Nove processos de moldagem de precisão de cerâmica de zircônia

Nove processos de moldagem de precisão de cerâmica de zircônia
O processo de moldagem desempenha um papel de ligação em todo o processo de preparação de materiais cerâmicos e é a chave para garantir a confiabilidade do desempenho e a repetibilidade da produção de materiais e componentes cerâmicos.
Com o desenvolvimento da sociedade, o método tradicional de amassamento manual, método de formação de rodas, método de rejuntamento, etc. da cerâmica tradicional não consegue mais atender às necessidades da sociedade moderna de produção e refinamento, então nasceu um novo processo de moldagem.Os materiais cerâmicos finos ZrO2 são amplamente utilizados nos seguintes 9 tipos de processos de moldagem (2 tipos de métodos secos e 7 tipos de métodos úmidos):

1. Moldagem a seco

1.1 Prensagem a seco

A prensagem a seco usa pressão para pressionar o pó cerâmico em um determinado formato do corpo.Sua essência é que sob a ação de uma força externa, as partículas de pó se aproximam umas das outras no molde e são firmemente combinadas por fricção interna para manter uma determinada forma.O principal defeito nos corpos verdes prensados ​​a seco é a fragmentação, que se deve ao atrito interno entre os pós e ao atrito entre os pós e a parede do molde, resultando em perda de pressão no interior 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 teor de umidade e aglutinante na prensagem a seco verde é menor e o encolhimento de secagem e queima é pequeno.É usado principalmente para formar produtos com formatos 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 Prensagem isostática

A prensagem isostática é um método de conformação especial desenvolvido com base na prensagem a seco tradicional.Ele utiliza pressão de transmissão de fluido para aplicar pressão uniformemente ao pó dentro do molde elástico em todas as direções.Devido à consistência da pressão interna do fluido, o pó suporta a mesma pressão em todas as direções, evitando assim a diferença na densidade do corpo verde.

A prensagem isostática é dividida em prensagem isostática de saco úmido e prensagem isostática de saco seco.A prensagem isostática de saco úmido pode formar produtos com formatos complexos, mas só pode funcionar de forma intermitente.A prensagem isostática de saco seco pode realizar operação contínua automática, mas só pode formar produtos com formatos simples, como seções transversais quadradas, redondas e tubulares.A prensagem isostática pode obter um corpo verde uniforme e denso, com pequena retração de queima e retração uniforme em todas as direções, mas o equipamento é complexo e caro, e a eficiência de produção não é alta, sendo adequada apenas para a produção de materiais com especial requisitos.

2. Formação úmida

2.1 Rejuntamento
O processo de moldagem de rejuntamento é semelhante ao de fundição de fita, a diferença é que o processo de moldagem inclui processo de desidratação física e processo de coagulação química.A desidratação física remove a água da lama através da ação capilar do molde de gesso poroso.O Ca2+ gerado pela dissolução do CaSO4 superficial aumenta a força iônica da pasta, resultando na floculação da pasta.
Sob a ação da desidratação física e da coagulação química, as partículas do pó cerâmico são depositadas na parede do molde de gesso.O rejuntamento é adequado para a preparação de peças cerâmicas de grande porte com formatos complexos, mas a qualidade do corpo verde, incluindo forma, densidade, resistência, etc., é baixa, a intensidade de trabalho dos trabalhadores é alta e não é adequado para operações automatizadas.

2.2 Fundição a quente
A fundição a quente consiste em misturar pó cerâmico com aglutinante (parafina) a uma temperatura relativamente alta (60 ~ 100 ℃) para obter uma pasta para fundição a quente.A pasta é injetada no molde metálico sob a ação do ar comprimido e a pressão é mantida.Resfriamento, desmoldagem para obter um branco de cera, o branco de cera é desparafinado sob a proteção de um pó inerte para obter um corpo verde, e o corpo verde é sinterizado em alta temperatura para se tornar porcelana.

O corpo verde formado por fundição a quente possui dimensões precisas, estrutura interna uniforme, menor desgaste do molde e alta eficiência de produção, sendo adequado para diversas matérias-primas.A temperatura da pasta de cera e do molde precisa ser estritamente controlada, caso contrário causará subinjeção ou deformação, por isso não é adequada para a fabricação de peças grandes, o processo de queima em duas etapas é complicado e o consumo de energia é alto.

2.3 Fundição de fita
A fundição de fita consiste em misturar totalmente o pó cerâmico com uma grande quantidade de ligantes orgânicos, plastificantes, dispersantes, etc. para obter uma pasta viscosa fluida, adicionar a pasta ao funil da máquina de fundição e usar 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.

Este processo é adequado para a preparação de materiais de filme.Para obter melhor flexibilidade, é adicionada uma grande quantidade de matéria orgânica, e os parâmetros do processo devem ser rigorosamente controlados, caso contrário causará facilmente defeitos como descascamento, estrias, baixa resistência do filme ou difícil descascamento.A matéria orgânica utilizada é tóxica e causará poluição ambiental, e um sistema não tóxico ou menos tóxico deve ser utilizado tanto quanto possível para reduzir a poluição ambiental.

