تسع عمليات صب دقيقة لسيراميك الزركونيا

تسع عمليات صب دقيقة لسيراميك الزركونيا
تلعب عملية التشكيل دورًا رابطًا في عملية تحضير المواد الخزفية بأكملها، وهي المفتاح لضمان موثوقية الأداء وتكرار إنتاج المواد والمكونات الخزفية.
مع تطور المجتمع، لم تعد طريقة العجن اليدوية التقليدية، وطريقة تشكيل العجلة، وطريقة الحشو، وما إلى ذلك من السيراميك التقليدي قادرة على تلبية احتياجات المجتمع الحديث للإنتاج والصقل، لذلك ولدت عملية صب جديدة.تُستخدم مواد السيراميك الدقيقة ZrO2 على نطاق واسع في الأنواع التسعة التالية من عمليات التشكيل (نوعان من الطرق الجافة و7 أنواع من الطرق الرطبة):

1. القولبة الجافة

1.1 الضغط الجاف

يستخدم الضغط الجاف الضغط لضغط مسحوق السيراميك إلى شكل معين من الجسم.جوهرها هو أنه تحت تأثير القوة الخارجية، تقترب جزيئات المسحوق من بعضها البعض في القالب، ويتم دمجها بقوة عن طريق الاحتكاك الداخلي للحفاظ على شكل معين.العيب الرئيسي في الأجسام الخضراء المضغوطة الجافة هو التشظي، والذي يحدث بسبب الاحتكاك الداخلي بين المساحيق والاحتكاك بين المساحيق وجدار القالب، مما يؤدي إلى فقدان الضغط داخل الجسم.

تتمثل مزايا الضغط الجاف في أن حجم الجسم الأخضر دقيق، والتشغيل بسيط، وهو مناسب لتحقيق التشغيل الميكانيكي؛محتوى الرطوبة والموثق في الضغط الجاف الأخضر أقل، وانكماش التجفيف والحرق صغير.يتم استخدامه بشكل أساسي لتشكيل منتجات ذات أشكال بسيطة، ونسبة العرض إلى الارتفاع صغيرة.إن زيادة تكلفة الإنتاج الناتجة عن تآكل القالب هي عيب الضغط الجاف.

1.2 الضغط المتوازن

الضغط المتوازن هو طريقة تشكيل خاصة تم تطويرها على أساس الضغط الجاف التقليدي.إنه يستخدم ضغط نقل السوائل لتطبيق الضغط بالتساوي على المسحوق داخل القالب المرن من جميع الاتجاهات.ونظراً لتناسق الضغط الداخلي للسائل، يتحمل المسحوق نفس الضغط في جميع الاتجاهات، وبالتالي يمكن تجنب اختلاف كثافة الجسم الأخضر.

ينقسم الضغط المتوازن إلى الضغط المتوازن للأكياس الرطبة والضغط المتوازن للأكياس الجافة.يمكن للضغط المتوازن للأكياس الرطبة أن يشكل منتجات ذات أشكال معقدة، لكنه يمكن أن يعمل بشكل متقطع فقط.يمكن للضغط المتوازن للأكياس الجافة أن يحقق التشغيل التلقائي المستمر، ولكن يمكنه فقط تشكيل المنتجات بأشكال بسيطة مثل المقاطع العرضية المربعة والدائرية والأنبوبية.يمكن للضغط المتوازن الحصول على جسم أخضر موحد وكثيف، مع انكماش إطلاق نار صغير وانكماش موحد في جميع الاتجاهات، ولكن المعدات معقدة ومكلفة، وكفاءة الإنتاج ليست عالية، وهي مناسبة فقط لإنتاج المواد ذات الخصائص الخاصة. متطلبات.

