Nueve procesos de moldeado de precisión de cerámica de circonio.

Nueve procesos de moldeado de precisión de cerámica de circonio.
El proceso de moldeo desempeña un papel de enlace en todo el proceso de preparación de materiales cerámicos y es la clave para garantizar la confiabilidad del rendimiento y la repetibilidad de la producción de materiales y componentes cerámicos.
Con el desarrollo de la sociedad, el método tradicional de amasado manual, el método de formación de ruedas, el método de lechada, etc. de la cerámica tradicional ya no puede satisfacer las necesidades de producción y refinamiento de la sociedad moderna, por lo que nació un nuevo proceso de moldeo.Los materiales cerámicos finos de ZrO2 se utilizan ampliamente en los siguientes 9 tipos de procesos de moldeo (2 tipos de métodos secos y 7 tipos de métodos húmedos):

1. Moldeo en seco

1.1 Prensado en seco

El prensado en seco utiliza presión para presionar el polvo cerámico hasta darle una determinada forma del cuerpo.Su esencia es que bajo la acción de una fuerza externa, las partículas de polvo se acercan entre sí en el molde y se combinan firmemente por fricción interna para mantener una determinada forma.El principal defecto en los cuerpos verdes prensados ​​en seco es la espalación, que se debe a la fricción interna entre los polvos y la fricción entre los polvos y la pared del molde, lo que resulta en una pérdida de presión dentro del cuerpo.

Las ventajas del prensado en seco son que el tamaño del cuerpo verde es preciso, la operación es simple y es conveniente realizar una operación mecanizada;el contenido de humedad y aglutinante en el prensado en seco verde es menor y la contracción por secado y cocción es pequeña.Se utiliza principalmente para formar productos con formas simples y la relación de aspecto es pequeña.El mayor costo de producción causado por el desgaste del molde es la desventaja del prensado en seco.

1.2 Prensado isostático

El prensado isostático es un método de formación especial desarrollado sobre la base del prensado en seco tradicional.Utiliza presión de transmisión de fluido para aplicar presión uniformemente al polvo dentro del molde elástico desde todas las direcciones.Debido a la consistencia de la presión interna del fluido, el polvo soporta la misma presión en todas las direcciones, por lo que se puede evitar la diferencia en la densidad del cuerpo verde.

El prensado isostático se divide en prensado isostático de bolsa húmeda y prensado isostático de bolsa seca.El prensado isostático de bolsas húmedas puede formar productos con formas complejas, pero solo puede funcionar de forma intermitente.El prensado isostático de bolsa seca puede realizar una operación continua automática, pero solo puede formar productos con formas simples, como secciones transversales cuadradas, redondas y tubulares.El prensado isostático puede obtener un cuerpo verde uniforme y denso, con una pequeña contracción por cocción y una contracción uniforme en todas las direcciones, pero el equipo es complejo y costoso, la eficiencia de producción no es alta y solo es adecuado para la producción de materiales con materiales especiales. requisitos.

2. Conformación húmeda

2.1 Lechada
El proceso de moldeo con lechada es similar al moldeado con cinta, la diferencia es que el proceso de moldeo incluye un proceso de deshidratación física y un proceso de coagulación química.La deshidratación física elimina el agua de la lechada mediante la acción capilar del molde de yeso poroso.El Ca2+ generado por la disolución del CaSO4 superficial aumenta la fuerza iónica de la suspensión, lo que resulta en la floculación de la suspensión.
Bajo la acción de la deshidratación física y la coagulación química, las partículas de polvo cerámico se depositan en la pared del molde de yeso.La lechada es adecuada para la preparación de piezas cerámicas a gran escala con formas complejas, pero la calidad del cuerpo verde, incluida la forma, densidad, resistencia, etc., es mala, la intensidad de mano de obra de los trabajadores es alta y no es adecuada. para operaciones automatizadas.

2.2 Fundición a presión en caliente
La fundición a presión en caliente consiste en mezclar polvo cerámico con aglutinante (parafina) a una temperatura relativamente alta (60 ~ 100 ℃) para obtener una suspensión para la fundición a presión en caliente.La suspensión se inyecta en el molde de metal bajo la acción del aire comprimido y se mantiene la presión.Enfriamiento, desmoldeo para obtener un blanco de cera, el blanco de cera se desparafina bajo la protección de un polvo inerte para obtener un cuerpo verde, y el cuerpo verde se sinteriza a alta temperatura para convertirse en porcelana.

