Nove processos de moldagem por precisão de cerâmica de zircônia

Nove processos de moldagem por precisão de cerâmica de zircônia
O processo de moldagem desempenha um papel de vinculação em todo o processo de preparação de materiais de cerâmica e é a chave para garantir a confiabilidade do desempenho e a repetibilidade da produção de materiais e componentes de cerâmica.
Com o desenvolvimento da sociedade, o método tradicional de amassa à mão, o método de formação de rodas, o método de rejuntamento etc. da cerâmica tradicional não pode mais atender às necessidades da sociedade moderna de produção e refinamento, portanto, nasceu um novo processo de moldagem. Os materiais de cerâmica fina do ZRO2 são amplamente utilizados nos 9 tipos de processos de moldagem a seguir (2 tipos de métodos secos e 7 tipos de métodos úmidos):

1. Moldagem a seco

1.1 Pressionamento a seco

A prensagem a seco usa pressão para pressionar o pó de cerâmica em uma certa forma do corpo. Sua essência é que, sob a ação da força externa, as partículas de pó se aproximam do molde e são firmemente combinadas pelo atrito interno para manter uma certa forma. O principal defeito nos corpos verdes prensados ​​a seco é a espalação, devido ao atrito interno entre os pós e o atrito entre os pós e a parede do molde, resultando em perda de pressão dentro do corpo.

As vantagens da prensagem a seco são que o tamanho do corpo verde é preciso, a operação é simples e é conveniente realizar a operação mecanizada; O conteúdo da umidade e do fichário na prensagem seco verde é menor, e o encolhimento de secagem e disparo é pequeno. É usado principalmente para formar produtos com formas simples, e a proporção é pequena. O aumento do custo de produção causado pelo desgaste do molde é a desvantagem da prensagem a seco.

1.2 Pressionagem isostática

A prensagem isostática é um método especial de formação desenvolvido com base na prensagem a seco tradicional. Utiliza pressão de transmissão de fluidos para aplicar pressão uniformemente ao pó dentro do molde elástico de todas as direções. Devido à consistência da pressão interna do fluido, o pó suporta a mesma pressão em todas as direções, de modo que a diferença na densidade do corpo verde pode ser evitada.

A prensagem isostática é dividida em saco molhado, prensagem isostática e prensagem isostática de saco seco. A prensagem isostática de bolsa úmida pode formar produtos com formas complexas, mas só pode funcionar intermitentemente. A prensagem isostática do saco seco pode realizar uma operação contínua automática, mas só pode formar produtos com formas simples, como seções transversais quadradas, redondas e tubulares. A prensagem isostática pode obter um corpo verde uniforme e denso, com retração de disparo pequeno e encolhimento uniforme em todas as direções, mas o equipamento é complexo e caro, e a eficiência da produção não é alta e é adequada apenas para a produção de materiais com requisitos especiais.

2. Formação molhada

2.1 rejuntamento
O processo de moldagem de rejunte é semelhante à fundição da fita, a diferença é que o processo de moldagem inclui o processo de desidratação física e o processo de coagulação química. A desidratação física remove a água na pasta através da ação capilar do molde poroso de gesso. O Ca2+ gerado pela dissolução do caso4 da superfície aumenta a força iônica da pasta, resultando na floculação da pasta.
Sob a ação da desidratação física e da coagulação química, as partículas de pó de cerâmica são depositadas na parede do molde de gesso. O rejuntamento é adequado para a preparação de peças de cerâmica em larga escala com formas complexas, mas a qualidade do corpo verde, incluindo forma, densidade, força etc., é ruim, a intensidade do trabalho dos trabalhadores é alta e não é adequada para operações automatizadas.

2.2 Casting Hot Die
A fundição a quente é misturar o pó de cerâmica com o fichário (parafina) a uma temperatura relativamente alta (60 ~ 100 ℃) para obter pasta para fundição de matriz quente. A pasta é injetada no molde de metal sob a ação do ar comprimido e a pressão é mantida. Refriamento, demolindo para obter um branco de cera, o branco de cera é deswaxado sob a proteção de um pó inerte para obter um corpo verde e o corpo verde é sinterizado a alta temperatura para se tornar porcelana.