2. التشكيل الرطب

2.1 الحشو
تشبه عملية صب الحشو عملية صب الشريط، والفرق هو أن عملية التشكيل تشمل عملية الجفاف الفيزيائي وعملية التخثر الكيميائي.يزيل الجفاف الفيزيائي الماء الموجود في الملاط من خلال العمل الشعري لقالب الجبس المسامي.يزيد Ca2+ الناتج عن إذابة السطح CaSO4 من القوة الأيونية للملاط، مما يؤدي إلى تلبد الملاط.
تحت تأثير الجفاف الفيزيائي والتخثر الكيميائي، يتم ترسيب جزيئات مسحوق السيراميك على جدار قالب الجبس.الحشو مناسب لتحضير أجزاء سيراميك كبيرة الحجم ذات أشكال معقدة، لكن جودة الجسم الأخضر، بما في ذلك الشكل والكثافة والقوة وما إلى ذلك، ضعيفة، وكثافة اليد العاملة للعمال عالية، وهي غير مناسبة للعمليات الآلية.

2.2 الصب الساخن
الصب بالقالب الساخن هو خلط مسحوق السيراميك مع مادة رابطة (البارافين) عند درجة حرارة عالية نسبيًا (60 ~ 100 درجة مئوية) للحصول على ملاط ​​للصب بالقالب الساخن.يتم حقن الملاط في القالب المعدني تحت تأثير الهواء المضغوط، ويتم الحفاظ على الضغط.التبريد، إزالة القوالب للحصول على شمع فارغ، إزالة الشمع من الشمع الفارغ تحت حماية مسحوق خامل للحصول على جسم أخضر، ويتم تلبيد الجسم الأخضر عند درجة حرارة عالية ليصبح خزفًا.

الجسم الأخضر الذي يتكون من الصب بالقالب الساخن له أبعاد دقيقة، هيكل داخلي موحد، تآكل أقل للقالب وكفاءة إنتاج عالية، ومناسب لمختلف المواد الخام.يجب التحكم بدقة في درجة حرارة ملاط ​​الشمع والعفن، وإلا فسوف يتسبب ذلك في الحقن أو التشوه، لذلك فهو غير مناسب لتصنيع أجزاء كبيرة، كما أن عملية الحرق المكونة من خطوتين معقدة واستهلاك الطاقة مرتفع.

2.3 صب الشريط
صب الشريط هو خلط مسحوق السيراميك بالكامل مع كمية كبيرة من المواد الرابطة العضوية، والملدنات، والمشتتات، وما إلى ذلك للحصول على ملاط ​​لزج قابل للتدفق، وإضافة الملاط إلى قادوس آلة الصب، واستخدام مكشطة للتحكم في السُمك.يتدفق إلى الحزام الناقل من خلال فوهة التغذية، ويتم الحصول على الفيلم الفارغ بعد التجفيف.

هذه العملية مناسبة لإعداد مواد الفيلم.من أجل الحصول على مرونة أفضل، تتم إضافة كمية كبيرة من المواد العضوية، ويجب التحكم بشكل صارم في معلمات العملية، وإلا فإنها ستتسبب بسهولة في حدوث عيوب مثل التقشير أو الخطوط أو قوة الفيلم المنخفضة أو التقشير الصعب.المواد العضوية المستخدمة سامة وسوف تسبب التلوث البيئي، وينبغي استخدام نظام غير سام أو أقل سمية قدر الإمكان للحد من التلوث البيئي.

2.4 حقن الجل
تقنية قولبة حقن الجل هي عملية نماذج أولية سريعة غروانية جديدة اخترعها لأول مرة باحثون في مختبر أوك ريدج الوطني في أوائل التسعينيات.في جوهرها، يتم استخدام محاليل المونومر العضوية التي تتبلمر إلى مواد هلامية بوليمرية مذيبة عالية القوة ومرتبطة جانبيًا.

يتم صب ملاط ​​من مسحوق السيراميك المذاب في محلول من المونومرات العضوية في قالب، ويتبلمر خليط المونومر ليشكل جزءًا متبلورًا.نظرًا لأن مذيب البوليمر المرتبط جانبيًا يحتوي فقط على 10% - 20% (جزء كتلي) من البوليمر، فمن السهل إزالة المذيب من الجزء الهلام بخطوة تجفيف.وفي الوقت نفسه، وبسبب الاتصال الجانبي للبوليمرات، لا يمكن للبوليمرات أن تهاجر مع المذيب أثناء عملية التجفيف.

