Sembilan proses pengacuan ketepatan seramik zirkonia

Sembilan proses pengacuan ketepatan seramik zirkonia
Proses pengacuan memainkan peranan penghubung dalam keseluruhan proses penyediaan bahan seramik, dan merupakan kunci untuk memastikan kebolehpercayaan prestasi dan kebolehulangan pengeluaran bahan dan komponen seramik.
Dengan perkembangan masyarakat, kaedah menguli tangan tradisional, kaedah membentuk roda, kaedah grout, dan sebagainya bagi seramik tradisional tidak lagi dapat memenuhi keperluan masyarakat moden untuk pengeluaran dan penghalusan, maka lahirlah proses pengacuan baharu. Bahan seramik halus ZrO2 digunakan secara meluas dalam 9 jenis proses pengacuan berikut (2 jenis kaedah kering dan 7 jenis kaedah basah):

1. Acuan kering

1.1 Penekan kering

Penekanan kering menggunakan tekanan untuk menekan serbuk seramik ke dalam bentuk badan tertentu. Intinya ialah di bawah tindakan daya luaran, zarah serbuk menghampiri satu sama lain dalam acuan, dan digabungkan dengan kuat oleh geseran dalaman untuk mengekalkan bentuk tertentu. Kecacatan utama dalam jasad hijau yang ditekan kering ialah percikan, yang disebabkan oleh geseran dalaman antara serbuk dan geseran antara serbuk dan dinding acuan, mengakibatkan kehilangan tekanan di dalam badan.

Kelebihan pengepresan kering ialah saiz badan hijau yang tepat, operasinya mudah, dan mudah untuk merealisasikan operasi mekanikal; kandungan kelembapan dan pengikat dalam pengepresan kering hijau adalah kurang, dan pengecutan pengeringan dan pembakaran adalah kecil. Ia digunakan terutamanya untuk membentuk produk dengan bentuk mudah, dan nisbah aspeknya kecil. Peningkatan kos pengeluaran yang disebabkan oleh haus acuan adalah kelemahan pengepresan kering.

1.2 Penekanan isostatik

Penekanan isostatik ialah kaedah pembentukan khas yang dibangunkan berdasarkan penekan kering tradisional. Ia menggunakan tekanan penghantaran bendalir untuk mengenakan tekanan secara sekata pada serbuk di dalam acuan elastik dari semua arah. Disebabkan oleh konsistensi tekanan dalaman bendalir, serbuk menanggung tekanan yang sama ke semua arah, jadi perbezaan ketumpatan jasad hijau dapat dielakkan.

Penekanan isostatik dibahagikan kepada penekanan isostatik beg basah dan penekanan isostatik beg kering. Penekanan isostatik beg basah boleh membentuk produk dengan bentuk yang kompleks, tetapi ia hanya boleh berfungsi secara berselang-seli. Penekanan isostatik beg kering boleh merealisasikan operasi berterusan automatik, tetapi hanya boleh membentuk produk dengan bentuk mudah seperti keratan rentas segi empat sama, bulat dan tiub. Penekanan isostatik boleh memperoleh jasad hijau yang seragam dan padat, dengan pengecutan pembakaran yang kecil dan pengecutan seragam ke semua arah, tetapi peralatannya kompleks dan mahal, dan kecekapan pengeluarannya tidak tinggi, dan ia hanya sesuai untuk pengeluaran bahan dengan keperluan khas.

2. Pembentukan basah

2.1 Penggroutan
Proses pengacuan grout adalah serupa dengan tuangan pita, perbezaannya ialah proses pengacuan merangkumi proses dehidrasi fizikal dan proses pembekuan kimia. Dehidrasi fizikal menyingkirkan air dalam buburan melalui tindakan kapilari acuan gipsum berliang. Ca2+ yang dihasilkan oleh pembubaran permukaan CaSO4 meningkatkan kekuatan ionik buburan, mengakibatkan penggumpalan buburan.
Di bawah tindakan dehidrasi fizikal dan pembekuan kimia, zarah serbuk seramik dimendapkan pada dinding acuan gipsum. Grouting sesuai untuk penyediaan bahagian seramik berskala besar dengan bentuk kompleks, tetapi kualiti badan hijau, termasuk bentuk, ketumpatan, kekuatan, dan sebagainya, adalah rendah, intensiti buruh pekerja adalah tinggi, dan ia tidak sesuai untuk operasi automatik.

2.2 Tuangan acuan panas
Tuangan acuan panas adalah dengan mencampurkan serbuk seramik dengan pengikat (parafin) pada suhu yang agak tinggi (60 ~ 100 ℃) untuk mendapatkan buburan bagi tuangan acuan panas. Bubur disuntik ke dalam acuan logam di bawah tindakan udara termampat, dan tekanan dikekalkan. Penyejukan, demoulding untuk mendapatkan lilin kosong, lilin kosong dinyahlix di bawah perlindungan serbuk lengai untuk mendapatkan badan hijau, dan badan hijau disinter pada suhu tinggi untuk menjadi porselin.

