Neuf processus de moulage de précision de la céramique en zircone

Neuf processus de moulage de précision de la céramique en zircone
Le processus de moulage joue un rôle de liaison dans tout le processus de préparation des matériaux en céramique et est la clé pour assurer la fiabilité des performances et la répétabilité de la production des matériaux et composants en céramique.
Avec le développement de la société, la méthode traditionnelle de trait à main, la méthode de formation de roues, la méthode du jointoiement, etc. de la céramique traditionnelle ne peut plus répondre aux besoins de la société moderne pour la production et le raffinement, donc un nouveau processus de moulage est né. ZRO2 Les matériaux en céramique fins sont largement utilisés dans les 9 types de processus de moulage suivants (2 types de méthodes sèches et 7 types de méthodes humides):

1. Moulage sec

1.1 pressage sec

Le pressage à sec utilise la pression pour appuyer sur la poudre de céramique dans une certaine forme du corps. Son essence est que sous l'action de la force externe, les particules de poudre s'approchent les unes des autres dans le moule et sont fermement combinées par frottement interne pour maintenir une certaine forme. Le principal défaut des corps verts pressés à sec est la spallation, qui est due à la frottement interne entre les poudres et la friction entre les poudres et la paroi du moule, entraînant une perte de pression à l'intérieur du corps.

Les avantages de la pressage à sec sont que la taille du corps vert est précise, l'opération est simple et il est pratique de réaliser le fonctionnement mécanisé; La teneur en humidité et en liant dans le pressage à sec vert est moindre, et le retrait de séchage et de tir est petit. Il est principalement utilisé pour former des produits avec des formes simples, et le rapport d'aspect est petit. L'augmentation du coût de production causée par l'usure des moisissures est l'inconvénient de la pression à sec.

1.2 Pressage isostatique

Le pressage isostatique est une méthode de formation spéciale développée sur la base de pressage sec traditionnel. Il utilise la pression de transmission du fluide pour appliquer uniformément la pression sur la poudre à l'intérieur du moule élastique de toutes les directions. En raison de la consistance de la pression interne du fluide, la poudre supporte la même pression dans toutes les directions, de sorte que la différence de densité du corps vert peut être évitée.

Le pressage isostatique est divisé en sac mouillé pressant isostatique et sac isostatique de sac sec. Le pressage isostatique du sac humide peut former des produits avec des formes complexes, mais elle ne peut fonctionner que par intermittence. Le pressage isostatique des sacs secs peut réaliser un fonctionnement automatique continu, mais ne peut former que des produits avec des formes simples telles que les coupes carrées, rondes et tubulaires. Le pressage isostatique peut obtenir un corps vert uniforme et dense, avec un petit rétrécissement de tir et un rétrécissement uniforme dans toutes les directions, mais l'équipement est complexe et coûteux, et l'efficacité de production n'est pas élevée, et elle ne convient que pour la production de matériaux avec des exigences particulières.

2. Formation humide

2.1 Groutage
Le processus de moulage du jointoiement est similaire à la coulée de bande, la différence est que le processus de moulage comprend le processus de déshydratation physique et le processus de coagulation chimique. La déshydratation physique élimine l'eau dans la suspension à travers l'action capillaire du moule de gypse poreux. Le Ca2 + généré par la dissolution de la surface Caso4 augmente la force ionique de la suspension, entraînant la floculation de la suspension.
Sous l'action de la déshydratation physique et de la coagulation chimique, les particules de poudre en céramique sont déposées sur la paroi du moule de gypse. Le jointoiement convient à la préparation de pièces en céramique à grande échelle avec des formes complexes, mais la qualité du corps vert, y compris la forme, la densité, la force, etc., est médiocre, l'intensité de travail des travailleurs est élevée et elle ne convient pas aux opérations automatisées.

2.2 Casting de matrice chaude
La coulée de la matrice chaude doit mélanger la poudre de céramique avec du liant (paraffine) à une température relativement élevée (60 ~ 100 ℃) pour obtenir du suspension pour la coulée de la matrice chaude. La suspension est injectée dans le moule métallique sous l'action de l'air comprimé et la pression est maintenue. Refroidissement, démoullir pour obtenir un blanc de cire, le blanc de cire est déwax sous la protection d'une poudre inerte pour obtenir un corps vert, et le corps vert est fritté à haute température pour devenir porcelaine.

