Nove prucessi di stampaggio di precisione di ceramica di zirconia

Nove prucessi di stampaggio di precisione di ceramica di zirconia
U prucessu di stampaggio ghjoca un rolu di ligame in tuttu u prucessu di preparazione di i materiali ceramici, è hè a chjave per assicurà l'affidabilità di e prestazioni è a ripetibilità di a produzzione di materiali è cumpunenti ceramici.
Cù u sviluppu di a sucetà, u metudu tradiziunale di impastatura manuale, u metudu di furmazione di rote, u metudu di stuccatura, ecc. di a ceramica tradiziunale ùn ponu più risponde à i bisogni di a sucetà muderna per a pruduzzione è u raffinamentu, dunque hè natu un novu prucessu di stampaggio. I materiali ceramici fini ZrO2 sò largamente usati in i seguenti 9 tippi di prucessi di stampaggio (2 tippi di metudi secchi è 7 tippi di metudi umidi):

1. Stampaggio à seccu

1.1 Pressatura à seccu

A pressatura à seccu usa a pressione per pressare a polvere ceramica in una certa forma di u corpu. A so essenza hè chì sottu l'azione di una forza esterna, e particelle di polvere s'avvicinanu l'una à l'altra in u stampu, è sò fermamente cumminate da attritu internu per mantene una certa forma. U difettu principale in i corpi verdi pressati à seccu hè a spallazione, chì hè dovuta à l'attritu internu trà e polveri è l'attritu trà e polveri è a parete di u stampu, chì provoca una perdita di pressione in u corpu.

I vantaghji di a pressatura à seccu sò chì a dimensione di u corpu verde hè precisa, l'operazione hè simplice, è hè cunveniente per realizà l'operazione meccanizzata; u cuntenutu di umidità è legante in a pressatura à seccu verde hè menu, è a ritirata di asciugatura è cottura hè chjuca. Hè principalmente adupratu per furmà prudutti cù forme simplici, è u rapportu d'aspettu hè chjucu. L'aumentu di u costu di pruduzzione causatu da l'usura di u stampo hè u svantaghju di a pressatura à seccu.

1.2 Pressatura isostatica

A pressatura isostatica hè un metudu di furmazione particulare sviluppatu nantu à a basa di a pressatura secca tradiziunale. Utilizza a pressione di trasmissione di fluidi per applicà a pressione uniformemente à a polvere in u stampu elasticu da tutte e direzzione. A causa di a cunsistenza di a pressione interna di u fluidu, a polvere porta a listessa pressione in tutte e direzzione, cusì si pò evità a differenza in a densità di u corpu verde.

A pressatura isostatica hè divisa in pressatura isostatica à sacchi umidi è pressatura isostatica à sacchi secchi. A pressatura isostatica à sacchi umidi pò furmà prudutti cù forme cumplesse, ma pò solu funziunà à intervalli. A pressatura isostatica à sacchi secchi pò realizà un funziunamentu cuntinuu automaticu, ma pò furmà solu prudutti cù forme simplici cum'è sezioni trasversali quadrate, tonde è tubulari. A pressatura isostatica pò ottene un corpu verde uniforme è densu, cù una piccula ritirata à a cottura è una ritirata uniforme in tutte e direzzione, ma l'attrezzatura hè cumplessa è cara, è l'efficienza di pruduzzione ùn hè micca alta, è hè adatta solu per a pruduzzione di materiali cù esigenze speciali.

2. Furmatura umida

2.1 Stuccatura
U prucessu di stampaggio per stuccatura hè simile à u colaggio à nastro, a differenza hè chì u prucessu di stampaggio include u prucessu di disidratazione fisica è u prucessu di coagulazione chimica. A disidratazione fisica elimina l'acqua in a pasta per via di l'azione capillare di u stampu di gesso porosu. U Ca2+ generatu da a dissoluzione di a superficia CaSO4 aumenta a forza ionica di a pasta, risultendu in a flocculazione di a pasta.
Sutta l'azione di a disidratazione fisica è di a coagulazione chimica, e particelle di polvere ceramica sò dipusitate nantu à u muru di u stampu di gesso. A stuccatura hè adatta per a preparazione di pezzi ceramici à grande scala cù forme cumplesse, ma a qualità di u corpu verde, cumprese a forma, a densità, a resistenza, ecc., hè scarsa, l'intensità di travagliu di i travagliadori hè alta, è ùn hè micca adatta per operazioni automatizate.

2.2 Fusione à caldo
A fusione à pressione à caldu consiste à mischjà a polvere ceramica cù un legante (paraffina) à una temperatura relativamente alta (60~100℃) per ottene una pasta liquida per a fusione à pressione à caldu. A pasta liquida hè iniettata in u stampu metallicu sottu l'azione di l'aria compressa, è a pressione hè mantenuta. Dopu à u raffreddamentu, si sforma per ottene un grezzu di cera, u grezzu di cera hè deceratu sottu a prutezzione di una polvere inerte per ottene un corpu verde, è u corpu verde hè sinterizatu à alta temperatura per diventà porcellana.