Badan hijau yang dibentuk oleh tuangan acuan panas mempunyai dimensi yang tepat, struktur dalaman yang seragam, kurang haus acuan dan kecekapan pengeluaran yang tinggi, dan sesuai untuk pelbagai bahan mentah. Suhu buburan lilin dan acuan perlu dikawal ketat, jika tidak, ia akan menyebabkan suntikan atau ubah bentuk yang kurang, jadi ia tidak sesuai untuk pembuatan bahagian yang besar, dan proses pembakaran dua langkah adalah rumit dan penggunaan tenaga adalah tinggi.

2.3 Tuangan pita
Tuangan pita adalah untuk mencampurkan serbuk seramik sepenuhnya dengan sejumlah besar pengikat organik, pemplastik, penyebar, dan sebagainya untuk mendapatkan buburan likat yang boleh mengalir, menambah buburan ke corong mesin tuangan, dan menggunakan pengikis untuk mengawal ketebalannya. Ia mengalir keluar ke tali sawat melalui muncung suapan, dan filem kosong diperolehi selepas pengeringan.

Proses ini sesuai untuk penyediaan bahan filem. Untuk mendapatkan fleksibiliti yang lebih baik, sejumlah besar bahan organik ditambah, dan parameter proses perlu dikawal ketat, jika tidak, ia akan mudah menyebabkan kecacatan seperti pengelupasan, jalur, kekuatan filem yang rendah atau pengelupasan yang sukar. Bahan organik yang digunakan adalah toksik dan akan menyebabkan pencemaran alam sekitar, dan sistem yang tidak toksik atau kurang toksik harus digunakan sebanyak mungkin untuk mengurangkan pencemaran alam sekitar.

2.4 Acuan suntikan gel
Teknologi pengacuan suntikan gel ialah proses prototaip pantas koloid baharu yang pertama kali dicipta oleh penyelidik di Makmal Kebangsaan Oak Ridge pada awal 1990-an. Terasnya ialah penggunaan larutan monomer organik yang berpolimerisasi menjadi gel polimer-pelarut yang terikat secara lateral dan berkekuatan tinggi.

Bubur serbuk seramik yang dilarutkan dalam larutan monomer organik dituang ke dalam acuan, dan campuran monomer tersebut berpolimerisasi untuk membentuk bahagian yang bergel. Memandangkan polimer-pelarut yang diikat secara lateral hanya mengandungi 10%–20% (pecahan jisim) polimer, pelarut daripada bahagian gel mudah dikeluarkan melalui langkah pengeringan. Pada masa yang sama, disebabkan oleh sambungan lateral polimer, polimer tidak boleh berhijrah bersama pelarut semasa proses pengeringan.

Kaedah ini boleh digunakan untuk mengeluarkan bahagian seramik fasa tunggal dan komposit, yang boleh membentuk bahagian seramik berbentuk kompleks, bersaiz separa bersih, dan kekuatan hijaunya setinggi 20-30Mpa atau lebih, yang boleh diproses semula. Masalah utama kaedah ini ialah kadar pengecutan badan embrio agak tinggi semasa proses pemadatan, yang mudah menyebabkan ubah bentuk badan embrio; sesetengah monomer organik mempunyai perencatan oksigen, yang menyebabkan permukaan mengelupas dan jatuh; disebabkan oleh proses pempolimeran monomer organik yang disebabkan oleh suhu, menyebabkan pencukuran suhu membawa kepada kewujudan tekanan dalaman, yang menyebabkan bahagian kosong pecah dan sebagainya.

2.5 Pengacuan suntikan pemejalan langsung
Pengacuan suntikan pemejalan langsung ialah teknologi pengacuan yang dibangunkan oleh ETH Zurich: air pelarut, serbuk seramik dan bahan tambahan organik dicampur sepenuhnya untuk membentuk buburan kandungan pepejal tinggi, kelikatan rendah dan stabil secara elektrostatik, yang boleh diubah dengan menambah pH buburan atau bahan kimia yang meningkatkan kepekatan elektrolit, kemudian buburan disuntik ke dalam acuan bukan berliang.

Kawal kemajuan tindak balas kimia semasa proses. Tindak balas sebelum pengacuan suntikan dijalankan secara perlahan, kelikatan buburan dikekalkan rendah, dan tindak balas dipercepatkan selepas pengacuan suntikan, buburan memejal, dan buburan bendalir diubah menjadi jasad pepejal. Jasad hijau yang diperoleh mempunyai sifat mekanikal yang baik dan kekuatannya boleh mencapai 5kPa. Jasad hijau didemok, dikeringkan dan disinter untuk membentuk bahagian seramik dengan bentuk yang diingini.