El cuerpo verde formado por fundición a presión en caliente tiene dimensiones precisas, estructura interna uniforme, menor desgaste del molde y alta eficiencia de producción, y es adecuado para diversas materias primas.La temperatura de la suspensión de cera y del molde debe controlarse estrictamente; de ​​lo contrario, provocará una inyección insuficiente o deformación, por lo que no es adecuado para fabricar piezas grandes, y el proceso de cocción de dos pasos es complicado y el consumo de energía es alto.

2.3 Fundición de cinta
La fundición en cinta consiste en mezclar completamente polvo cerámico con una gran cantidad de aglutinantes orgánicos, plastificantes, dispersantes, etc. para obtener una lechada viscosa fluida, agregar la lechada a la tolva de la máquina de fundición y utilizar un raspador para controlar el espesor.Fluye hacia la cinta transportadora a través de la boquilla de alimentación y la película en bruto se obtiene después del secado.

Este proceso es adecuado para la preparación de materiales cinematográficos.Para obtener una mejor flexibilidad, se agrega una gran cantidad de materia orgánica y es necesario controlar estrictamente los parámetros del proceso; de lo contrario, fácilmente causará defectos como pelado, rayas, baja resistencia de la película o pelado difícil.La materia orgánica utilizada es tóxica y causará contaminación ambiental, y se debe utilizar un sistema no tóxico o menos tóxico tanto como sea posible para reducir la contaminación ambiental.

2.4 Moldeo por inyección de gel
La tecnología de moldeo por inyección de gel es un nuevo proceso de creación rápida de prototipos coloidales inventado por primera vez por investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge a principios de la década de 1990.Su esencia es el uso de soluciones de monómeros orgánicos que se polimerizan en geles solventes de polímeros unidos lateralmente y de alta resistencia.

Se cuela en un molde una suspensión de polvo cerámico disuelto en una solución de monómeros orgánicos y la mezcla de monómeros se polimeriza para formar una parte gelificada.Dado que el polímero-disolvente unido lateralmente contiene sólo entre un 10% y un 20% (fracción de masa) de polímero, es fácil eliminar el disolvente de la parte del gel mediante una etapa de secado.Al mismo tiempo, debido a la unión lateral de los polímeros, estos no pueden migrar con el disolvente durante el proceso de secado.

Este método se puede utilizar para fabricar piezas cerámicas monofásicas y compuestas, que pueden formar piezas cerámicas de forma compleja y de tamaño casi neto, y su resistencia en verde es tan alta como 20-30 Mpa o más, que pueden reprocesarse.El principal problema de este método es que la tasa de contracción del cuerpo del embrión es relativamente alta durante el proceso de densificación, lo que fácilmente conduce a la deformación del cuerpo del embrión;algunos monómeros orgánicos tienen inhibición del oxígeno, lo que hace que la superficie se pele y se caiga;Debido al proceso de polimerización de monómeros orgánicos inducido por la temperatura, el afeitado de temperatura provoca la existencia de tensión interna, lo que provoca que los espacios en blanco se rompan, etc.

2.5 Moldeo por inyección de solidificación directa
El moldeo por inyección de solidificación directa es una tecnología de moldeo desarrollada por ETH Zurich: agua solvente, polvo cerámico y aditivos orgánicos se mezclan completamente para formar una suspensión electrostáticamente estable, de baja viscosidad y alto contenido de sólidos, que se puede cambiar agregando el pH de la suspensión o productos químicos. que aumentan la concentración de electrolitos, luego la suspensión se inyecta en un molde no poroso.

Controlar el progreso de las reacciones químicas durante el proceso.La reacción antes del moldeo por inyección se lleva a cabo lentamente, la viscosidad de la suspensión se mantiene baja y la reacción se acelera después del moldeo por inyección, la suspensión se solidifica y la suspensión fluida se transforma en un cuerpo sólido.El cuerpo verde obtenido tiene buenas propiedades mecánicas y la resistencia puede alcanzar los 5 kPa.El cuerpo verde se desmolda, se seca y sinteriza para formar una pieza cerámica de la forma deseada.