U corpu verde furmatu da a fusione à caldo hà dimensioni precise, una struttura interna uniforme, una minore usura di u stampo è una alta efficienza di pruduzzione, è hè adattatu per diverse materie prime. A temperatura di a pasta di cera è di u stampo deve esse strettamente cuntrullata, altrimenti pruvucarà una sottoiniezione o una deformazione, dunque ùn hè micca adattatu per a fabricazione di pezzi di grandi dimensioni, è u prucessu di cottura in dui passi hè cumplicatu è u cunsumu energeticu hè altu.

2.3 Casting à nastro
A fusione à nastro consiste à mischjà cumpletamente a polvere ceramica cù una grande quantità di leganti organici, plastificanti, disperdenti, ecc. per ottene una pasta viscosa fluida, aghjunghje a pasta à a tramoggia di a macchina di fusione è aduprà un raschiatore per cuntrullà u spessore. Scorri versu u nastro trasportatore attraversu l'ugellu di alimentazione, è u film biancu hè ottenutu dopu l'asciugatura.

Stu prucessu hè adattatu per a preparazione di materiali di film. Per ottene una megliu flessibilità, si aghjusta una grande quantità di materia urganica, è i parametri di u prucessu devenu esse strettamente cuntrullati, altrimenti si causeranu facilmente difetti cum'è sfaldatura, strisce, bassa resistenza di u film o sfaldatura difficiule. A materia urganica aduprata hè tossica è causerà inquinamentu ambientale, è un sistema micca tossicu o menu tossicu deve esse adupratu u più pussibule per riduce l'inquinamentu ambientale.

2.4 Stampaggio à iniezione di gel
A tecnulugia di stampaggio à iniezione di gel hè un novu prucessu di prototipazione rapida colloidale inventatu per a prima volta da i circadori di u Laboratoriu Naziunale Oak Ridge à l'iniziu di l'anni 1990. À u so core hè l'usu di suluzioni di monomeri organici chì polimerizanu in gel polimeru-solvente d'alta resistenza, ligati lateralmente.

Una pasta di polvere ceramica dissolta in una suluzione di monomeri organici hè colata in un stampu, è a mistura di monomeri polimerizza per furmà una parte gelificata. Siccomu u polimeru-solvente ligatu lateralmente cuntene solu 10%-20% (frazione di massa) di polimeru, hè faciule di caccià u solvente da a parte di gel per mezu di una tappa di asciugatura. À u listessu tempu, per via di a cunnessione laterale di i polimeri, i polimeri ùn ponu migrà cù u solvente durante u prucessu di asciugatura.

Stu metudu pò esse adupratu per fabricà pezzi ceramichi monofase è cumposti, chì ponu furmà pezzi ceramichi di forma cumplessa, di dimensioni quasi-rete, è a so resistenza verde hè alta cum'è 20-30Mpa o più, chì ponu esse riprocessati. U prublema principale di stu metudu hè chì a velocità di ritirata di u corpu di l'embrione hè relativamente alta durante u prucessu di densificazione, ciò chì porta facilmente à a deformazione di u corpu di l'embrione; certi monomeri organici anu inibizione di l'ossigenu, ciò chì face chì a superficia si sbuccia è si stacchi; per via di u prucessu di polimerizazione di i monomeri organici induttu da a temperatura, a rasatura di a temperatura porta à l'esistenza di stress internu, ciò chì face chì i spazii vuoti si rompanu è cusì.

2.5 Stampaggio à iniezione di solidificazione diretta
U stampaggio à iniezione di solidificazione diretta hè una tecnulugia di stampaggio sviluppata da ETH Zurich: l'acqua solvente, a polvere ceramica è l'additivi organici sò cumpletamente mischiati per furmà una sospensione elettrostaticamente stabile, à bassa viscosità è à altu cuntenutu di solidi, chì pò esse cambiata aghjunghjendu u pH di a sospensione o prudutti chimichi chì aumentanu a concentrazione di elettroliti, dopu a sospensione hè iniettata in un stampu non porosu.

Cuntrullà u prugressu di e reazzioni chimiche durante u prucessu. A reazione prima di u stampaggio à iniezione hè realizata lentamente, a viscosità di a pasta hè mantenuta bassa, è a reazione hè accelerata dopu u stampaggio à iniezione, a pasta si solidifica, è a pasta fluida hè trasformata in un corpu solidu. U corpu verde ottenutu hà bone proprietà meccaniche è a resistenza pò ghjunghje à 5 kPa. U corpu verde hè sformatu, asciugatu è sinterizatu per furmà una parte ceramica di a forma desiderata.

