Цирконий керамикасын тугыз төгәл формалаштыру процессы

Цирконий керамикасын тугыз төгәл формалаштыру процессы
Калыплау процессы керамик материалларны әзерләүнең бөтен процессында бәйләүче роль уйный һәм керамик материаллар һәм компонентларның ышанычлылыгын һәм җитештерүнең кабатланучанлыгын тәэмин итүнең ачкычы булып тора.
Җәмгыять үсеше белән, традицион керамиканы кул белән басу, тәгәрмәч формалаштыру, герметиклау һ.б. хәзерге җәмгыятьнең җитештерү һәм эшкәртү ихтыяҗларын канәгатьләндерә алмый, шуңа күрә яңа формалаштыру процессы барлыкка килде. ZrO2 нечкә керамик материаллары түбәндәге 9 төр формалаштыру процессында киң кулланыла (2 төр коры ысул һәм 7 төр дымлы ысул):

1. Коры формалаштыру

1.1 Коры пресслау

Коры пресслау керамик порошокны билгеле бер формага китерү өчен басым куллана. Аның асылы шунда: тышкы көч тәэсирендә порошок кисәкчәләре калыпта бер-берсенә якынлаша һәм билгеле бер форманы саклап калу өчен эчке ышкылу белән нык кушыла. Коры прессланган яшел корпусларның төп кимчелеге - порошоклар арасындагы эчке ышкылу һәм порошоклар белән форма стенасы арасындагы ышкылу аркасында барлыкка килгән сыеклык, нәтиҗәдә корпус эчендә басым югала.

Коры пресслауның өстенлекләре шунда: яшел корпусның зурлыгы төгәл, операция гади, механикалаштырылган операцияне башкару уңайлы; яшел коры пресслауда дым һәм бәйләүче матдәләр күләме азрак, киптерү һәм яндыру вакытында кыскару аз. Ул, нигездә, гади формадагы продуктлар формалаштыру өчен кулланыла, һәм аспектлар нисбәте аз. Калып тузуы аркасында җитештерү бәясенең артуы коры пресслауның кимчелеге булып тора.

1.2 Изостатик пресслау

Изостатик пресслау - традицион коры пресслау нигезендә эшләнгән махсус формалаштыру ысулы. Ул сыеклык тапшыру басымын кулланып, эластик калып эчендәге порошокка барлык юнәлешләрдән дә тигез басым ясый. Сыеклыкның эчке басымы тотрыклы булганга күрә, порошок барлык юнәлешләрдә дә бер үк басымга дучар була, шуңа күрә яшел тән тыгызлыгындагы аерманы булдырмаска мөмкин.

Изостатик пресслау дымлы капчыклы изостатик пресслау һәм коры капчыклы изостатик пресслауга бүленә. Дымлы капчыклы изостатик пресслау катлаулы формадагы продуктлар ясый ала, ләкин ул вакытлыча гына эшли ала. Коры капчыклы изостатик пресслау автоматик өзлексез эшләүне гамәлгә ашыра ала, ләкин квадрат, түгәрәк һәм торбасыман кисемтәләр кебек гади формадагы продуктлар гына ясый ала. Изостатик пресслау бердәм һәм тыгыз яшел гәүдә ала ала, кечкенә яндыру һәм барлык юнәлешләрдә дә бердәм кыскару белән, ләкин җиһазлар катлаулы һәм кыйммәт, һәм җитештерү нәтиҗәлелеге югары түгел, һәм ул махсус таләпләр куелган материаллар җитештерү өчен генә яраклы.

2. Дымлы формалаштыру

2.1 Грунтлау
Шифер белән калыплау процессы тасма коюга охшаган, аерма шунда ки, калыплау процессы физик дегидратация процессын һәм химик коагуляция процессын үз эченә ала. Физик дегидратация суспензиядәге суны күзәнәкле гипс калыпның капилляр тәэсире аша бетерә. CaSO4 өслегенең эретүе нәтиҗәсендә барлыкка килгән Ca2+ суспензиянең ион көчен арттыра, нәтиҗәдә суспензия флокуляцияләнә.
Физик сусызландыру һәм химик коагуляция тәэсирендә керамик порошок кисәкчәләре гипс калып стенасына утыра. Катлаулы формадагы зур күләмле керамик детальләр әзерләү өчен яраклы, ләкин яшел корпусның сыйфаты, шул исәптән формасы, тыгызлыгы, ныклыгы һ.б. начар, эшчеләрнең хезмәт интенсивлыгы югары, һәм ул автоматлаштырылган операцияләр өчен яраклы түгел.

2.2 Кайнар калыптан кою
Кайнар калыпта кою - керамик порошокны бәйләүче матдә (парафин) белән чагыштырмача югары температурада (60 ~ 100 ℃) кушып, кайнар калыпта кою өчен суспензия алу. Суыту, демонтажлау һәм балавыз бланкы алу өчен металл калыпка кысылган һава тәэсирендә кертелә, балавыз бланкы инерт порошок саклавы астында парафинсызландырылып, яшел гәүдә алына, һәм яшел гәүдә югары температурада фарфорга әйләнә.

