητο εξοπλισμό έγχυσης και νέα τεχνολογία σκλήρυνσης που παρέχεται από τη διαδικασία κολλοειδούς χύτευσης in-situ στερεοποίησης. Αυτή η νέα διαδικασία χρησιμοποιεί λιγότερο από 4% κατά βάρος οργανική ύλη. Μια μικρή ποσότητα οργανικών μονομερών ή οργανικών ενώσεων στο εναιώρημα με βάση το νερό χρησιμοποιείται για την ταχεία πρόκληση του πολυμερισμού των οργανικών μονομερών μετά την έγχυση στο καλούπι για να σχηματιστεί ένας οργανικός σκελετός δικτύου, ο οποίος περιβάλλει ομοιόμορφα την κεραμική σκόνη. Μεταξύ αυτών, όχι μόνο ο χρόνος αποκομμίωσης μειώνεται σημαντικά, αλλά και η πιθανότητα ρωγμάτωσης της αποκομμίωσης μειώνεται σημαντικά.

Υπάρχει τεράστια διαφορά μεταξύ της χύτευσης με έγχυση κεραμικών και της κολλοειδούς χύτευσης. Η κύρια διαφορά είναι ότι η πρώτη ανήκει στην κατηγορία της πλαστικής χύτευσης, ενώ η δεύτερη ανήκει στην χύτευση με πολτό, δηλαδή ο πολτός δεν έχει πλαστικότητα και είναι ένα άγονο υλικό. Επειδή ο πολτός δεν έχει πλαστικότητα στην κολλοειδή χύτευση, η παραδοσιακή ιδέα της κεραμικής χύτευσης με έγχυση δεν μπορεί να υιοθετηθεί. Εάν η κολλοειδής χύτευση συνδυαστεί με χύτευση με έγχυση, η κολλοειδής χύτευση με έγχυση κεραμικών υλικών πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ιδιόκτητο εξοπλισμό έγχυσης και νέα τεχνολογία σκλήρυνσης που παρέχεται από τη διαδικασία κολλοειδούς in-situ χύτευσης.

Η νέα διαδικασία κολλοειδούς χύτευσης με έγχυση κεραμικών διαφέρει από τη γενική κολλοειδή χύτευση και την παραδοσιακή χύτευση με έγχυση. Το πλεονέκτημα του υψηλού βαθμού αυτοματοποίησης της χύτευσης είναι η ποιοτική εξάχνωση της διαδικασίας κολλοειδούς χύτευσης, η οποία θα γίνει η ελπίδα για τη βιομηχανοποίηση των κεραμικών υψηλής τεχνολογίας.