يمكن استخدام هذه الطريقة لتصنيع أجزاء سيراميك أحادية الطور ومركبة، والتي يمكن أن تشكل أجزاء سيراميك ذات شكل معقد وشبه صافي الحجم، وقوتها الخضراء تصل إلى 20-30Mpa أو أكثر، والتي يمكن إعادة معالجتها.المشكلة الرئيسية في هذه الطريقة هي أن معدل انكماش جسم الجنين يكون مرتفعًا نسبيًا أثناء عملية التكثيف، مما يؤدي بسهولة إلى تشوه جسم الجنين؛بعض المونومرات العضوية لديها تثبيط الأكسجين، مما يؤدي إلى تقشير السطح وسقوطه؛بسبب عملية بلمرة المونومر العضوي التي تحدثها درجة الحرارة، فتسبب الحلاقة الحرارية يؤدي إلى وجود إجهاد داخلي، مما يؤدي إلى كسر الفراغات وهكذا.

2.5 صب حقن التصلب المباشر
إن القولبة بالحقن بالتصلب المباشر هي تقنية قولبة طورتها ETH Zurich: يتم خلط الماء المذيب ومسحوق السيراميك والمضافات العضوية بالكامل لتشكيل ملاط ​​مستقر إلكتروستاتيكيًا ومنخفض اللزوجة وعالي المحتوى الصلب، والذي يمكن تغييره عن طريق إضافة الرقم الهيدروجيني للملاط أو المواد الكيميائية. التي تزيد من تركيز المنحل بالكهرباء، ثم يتم حقن الملاط في قالب غير مسامي.

التحكم في سير التفاعلات الكيميائية أثناء العملية.يتم تنفيذ التفاعل قبل قولبة الحقن ببطء، وتظل لزوجة الملاط منخفضة، ويتم تسريع التفاعل بعد قولبة الحقن، ويتجمد الملاط، ويتحول ملاط ​​السائل إلى جسم صلب.يتمتع الجسم الأخضر الذي تم الحصول عليه بخصائص ميكانيكية جيدة ويمكن أن تصل القوة إلى 5 كيلو باسكال.يتم تفكيك الجسم الأخضر وتجفيفه وتكلسه لتشكيل جزء من السيراميك بالشكل المطلوب.

مميزاتها هي أنها لا تحتاج أو تحتاج فقط إلى كمية صغيرة من المضافات العضوية (أقل من 1%)، الجسم الأخضر لا يحتاج إلى إزالة الشحوم، كثافة الجسم الأخضر موحدة، الكثافة النسبية عالية (55%~ 70%)، ويمكن أن تشكل أجزاء سيراميك كبيرة الحجم ومعقدة الشكل.عيبه هو أن المواد المضافة باهظة الثمن، ويتم إطلاق الغاز بشكل عام أثناء التفاعل.

2.6 حقن صب
لقد تم استخدام قولبة الحقن منذ فترة طويلة في قولبة المنتجات البلاستيكية وقولبة القوالب المعدنية.تستخدم هذه العملية المعالجة بدرجة حرارة منخفضة للمواد العضوية البلاستيكية الحرارية أو المعالجة بدرجة حرارة عالية للمواد العضوية المتصلبة بالحرارة.يتم خلط المسحوق والحامل العضوي في معدات خلط خاصة، ثم يتم حقنهما في القالب تحت ضغط عالٍ (عشرات إلى مئات ميجاباسكال).بسبب ضغط القولبة الكبير، فإن الفراغات التي تم الحصول عليها لها أبعاد دقيقة، ونعومة عالية وهيكل مدمج؛استخدام معدات صب خاصة يحسن بشكل كبير من كفاءة الإنتاج.