Le corps vert formé par la coulée chaude a des dimensions précises, une structure interne uniforme, moins d'usure de moisissure et une efficacité de production élevée, et convient à diverses matières premières. La température de la suspension de cire et du moule doit être strictement contrôlée, sinon elle provoquera une injection ou une déformation, donc elle ne convient pas à la fabrication de grandes pièces, et le processus de tir en deux étapes est compliqué et la consommation d'énergie est élevée.

2.3 Coulage de ruban adhésif
La coulée de ruban adhésif est pour mélanger complètement la poudre de céramique avec une grande quantité de liants organiques, plastifiants, dispersants, etc. Pour obtenir une suspension visqueuse fluide, ajouter la suspension à la trémie de la machine à mouler et utiliser un grattoir pour contrôler l'épaisseur. Il s'écoule vers le tapis roulant à travers la buse d'alimentation, et le blanc de film est obtenu après séchage.

Ce processus convient à la préparation de matériaux cinématographiques. Afin d'obtenir une meilleure flexibilité, une grande quantité de matière organique est ajoutée et les paramètres de processus doivent être strictement contrôlés, sinon il provoquera facilement des défauts tels que les peeling, les stries, la faible force du film ou la décoller difficile. La matière organique utilisée est toxique et provoquera une pollution de l'environnement, et un système non toxique ou moins toxique devrait être utilisé autant que possible pour réduire la pollution de l'environnement.

2,4 moulage par injection de gel
La technologie de moulage par injection de gel est un nouveau processus de prototypage rapide colloïdal inventé pour la première fois par des chercheurs du Oak Ridge National Laboratory au début des années 1990. À son cœur se trouve l'utilisation de solutions monomères organiques qui polymérisent en gels polymère-solvant à haute résistance et liés latéralement.

Une suspension de poudre en céramique dissous dans une solution de monomères organiques est coulée dans un moule, et le mélange monomère se polymérise pour former une partie gélifiée. Étant donné que le polymère-solvant lié latéralement ne contient que 10% à 20% (fraction de masse), il est facile de retirer le solvant de la partie gel par une étape de séchage. Dans le même temps, en raison de la connexion latérale des polymères, les polymères ne peuvent pas migrer avec le solvant pendant le processus de séchage.

Cette méthode peut être utilisée pour fabriquer des pièces céramiques monophasées et composites, qui peuvent former des pièces en céramique de taille complexe de taille quasi, et sa résistance verte est aussi élevée que 20-30 MPA ou plus, qui peut être retraitée. Le principal problème de cette méthode est que le taux de retrait du corps d'embryon est relativement élevé pendant le processus de densification, ce qui conduit facilement à la déformation du corps embryonnaire; Certains monomères organiques ont une inhibition de l'oxygène, ce qui fait que la surface se décolle et tombe; En raison du processus de polymérisation du monomère organique induit par la température, provoquer un rasage de la température conduit à l'existence d'un stress interne, ce qui fait brisonner les blancs et ainsi de suite.

2.5 Moulage d'injection de solidification directe
Le moulage par injection de solidification directe est une technologie de moulage développée par ETH Zurich: l'eau de solvant, la poudre en céramique et les additifs organiques sont entièrement mélangés pour former des liens électrostatiquement stables, à faible viscosité et à haut contenu solide, qui peuvent être modifiés en ajoutant un pH ou des produits chimiques qui augmentent la concentration d'électricité.

Contrôler les progrès des réactions chimiques pendant le processus. La réaction avant le moulage par injection est réalisée lentement, la viscosité de la suspension est maintenue bas et la réaction est accélérée après le moulage par injection, la suspension se solidifie et la suspension de fluide est transformée en corps solide. Le corps vert obtenu a de bonnes propriétés mécaniques et la résistance peut atteindre 5kpa. Le corps vert est démodé, séché et fritté pour former une partie en céramique de la forme souhaitée.