Кайнар калыптан кою нәтиҗәсендә барлыкка килгән яшел корпус төгәл үлчәмнәргә, бердәм эчке структурага, азрак тузуга һәм югары җитештерү нәтиҗәлелегенә ия, һәм төрле чимал өчен яраклы. Балавыз суспензиясенең һәм калыпның температурасын катгый контрольдә тотарга кирәк, югыйсә ул инъекция астында калырга яки деформациягә китерер, шуңа күрә ул зур детальләр җитештерү өчен яраклы түгел, һәм ике этаплы яндыру процессы катлаулы һәм энергия куллану югары.

2.3 Тасмага ябыштыру
Тасма белән кою - керамик порошокны күп күләмдә органик бәйләгечләр, пластификаторлар, диспергаторлар һ.б. белән тулысынча кушып, агымлы ябышкак сусыл масса алу, сусыл массаны кою машинасының бункерына өстәү һәм калынлыкны контрольдә тоту өчен кыргыч куллану. Ул тукландыручы насадка аша конвейер тасмасына ага, һәм киптергәннән соң пленка бланкы алына.

Бу процесс пленка материалларын әзерләү өчен яраклы. Яхшырак сыгылмалылык алу өчен, күп күләмдә органик матдәләр өстәлә, һәм процесс параметрларын катгый контрольдә тотарга кирәк, югыйсә ул кабырылу, сызыклар, пленканың ныклыгы түбән яки кабырылу авыр кебек җитешсезлекләргә китерергә мөмкин. Кулланылган органик матдәләр агулы һәм әйләнә-тирә мохитне пычратачак, һәм әйләнә-тирә мохитне пычратуны киметү өчен мөмкин кадәр токсик булмаган яки азрак токсик система кулланырга кирәк.

2.4 Гель инъекциясе белән формалаштыру
Гель инъекцияләү ярдәмендә калыплау технологиясе - 1990-нчы еллар башында Оак-Ридж милли лабораториясе тикшеренүчеләре тарафыннан уйлап табылган яңа коллоид тиз прототиплаштыру процессы. Аның нигезендә югары ныклыклы, яннан бәйләнгән полимер-эреткеч гельләргә полимерлаша торган органик мономер эремәләре куллану ята.

Органик мономерлар эремәсендә эретелгән керамик порошок суспензиясе формага салына, һәм мономер катнашмасы гельле деталь барлыкка китереп полимерлаша. Ян яктан бәйләнгән полимер-эреткеч составында нибары 10%–20% (масса өлеше) полимер булганлыктан, эреткечне гель детальдән киптерү этабы белән җиңел аерып була. Шул ук вакытта, полимерларның ян яктан тоташуы аркасында, полимерлар киптерү процессында эреткеч белән миграцияләнә алмый.

Бу ысул бер фазалы һәм композит керамик детальләр җитештерү өчен кулланылырга мөмкин, алар катлаулы формадагы, квазичелтәр зурлыгындагы керамик детальләр ясый ала, һәм аның яшел ныклыгы 20-30 МПа яки аннан да югарырак, аларны кабат эшкәртергә мөмкин. Бу ысулның төп проблемасы шунда ки, тыгызлаштыру процессында эмбрион гәүдәсенең кыскару тизлеге чагыштырмача югары, бу эмбрион гәүдәсенең деформациясенә китерә; кайбер органик мономерларда кислород ингибирлануы бар, бу өслекнең кабыгуына һәм төшүенә китерә; температура аркасында органик мономер полимерлашу процессы аркасында, температураның киселүе эчке көчәнешкә китерә, бу исә бушлыкларның ватылуына һ.б. китерә.

2.5 Турыдан-туры катыландыру инъекциясе белән калыплау
Турыдан-туры катыру инъекциясе белән калыплау - ETH Zurich тарафыннан эшләнгән калыплау технологиясе: эреткеч су, керамик порошок һәм органик өстәмәләр электростатик яктан тотрыклы, түбән ябышлылыктагы, югары каты эчтәлекле суспензия барлыкка китерү өчен тулысынча кушыла, аны суспензиянең pH яки электролит концентрациясен арттыра торган химик матдәләр өстәп үзгәртергә мөмкин, аннары суспензия мәсамәле булмаган калыпка кертелә.

Процесс барышында химик реакцияләрнең барышын контрольдә тотыгыз. Инъекция белән калыплау алдыннан реакция әкрен бара, суспензиянең ябышлыгы түбән дәрәҗәдә тотыла, һәм инъекция белән калыплаудан соң реакция тизләтелә, суспензия катылана, һәм сыек суспензия каты җисемгә әйләнә. Алынган яшел җисем яхшы механик үзлекләргә ия һәм ныклыгы 5 кПа га җитә ала. Яшел җисем эретелә, киптерелә һәм кирәкле формадагы керамик деталь барлыкка китерү өчен эшкәртелә.