2.4 Moldagem por injeção de gel
A tecnologia de moldagem por injeção de gel é um novo processo de prototipagem rápida coloidal inventado pela primeira vez por pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge no início da década de 1990.Em sua essência está o uso de soluções de monômeros orgânicos que polimerizam em géis polímero-solvente de alta resistência ligados lateralmente.

Uma pasta de pó cerâmico dissolvido em uma solução de monômeros orgânicos é moldada em um molde e a mistura de monômeros polimeriza para formar uma parte gelificada.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 meio de uma etapa de secagem.Ao mesmo tempo, devido à ligação 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 cerâmicas de formato complexo e de tamanho quase líquido, e sua resistência verde é tão alta quanto 20-30Mpa ou mais, que pode ser reprocessada.O principal problema deste método é que a taxa de encolhimento do corpo embrionário 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 caia;devido ao processo de polimerização de monômeros orgânicos induzido pela temperatura, causar a redução da temperatura leva à existência de tensão interna, o que faz com que os espaços em branco sejam quebrados e assim por diante.

2.5 Moldagem por injeção de solidificação direta
A moldagem por injeção de solidificação direta é uma tecnologia de moldagem desenvolvida pela ETH Zurich: água solvente, pó cerâmico e aditivos orgânicos são totalmente misturados para formar uma pasta eletrostaticamente estável, de baixa viscosidade e com alto teor de sólidos, que pode ser alterada adicionando pH de pasta ou produtos químicos que aumentam a concentração do eletrólito, então a pasta é injetada em um molde não poroso.

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 possui boas propriedades mecânicas e a resistência pode chegar a 5kPa.O corpo verde é desmoldado, seco e sinterizado para formar uma peça cerâmica com o formato desejado.

Suas vantagens são que não necessita ou necessita apenas de uma pequena quantidade de aditivos orgânicos (menos de 1%), o corpo verde não precisa ser desengordurado, a densidade do corpo verde é uniforme, a densidade relativa é alta (55% ~ 70%), podendo formar peças cerâmicas de grandes dimensões e formatos complexos.A sua desvantagem é que os aditivos são caros e geralmente é liberado gás 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.Este processo utiliza cura a baixa temperatura de produtos orgânicos termoplásticos ou cura a alta temperatura de produtos orgânicos termoendurecíveis.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 blanks obtidos possuem dimensões precisas, alta suavidade e estrutura compacta;o uso de equipamentos de moldagem especiais melhora muito a eficiência da produção.

No final da década de 1970 e início da década de 1980, o processo de moldagem por injeção foi aplicado à moldagem de peças cerâmicas.Este processo realiza a moldagem plástica de materiais estéreis adicionando uma grande quantidade de matéria orgânica, que é um processo comum de moldagem de plástico cerâmico.Na tecnologia de moldagem por injeção, além de usar orgânicos termoplásticos (como polietileno, poliestireno), orgânicos termoendurecíveis (como resina epóxi, resina fenólica) ou polímeros solúveis em água como aglutinante principal, é necessário adicionar certas quantidades de processo auxiliares como plastificantes, lubrificantes e agentes de acoplamento para melhorar a fluidez da suspensão de injeção cerâmica e garantir a qualidade do corpo moldado por injeção.

O processo de moldagem por injeção tem as vantagens de alto grau de automação e tamanho preciso da peça bruta de moldagem.No entanto, o conteúdo orgânico no corpo verde das peças cerâmicas moldadas por injeção chega a 50% em volume.Demora muito tempo, até vários dias a dezenas de dias, para eliminar essas substâncias orgânicas no processo de sinterização subsequente, e é fácil causar defeitos de qualidade.

2.7 Moldagem por injeção coloidal
A fim de 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 Tsinghua propôs criativamente um novo processo para moldagem por injeção coloidal de cerâmica e desenvolveu de forma independente um protótipo de moldagem por injeção coloidal para realizar a injeção de pasta cerâmica estéril.formando.

A ideia básica é combinar moldagem coloidal com moldagem por injeção, utilizando equipamentos de injeção proprietários e nova tecnologia de cura fornecida pelo processo de moldagem por solidificação coloidal in-situ.Este novo processo utiliza menos de 4% em peso de 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 cerâmico.Entre eles, não só o tempo de degomagem é bastante reduzido, mas também a possibilidade de quebra da degomagem é bastante reduzida.

Existe uma enorme diferença entre a moldagem por injeção de cerâmica e a moldagem coloidal.A principal diferença é que a primeira pertence à categoria de moldagem de plástico, e a segunda pertence à moldagem de pasta, ou seja, a pasta não tem plasticidade e é um material estéril.Como a pasta não possui plasticidade na moldagem coloidal, a ideia 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 cerâmicos é realizada usando equipamento de injeção proprietário e nova tecnologia de cura fornecida pelo processo de moldagem coloidal in-situ.

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