Sus ventajas son que no necesita o solo necesita una pequeña cantidad de aditivos orgánicos (menos del 1%), no es necesario desengrasar el cuerpo verde, la densidad del cuerpo verde es uniforme, la densidad relativa es alta (55%~ 70%), y puede formar piezas cerámicas de gran tamaño y formas complejas.Su desventaja es que los aditivos son caros y generalmente se libera gas durante la reacción.

2.6 Moldeo por inyección
El moldeo por inyección se ha utilizado durante mucho tiempo en el moldeo de productos plásticos y en el moldeo de moldes metálicos.Este proceso utiliza curado a baja temperatura de compuestos orgánicos termoplásticos o curado a alta temperatura de compuestos orgánicos termoestables.El polvo y el portador orgánico se mezclan en un equipo de mezcla especial y luego se inyectan en el molde a alta presión (de decenas a cientos de MPa).Debido a la gran presión de moldeo, las piezas en bruto obtenidas tienen dimensiones precisas, gran suavidad y estructura compacta;el uso de equipos de moldeo especiales mejora enormemente la eficiencia de la producción.

A finales de los años 1970 y principios de los 1980, el proceso de moldeo por inyección se aplicó al moldeo de piezas cerámicas.Este proceso realiza el moldeado plástico de materiales estériles añadiendo una gran cantidad de materia orgánica, que es un proceso común de moldeado de plástico cerámico.En la tecnología de moldeo por inyección, además de utilizar compuestos orgánicos termoplásticos (como polietileno, poliestireno), compuestos orgánicos termoestables (como resina epoxi, resina fenólica) o polímeros solubles en agua como aglutinante principal, es necesario agregar ciertas cantidades de proceso. ayudas tales como plastificantes, lubricantes y agentes de acoplamiento para mejorar la fluidez de la suspensión de inyección cerámica y garantizar la calidad del cuerpo moldeado por inyección.

El proceso de moldeo por inyección tiene las ventajas de un alto grado de automatización y un tamaño preciso de la pieza en bruto de moldeo.Sin embargo, el contenido orgánico en el cuerpo verde de las piezas cerámicas moldeadas por inyección llega al 50% en volumen.Se necesita mucho tiempo, incluso de varios días a decenas de días, para eliminar estas sustancias orgánicas en el proceso de sinterización posterior, y es fácil provocar defectos de calidad.

2.7 Moldeo por inyección coloidal
Para resolver los problemas de la gran cantidad de materia orgánica agregada y la dificultad de eliminar las dificultades en el proceso de moldeo por inyección tradicional, la Universidad de Tsinghua propuso creativamente un nuevo proceso para el moldeo por inyección coloidal de cerámica y desarrolló de forma independiente un prototipo de moldeo por inyección coloidal. para realizar la inyección de lodo cerámico estéril.formando.

La idea básica es combinar el moldeo coloidal con el moldeo por inyección, utilizando equipos de inyección patentados y nueva tecnología de curado proporcionada por el proceso de moldeo por solidificación coloidal in situ.Este nuevo proceso utiliza menos del 4% en peso de materia orgánica.Se utiliza una pequeña cantidad de monómeros orgánicos o compuestos orgánicos en la suspensión a base de agua para inducir rápidamente la polimerización de los monómeros orgánicos después de la inyección en el molde para formar un esqueleto de red orgánica, que envuelve uniformemente el polvo cerámico.Entre ellos, no sólo se acorta considerablemente el tiempo de desgomado, sino que también se reduce considerablemente la posibilidad de agrietamiento del desgomado.

Existe una gran diferencia entre el moldeo por inyección de cerámica y el moldeo coloidal.La principal diferencia es que el primero pertenece a la categoría de moldeo de plástico y el segundo pertenece al moldeo en lechada, es decir, la lechada no tiene plasticidad y es un material estéril.Debido a que la suspensión no tiene plasticidad en el moldeo coloidal, no se puede adoptar la idea tradicional del moldeo por inyección de cerámica.Si el moldeo coloidal se combina con el moldeo por inyección, el moldeo por inyección coloidal de materiales cerámicos se realiza utilizando equipos de inyección patentados y nueva tecnología de curado proporcionada por el proceso de moldeo coloidal in situ.

El nuevo proceso de moldeo por inyección coloidal de cerámica es diferente del moldeo coloidal general y del moldeo por inyección tradicional.La ventaja de un alto grado de automatización del moldeo es la sublimación cualitativa del proceso de moldeo coloidal, que se convertirá en la esperanza para la industrialización de la cerámica de alta tecnología.