I so vantaghji sò chì ùn hà micca bisognu o hà bisognu solu di una piccula quantità d'additivi organici (menu di 1%), u corpu verde ùn hà micca bisognu di sgrassà, a densità di u corpu verde hè uniforme, a densità relativa hè alta (55% ~ 70%), è pò furmà pezzi ceramichi di grande dimensione è di forma cumplessa. U so svantaghju hè chì l'additivi sò cari, è u gasu hè generalmente liberatu durante a reazione.

2.6 Stampaggio à iniezione
U stampaggio à iniezione hè statu longu adupratu in u stampaggio di prudutti plastichi è in u stampaggio di stampi metallichi. Stu prucessu usa a polimerizazione à bassa temperatura di l'organici termoplastici o a polimerizazione à alta temperatura di l'organici termoindurenti. A polvere è u supportu organicu sò mischiati in un equipagiu di mischju speciale, è dopu iniettati in u stampu sottu alta pressione (da decine à centinaie di MPa). A causa di a grande pressione di stampaggio, i grezzi ottenuti anu dimensioni precise, alta levigatezza è struttura compatta; l'usu di equipagi di stampaggio speciali migliora assai l'efficienza di a produzzione.

À a fine di l'anni 1970 è à u principiu di l'anni 1980, u prucessu di stampaggio à iniezione hè statu applicatu à u stampaggio di pezzi ceramichi. Stu prucessu permette di fà u stampaggio plasticu di materiali sterili aghjunghjendu una grande quantità di materia urganica, chì hè un prucessu cumunu di stampaggio di plastica ceramica. In a tecnulugia di stampaggio à iniezione, in più di l'usu di organici termoplastici (cum'è polietilene, polistirene), organici termoindurenti (cum'è resina epossidica, resina fenolica), o polimeri solubili in acqua cum'è legante principale, hè necessariu aghjunghje certe quantità di aiuti di prucessu cum'è plastificanti, lubrificanti è agenti di accoppiamentu per migliurà a fluidità di a sospensione di iniezione ceramica è assicurà a qualità di u corpu stampatu à iniezione.

U prucessu di stampaggio à iniezione hà i vantaghji di un altu gradu di automatizazione è di una dimensione precisa di u pezzu grezzu di stampaggio. Tuttavia, u cuntenutu organicu in u corpu verde di e parti ceramiche stampate à iniezione hè altu cum'è 50% in volume. Ci vole assai tempu, ancu parechji ghjorni à decine di ghjorni, per eliminà queste sustanze organiche in u prucessu di sinterizzazione successivu, è hè faciule causà difetti di qualità.

2.7 Stampaggio à iniezione colloidale
Per risolve i prublemi di a grande quantità di materia urganica aghjunta è a difficultà di eliminà e difficultà in u prucessu tradiziunale di stampaggio à iniezione, l'Università Tsinghua hà prupostu creativamente un novu prucessu per u stampaggio à iniezione colloidale di ceramica, è hà sviluppatu indipindentamente un prototipu di stampaggio à iniezione colloidale per realizà l'iniezione di fanghi ceramici sterili.

L'idea di basa hè di cumminà u stampaggio colloidale cù u stampaggio à iniezione, utilizendu apparecchiature d'iniezione pruprietarie è una nova tecnulugia di polimerizazione furnita da u prucessu di stampaggio à solidificazione colloidale in situ. Stu novu prucessu usa menu di u 4% in pesu di materia urganica. Una piccula quantità di monomeri urganici o cumposti urganici in a sospensione à basa d'acqua hè aduprata per induce rapidamente a polimerizazione di monomeri urganici dopu l'iniezione in u stampu per furmà un scheletru di rete urganica, chì avvolge uniformemente a polvere ceramica. Trà questi, micca solu u tempu di sgommatura hè assai riduttu, ma ancu a pussibilità di cracking di a sgommatura hè assai ridutta.

Ci hè una grande differenza trà u stampaggio à iniezione di ceramica è u stampaggio colloidale. A principale differenza hè chì u primu appartene à a categuria di stampaggio di plastica, è u secondu appartene à u stampaggio à fanghi, vale à dì, u fanghi ùn hà micca plasticità è hè un materiale sterile. Siccomu u fanghi ùn hà micca plasticità in u stampaggio colloidale, l'idea tradiziunale di u stampaggio à iniezione di ceramica ùn pò esse aduttata. Se u stampaggio colloidale hè cumminatu cù u stampaggio à iniezione, u stampaggio à iniezione colloidale di materiali ceramici hè realizatu aduprendu apparecchiature d'iniezione pruprietarie è una nova tecnulugia di polimerizazione furnita da u prucessu di stampaggio colloidale in situ.

U novu prucessu di stampaggio à iniezione colloidale di ceramica hè differente da u stampaggio colloidale generale è da u stampaggio à iniezione tradiziunale. U vantaghju di un altu gradu di automatizazione di u stampaggio hè una sublimazione qualitativa di u prucessu di stampaggio colloidale, chì diventerà a speranza per l'industrializazione di a ceramica high-tech.