Ses avantages sont qu'il n'a pas besoin ou n'a besoin que d'une petite quantité d'additifs organiques (moins de 1%), le corps vert n'a pas besoin d'être dégraissé, la densité du corps vert est uniforme, la densité relative est élevée (55% ~ 70%), et il peut former des parties en céramique de grande taille et complexe. Son inconvénient est que les additifs sont chers et le gaz est généralement libéré pendant la réaction.

2.6 Moulage d'injection
Le moulage par injection est utilisé depuis longtemps dans la moulure des produits en plastique et le moulage des moules métalliques. Ce processus utilise un durcissement à basse température des organes thermoplastiques ou un durcissement à haute température des organes thermodurcissants. La poudre et le support organique sont mélangés dans un équipement de mélange spécial, puis injectés dans le moule sous haute pression (dizaines à des centaines de MPA). En raison de la grande pression de moulage, les blancs obtenus ont des dimensions précises, une douceur élevée et une structure compacte; L'utilisation d'équipements de moulage spéciaux améliore considérablement l'efficacité de production.

À la fin des années 1970 et au début des années 1980, le processus de moulage par injection a été appliqué au moulage des pièces en céramique. Ce processus réalise le moulage en plastique des matériaux stériles en ajoutant une grande quantité de matière organique, qui est un processus de moulage en plastique en céramique commun. Dans la technologie de moulage par injection, en plus de l'utilisation de produits biologiques thermoplastiques (tels que du polyéthylène, du polystyrène), des organes thermodurcissables (tels que la résine époxy, la résine phénolique) ou corps moulé.

Le processus de moulage par injection présente les avantages d'un degré élevé d'automatisation et de taille précise du blanc de moulage. Cependant, le contenu organique dans le corps vert des parties en céramique moulé par injection est aussi élevée que 50vol%. Il faut beaucoup de temps, même plusieurs jours à des dizaines de jours, pour éliminer ces substances organiques dans le processus de frittage ultérieur, et il est facile de provoquer des défauts de qualité.

2,7 moulage par injection colloïdale
Afin de résoudre les problèmes de la grande quantité de matière organique ajoutée et la difficulté d'éliminer les difficultés du processus traditionnel de moulage par injection, l'Université de Tsinghua a proposé de manière créative un nouveau processus de moulage par injection colloïdal de la céramique et a développé indépendamment un prototype de moulage par injection colloïdal pour réaliser l'injection de slurry céramique stérile. formation.

L'idée de base est de combiner le moulage colloïdal avec le moulage par injection, en utilisant un équipement d'injection propriétaire et une nouvelle technologie de durcissement fournie par le processus de moulage de solidification colloïdal in situ. Ce nouveau processus utilise moins de 4WT pour% de la matière organique. Une petite quantité de monomères organiques ou de composés organiques dans la suspension à base d'eau est utilisé pour induire rapidement la polymérisation des monomères organiques après l'injection dans le moule pour former un squelette de réseau organique, qui enveloppe uniformément la poudre céramique. Parmi eux, non seulement le temps de degomming est considérablement raccourci, mais aussi la possibilité de craquer de dégomment est considérablement réduite.

Il y a une énorme différence entre le moulage par injection de céramique et le moulage colloïdal. La principale différence est que le premier appartient à la catégorie des moulures en plastique, et le second appartient à la moulure de suspension, c'est-à-dire que la suspension n'a pas de plasticité et est un matériau stérile. Parce que la suspension n'a pas de plasticité dans le moulage colloïdal, l'idée traditionnelle de moulage par injection de céramique ne peut pas être adoptée. Si le moulage colloïdal est combiné avec le moulage par injection, le moulage par injection colloïdal des matériaux en céramique est réalisé en utilisant un équipement d'injection propriétaire et une nouvelle technologie de durcissement fournie par le processus de moulure colloïdal in situ.

Le nouveau processus de moulage par injection colloïdale de la céramique est différent du moulage colloïdal général et du moulage par injection traditionnel. L'avantage d'un degré élevé d'automatisation du moulage est une sublimation qualitative du processus de moulage colloïdal, qui deviendra l'espoir de l'industrialisation des céramiques de haute technologie.