Kelebihannya ialah ia tidak memerlukan atau hanya memerlukan sedikit bahan tambahan organik (kurang daripada 1%), jasad hijau tidak perlu dinyahgris, ketumpatan jasad hijau seragam, ketumpatan relatif tinggi (55%~70%), dan ia boleh membentuk bahagian seramik bersaiz besar dan berbentuk kompleks. Kelemahannya ialah bahan tambahan mahal, dan gas biasanya dibebaskan semasa tindak balas.

2.6 Pengacuan suntikan
Pengacuan suntikan telah lama digunakan dalam pengacuan produk plastik dan pengacuan acuan logam. Proses ini menggunakan pengawetan suhu rendah bahan organik termoplastik atau pengawetan suhu tinggi bahan organik termoset. Serbuk dan pembawa organik dicampurkan dalam peralatan pencampuran khas, dan kemudian disuntik ke dalam acuan di bawah tekanan tinggi (puluhan hingga ratusan MPa). Disebabkan oleh tekanan pengacuan yang besar, bahan kosong yang diperoleh mempunyai dimensi yang tepat, kelancaran yang tinggi dan struktur yang padat; penggunaan peralatan pengacuan khas sangat meningkatkan kecekapan pengeluaran.

Pada akhir 1970-an dan awal 1980-an, proses pengacuan suntikan telah digunakan pada pengacuan bahagian seramik. Proses ini merealisasikan pengacuan plastik bahan tandus dengan menambah sejumlah besar bahan organik, yang merupakan proses pengacuan plastik seramik yang biasa. Dalam teknologi pengacuan suntikan, selain menggunakan bahan organik termoplastik (seperti polietilena, polistirena), bahan organik termoset (seperti resin epoksi, resin fenolik), atau polimer larut air sebagai pengikat utama, adalah perlu untuk menambah kuantiti tertentu alat bantu proses seperti pemplastik, pelincir dan agen gandingan untuk meningkatkan kecairan suspensi suntikan seramik dan memastikan kualiti badan acuan suntikan.

Proses pengacuan suntikan mempunyai kelebihan tahap automasi yang tinggi dan saiz acuan yang tepat. Walau bagaimanapun, kandungan organik dalam badan hijau bahagian seramik yang diacuan suntikan adalah setinggi 50 volt%. Ia mengambil masa yang lama, malah beberapa hari hingga berpuluh-puluh hari, untuk menghapuskan bahan organik ini dalam proses pensinteran berikutnya, dan mudah menyebabkan kecacatan kualiti.

2.7 Pengacuan suntikan koloid
Untuk menyelesaikan masalah penambahan bahan organik yang banyak dan kesukaran untuk menghapuskan kesukaran dalam proses pengacuan suntikan tradisional, Universiti Tsinghua secara kreatif mencadangkan proses baharu untuk pengacuan suntikan koloid seramik, dan secara bebas membangunkan prototaip pengacuan suntikan koloid untuk merealisasikan suntikan pembentukan buburan seramik yang tandus.

Idea asasnya adalah untuk menggabungkan pengacuan koloid dengan pengacuan suntikan, menggunakan peralatan suntikan proprietari dan teknologi pengawetan baharu yang disediakan oleh proses pengacuan pemejalan in-situ koloid. Proses baharu ini menggunakan kurang daripada 4wt.% bahan organik. Sejumlah kecil monomer organik atau sebatian organik dalam suspensi berasaskan air digunakan untuk mendorong pempolimeran monomer organik dengan cepat selepas suntikan ke dalam acuan untuk membentuk rangka rangkaian organik, yang membalut serbuk seramik secara sekata. Antaranya, bukan sahaja masa penyahguman dipendekkan dengan ketara, tetapi juga kemungkinan keretakan penyahguman berkurangan dengan ketara.

Terdapat perbezaan yang besar antara pengacuan suntikan seramik dan pengacuan koloid. Perbezaan utama ialah yang pertama tergolong dalam kategori pengacuan plastik, dan yang kedua tergolong dalam pengacuan buburan, iaitu buburan tidak mempunyai keplastikan dan merupakan bahan yang tandus. Oleh kerana buburan tidak mempunyai keplastikan dalam pengacuan koloid, idea tradisional pengacuan suntikan seramik tidak boleh diterima pakai. Jika pengacuan koloid digabungkan dengan pengacuan suntikan, pengacuan suntikan koloid bahan seramik direalisasikan dengan menggunakan peralatan suntikan proprietari dan teknologi pengawetan baharu yang disediakan oleh proses pengacuan in-situ koloid.

Proses baharu pengacuan suntikan koloid seramik adalah berbeza daripada pengacuan koloid umum dan pengacuan suntikan tradisional. Kelebihan tahap automasi pengacuan yang tinggi ialah pemejalwapan kualitatif proses pengacuan koloid, yang akan menjadi harapan untuk perindustrian seramik berteknologi tinggi.