O corpo verde formado por fundição de matriz quente possui dimensões precisas, estrutura interna uniforme, menos desgaste do molde e alta eficiência de produção e é adequada para várias matérias -primas. A temperatura da pasta de cera e o molde precisa ser estritamente controlado, caso contrário, causará sob injeção ou deformação, portanto, não é adequada para fabricar peças grandes, e o processo de disparo em duas etapas é complicado e o consumo de energia é alto.

2.3 Fita fundição
A fundição da fita é para misturar totalmente o pó cerâmico com uma grande quantidade de ligantes orgânicos, plastificantes, dispersantes, etc. Para obter uma pasta viscosa fluida, adicione a pasta à tremonha da máquina de fundição e use um raspador para controlar a espessura. Ele flui para a correia transportadora através do bico de alimentação, e o filme em branco é obtido após a secagem.

Esse processo é adequado para a preparação de materiais cinematográficos. Para obter melhor flexibilidade, é necessária uma grande quantidade de matéria orgânica e os parâmetros do processo devem ser estritamente controlados, caso contrário, causará facilmente defeitos como descascamento, estrias, baixa força do filme ou descascamento difícil. A matéria orgânica usada é tóxica e causará poluição ambiental, e um sistema não tóxico ou menos tóxico deve ser usado o máximo possível para reduzir a poluição ambiental.

2.4 Moldagem de injeção de gel
A tecnologia de moldagem por injeção de gel é um novo processo de prototipagem rápida coloidal inventada pela primeira vez por pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge no início dos anos 90. Em sua essência, está o uso de soluções de monômero orgânico que polimerizam em géis de solvente polímero de alta resistência e lateralmente.

Uma pasta de pó de cerâmica dissolvida em uma solução de monômeros orgânicos é fundido em um molde, e a mistura de monômeros polimeriza para formar uma parte gelada. Como o polímero-solvente ligado lateralmente contém apenas 10% a 20% (fração de massa) de polímero, é fácil remover o solvente da parte do gel por uma etapa de secagem. Ao mesmo tempo, devido à conexão lateral dos polímeros, os polímeros não podem migrar com o solvente durante o processo de secagem.

Este método pode ser usado para fabricar peças cerâmicas monofásicas e compostas, que podem formar peças de cerâmica em forma de complexo e quase do tamanho da rede, e sua resistência verde é tão alta quanto 20-30MPa ou mais, o que pode ser reprocessado. O principal problema desse método é que a taxa de encolhimento do corpo do embrião é relativamente alta durante o processo de densificação, o que leva facilmente à deformação do corpo embrionário; Alguns monômeros orgânicos têm inibição de oxigênio, o que faz com que a superfície descasque e cai; Devido ao processo de polimerização de monômero orgânico induzido pela temperatura, causando o barbear de temperatura leva à existência de estresse interno, o que faz com que os espaços em branco sejam quebrados e assim por diante.

2.5 Moldagem direta de injeção de solidificação
A moldagem por injeção de solidificação direta é uma tecnologia de moldagem desenvolvida pela ETH Zurique: água solvente, pó de cerâmica e aditivos orgânicos são totalmente misturados para formar eletroestaticamente estável, de baixa viscosidade e alto conteúdo sólido, a pasta, que pode ser alterada por um ph chorle-ph que aumenta a concentração eletrolita.

Controle o progresso das reações químicas durante o processo. A reação antes da moldagem por injeção é realizada lentamente, a viscosidade da pasta é mantida baixa e a reação é acelerada após a moldagem por injeção, a pasta solidifica e a pasta fluida é transformada em um corpo sólido. O corpo verde obtido tem boas propriedades mecânicas e a força pode atingir 5kpa. O corpo verde é demolido, seco e sinterizado para formar uma parte cerâmica da forma desejada.