في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينات، تم تطبيق عملية القولبة بالحقن على قولبة الأجزاء الخزفية.تحقق هذه العملية صب البلاستيك للمواد القاحلة عن طريق إضافة كمية كبيرة من المواد العضوية، وهي عملية شائعة لقولبة البلاستيك الخزفي.في تكنولوجيا القولبة بالحقن، بالإضافة إلى استخدام المواد العضوية البلاستيكية الحرارية (مثل البولي إيثيلين والبوليسترين)، أو المواد العضوية المتصلدة بالحرارة (مثل راتنجات الإيبوكسي، أو راتنجات الفينول)، أو البوليمرات القابلة للذوبان في الماء باعتبارها المادة الرابطة الرئيسية، فمن الضروري إضافة كميات معينة من المعالجة أدوات مساعدة مثل الملدنات ومواد التشحيم وعوامل التوصيل لتحسين سيولة تعليق حقن السيراميك وضمان جودة الجسم المصبوب بالحقن.

تتميز عملية التشكيل بالحقن بمزايا الدرجة العالية من الأتمتة والحجم الدقيق لفراغ القالب.ومع ذلك، فإن المحتوى العضوي في الجسم الأخضر للأجزاء الخزفية المصبوبة بالحقن يصل إلى 50%.يستغرق الأمر وقتًا طويلاً، حتى عدة أيام إلى عشرات الأيام، للتخلص من هذه المواد العضوية في عملية التلبيد اللاحقة، ومن السهل التسبب في عيوب الجودة.

2.7 القولبة بالحقن الغروية
من أجل حل مشاكل الكمية الكبيرة من المواد العضوية المضافة وصعوبة القضاء على الصعوبات في عملية التشكيل بالحقن التقليدية، اقترحت جامعة تسينغهوا بشكل إبداعي عملية جديدة لقولبة الحقن الغروية للسيراميك، وطورت بشكل مستقل نموذجًا أوليًا لقولبة الحقن الغروية لتحقيق حقن الطين السيراميك القاحل.تشكيل.

الفكرة الأساسية هي الجمع بين القولبة الغروية والقولبة بالحقن، وذلك باستخدام معدات الحقن الخاصة وتكنولوجيا المعالجة الجديدة التي توفرها عملية القولبة بالتصلب الغروي في الموقع.تستخدم هذه العملية الجديدة أقل من 4% بالوزن من المادة العضوية.يتم استخدام كمية صغيرة من المونومرات العضوية أو المركبات العضوية في المعلق المائي للحث بسرعة على بلمرة المونومرات العضوية بعد الحقن في القالب لتشكيل هيكل شبكي عضوي، والذي يغلف مسحوق السيراميك بالتساوي.من بينها، ليس فقط وقت إزالة الصمغ يتم تقصيره إلى حد كبير، ولكن أيضًا يتم تقليل إمكانية تكسير إزالة الصمغ إلى حد كبير.

هناك فرق كبير بين قولبة حقن السيراميك والقولبة الغروية.والفرق الرئيسي هو أن الأول ينتمي إلى فئة صب البلاستيك، والأخير ينتمي إلى صب الملاط، أي أن الملاط ليس له أي مرونة وهو مادة قاحلة.نظرًا لأن الملاط لا يحتوي على أي مرونة في القوالب الغروية، فلا يمكن اعتماد الفكرة التقليدية لقولبة حقن السيراميك.إذا تم الجمع بين القولبة الغروية وقولبة الحقن، يتم تحقيق قولبة الحقن الغروية للمواد الخزفية باستخدام معدات الحقن الخاصة وتكنولوجيا المعالجة الجديدة التي توفرها عملية القولبة الغروية في الموقع.

تختلف العملية الجديدة لقولبة الحقن الغروية للسيراميك عن القولبة الغروية العامة وقولبة الحقن التقليدية.تتمثل ميزة الدرجة العالية من أتمتة القوالب في التسامي النوعي لعملية التشكيل الغروي، والتي ستصبح الأمل في تصنيع السيراميك عالي التقنية.