Аның өстенлекләре шунда: аңа органик өстәмәләр кирәк түгел яки аз күләмдә генә кирәк (1% тан кимрәк), яшел корпусны майсызландыру кирәк түгел, яшел корпус тыгызлыгы бер төрле, чагыштырма тыгызлык югары (55% ~ 70%), һәм ул зур күләмле һәм катлаулы формадагы керамик детальләр ясый ала. Аның кимчелеге шунда ки, өстәмәләр кыйммәт, һәм реакция вакытында гадәттә газ бүленеп чыга.

2.6 Инъекция формалаштыру
Пластик әйберләрне формалаштыруда һәм металл калыпларны формалаштыруда инъекция формалаштыру күптәннән кулланыла. Бу процесс термопластик органик матдәләрне түбән температурада катыру яки термосет органик матдәләрне югары температурада катыруны куллана. Порошок һәм органик ташучы махсус катнаштыру җиһазында кушыла, аннары югары басым астында (уннарчадан йөзләрчә МПага кадәр) формага кертелә. Зур формалаштыру басымы аркасында алынган бланклар төгәл үлчәмнәргә, югары шомалыкка һәм компакт структурага ия; махсус формалаштыру җиһазларын куллану җитештерү нәтиҗәлелеген шактый яхшырта.

1970 нче еллар ахырында һәм 1980 нче еллар башында керамик детальләрне формалаштыруга инъекция формалаштыру процессы кулланылды. Бу процесс күп күләмдә органик матдәләр өстәп, чимал материалларны пластик формалаштыруны гамәлгә ашыра, бу гадәти керамик пластик формалаштыру процессы. Инъекция формалаштыру технологиясендә, төп бәйләүче матдә буларак термопластик органик матдәләр (мәсәлән, полиэтилен, полистирол), термореактив органик матдәләр (мәсәлән, эпоксид сумаласы, фенол сумаласы) яки суда эри торган полимерлар кулланудан тыш, керамик инъекция суспензиясенең сыеклыгын яхшырту һәм инъекция формалаштырылган корпусның сыйфатын тәэмин итү өчен билгеле бер күләмдә процесс ярдәмен, мәсәлән, пластификаторлар, майлагычлар һәм тоташтыргыч матдәләр өстәргә кирәк.

Инъекция белән формалаштыру процессының өстенлекләре югары дәрәҗәдәге автоматизация һәм формалаштыру өчен билгеләнгән өлешнең төгәл зурлыгы. Ләкин, инъекция белән формалаштыру керамик детальләренең яшел корпусындагы органик матдәләр 50% ка кадәр җитә. Бу органик матдәләрне аннан соңгы блендерлау процессында бетерү өчен озак вакыт кирәк, хәтта берничә көннән дистәләгән көнгә кадәр, һәм сыйфат җитешсезлекләре килеп чыгуы җиңел.

2.7 Коллоид инъекция формалаштыру
Күп күләмдә органик матдә өстәлү һәм традицион инъекция формалаштыру процессындагы кыенлыкларны бетерү кыенлыклары проблемаларын хәл итү өчен, Цинхуа университеты керамиканы коллоид инъекция формалаштыру өчен яңа процесс тәкъдим итте һәм мөстәкыйль рәвештә куллоид инъекция формалаштыру прототибын эшләде, бу исә сыек керамик шламны инъекцияләүне гамәлгә ашыра.

Төп идея - коллоид калыплауны инъекция белән калыплауны берләштерү, махсус инъекция җиһазларын һәм коллоид in-situ катыландыру формалаштыру процессы белән тәэмин ителгән яңа катыру технологиясен куллану. Бу яңа процесс 4% тан кимрәк органик матдә куллана. Су нигезендәге суспензиядәге аз күләмдәге органик мономерлар яки органик кушылмалар формага керткәннән соң органик мономерларның полимерлашуын тиз стимуллаштыру өчен кулланыла, бу керамик порошокны тигез итеп урап ала торган органик челтәр скелетын формалаштыра. Алар арасында дегазация вакыты гына түгел, ә дегазация вакытында ярылу мөмкинлеге дә шактый кими.

Керамиканы инъекция белән калыплау арасында зур аерма бар. Төп аерма шунда ки, беренчесе пластик калыплау категориясенә карый, ә икенчесе шлам калыплауга карый, ягъни шламның пластиклыгы юк һәм ул чиста материал. Коллоид калыплауда шламның пластиклыгы булмаганлыктан, керамик инъекция белән калыплауның традицион идеясен кабул итеп булмый. Әгәр коллоид калыплау инъекция белән калыплауны берләштерсә, керамик материалларны коллоид инъекция белән калыплау патентланган инъекция җиһазлары һәм коллоидаль in-situ калыплау процессы белән тәэмин ителгән яңа катыру технологиясе ярдәмендә тормышка ашырыла.

Керамиканы коллоид инъекция белән формалаштыруның яңа процессы гомуми коллоид формалаштырудан һәм традицион инъекция белән формалаштырудан аерылып тора. Калыплауны автоматлаштыруның югары дәрәҗәдәге өстенлеге - коллоид формалаштыру процессын сыйфатлы сублимацияләү, бу югары технологияле керамиканы индустрияләштерү өчен өмет булачак.