Suas vantagens são de que ele não precisa ou precisa apenas de uma pequena quantidade de aditivos orgânicos (menos de 1%), o corpo verde não precisa ser degradação, a densidade do corpo verde é uniforme, a densidade relativa é alta (55%~ 70%) e pode formar peças cerâmicas de grande e em forma de complexo. Sua desvantagem é que os aditivos são caros e o gás geralmente é liberado durante a reação.

2.6 Moldagem por injeção
A moldagem por injeção tem sido usada há muito tempo na moldagem de produtos plásticos e na moldagem de moldes de metal. Esse processo usa baixa cura de temperatura de orgânicos termoplásticos ou cura de alta temperatura dos orgânicos termoestores. O pó e o transportador orgânico são misturados em um equipamento de mistura especial e depois injetados no molde sob alta pressão (dezenas a centenas de MPA). Devido à grande pressão de moldagem, os espaços em branco obtidos têm dimensões precisas, alta suavidade e estrutura compacta; O uso de equipamentos especiais de moldagem melhora bastante a eficiência da produção.

No final da década de 1970 e início dos anos 80, o processo de moldagem por injeção foi aplicado à moldagem de peças de cerâmica. Esse processo realiza a moldagem de plástico de materiais estéreis, adicionando uma grande quantidade de matéria orgânica, que é um processo comum de moldagem de plástico em cerâmica. In injection molding technology, in addition to using thermoplastic organics (such as polyethylene, polystyrene), thermosetting organics (such as epoxy resin, phenolic resin), or water-soluble polymers as the main binder, it is necessary to add certain Quantities of process aids such as plasticizers, lubricants and coupling agents to improve the fluidity of the ceramic injection suspension and ensure the quality of the injection corpo moldado.

O processo de moldagem por injeção tem as vantagens de alto grau de automação e tamanho preciso da moldura em branco. No entanto, o conteúdo orgânico no corpo verde de peças de cerâmica moldada por injeção é tão alta quanto 50Vol%. Demora muito tempo, mesmo vários dias a dezenas de dias, para eliminar essas substâncias orgânicas no processo subsequente de sinterização, e é fácil causar defeitos de qualidade.

2.7 Moldagem de injeção coloidal
Para resolver os problemas da grande quantidade de matéria orgânica adicionada e a dificuldade de eliminar as dificuldades no processo tradicional de moldagem por injeção, a Universidade de Tsinghua propôs criativamente um novo processo para a moldagem por injeção coloidal de cerâmica e desenvolveu independentemente um protótipo de moldagem por injeção coloidal. formação.

A idéia básica é combinar moldagem coloidal com moldagem por injeção, usando equipamentos de injeção proprietários e nova tecnologia de cura fornecida pelo processo de moldagem de solidificação coloidal in situ. Esse novo processo usa menos de 4wt.% Da matéria orgânica. Uma pequena quantidade de monômeros orgânicos ou compostos orgânicos na suspensão à base de água é usada para induzir rapidamente a polimerização de monômeros orgânicos após a injeção no molde para formar um esqueleto de rede orgânica, que envolve uniformemente o pó de cerâmica. Entre eles, não apenas o tempo de degumming é bastante reduzido, mas também a possibilidade de rachaduras de desgosto é bastante reduzida.

Há uma enorme diferença entre a moldagem por injeção de cerâmica e moldagem coloidal. A principal diferença é que o primeiro pertence à categoria de moldagem de plástico, e o último pertence a moldagem de pasta, ou seja, a pasta não tem plasticidade e é um material estéril. Como a pasta não tem plasticidade na moldagem coloidal, a idéia tradicional de moldagem por injeção de cerâmica não pode ser adotada. Se a moldagem coloidal for combinada com a moldagem por injeção, a moldagem por injeção coloidal de materiais cerâmicas é realizada usando equipamentos de injeção proprietários e nova tecnologia de cura fornecida pelo processo de moldagem coloidal no local.

O novo processo de moldagem por injeção coloidal da cerâmica é diferente da moldagem coloidal geral e da moldagem tradicional da injeção. A vantagem de um alto grau de automação de moldagem é uma sublimação qualitativa do processo de moldagem coloidal, que se tornará a esperança da industrialização da cerâmica de alta tecnologia.