Nëntë procese precize të formimit të qeramikës së zirkonit

Nëntë procese precize të formimit të qeramikës së zirkonit
Procesi i derdhjes luan një rol lidhës në të gjithë procesin e përgatitjes së materialeve qeramike dhe është çelësi për të siguruar besueshmërinë e performancës dhe përsëritshmërinë e prodhimit të materialeve dhe komponentëve qeramikë.
Me zhvillimin e shoqërisë, metoda tradicionale e brumosjes me dorë, metoda e formimit me rrota, metoda e llaçit etj., e qeramikës tradicionale nuk mund të përmbushë më nevojat e shoqërisë moderne për prodhim dhe rafinim, kështu që lindi një proces i ri i derdhjes. Materialet qeramike të imëta ZrO2 përdoren gjerësisht në 9 llojet e mëposhtme të proceseve të derdhjes (2 lloje metodash të thata dhe 7 lloje metodash të lagështa):

1. Formëzimi i thatë

1.1 Presimi i thatë

Shtypja e thatë përdor presionin për të shtypur pluhurin qeramik në një formë të caktuar të trupit. Thelbi i saj është se nën veprimin e forcës së jashtme, grimcat e pluhurit afrohen me njëra-tjetrën në myk dhe kombinohen fort nga fërkimi i brendshëm për të ruajtur një formë të caktuar. Defekti kryesor në trupat e gjelbër të shtypur në thatë është plasaritja, e cila është për shkak të fërkimit të brendshëm midis pluhurave dhe fërkimit midis pluhurave dhe murit të mykut, duke rezultuar në humbje të presionit brenda trupit.

Përparësitë e presimit të thatë janë se madhësia e trupit të gjelbër është e saktë, operacioni është i thjeshtë dhe është i përshtatshëm për të realizuar operacion të mekanizuar; përmbajtja e lagështisë dhe e lidhësit në presimin e thatë të gjelbër është më e vogël, dhe tkurrja e tharjes dhe pjekjes është e vogël. Përdoret kryesisht për të formuar produkte me forma të thjeshta, dhe raporti i aspektit është i vogël. Kostoja e rritur e prodhimit e shkaktuar nga konsumimi i mykut është disavantazhi i presimit të thatë.

1.2 Presimi izostatik

Presimi izostatik është një metodë e veçantë formimi e zhvilluar në bazë të presimit tradicional të thatë. Ajo përdor presionin e transmetimit të lëngut për të ushtruar presion në mënyrë të barabartë mbi pluhurin brenda formës elastike nga të gjitha drejtimet. Për shkak të qëndrueshmërisë së presionit të brendshëm të lëngut, pluhuri mban të njëjtin presion në të gjitha drejtimet, kështu që ndryshimi në dendësinë e trupit të gjelbër mund të shmanget.

Presimi izostatik ndahet në presim izostatik me qese të lagështa dhe presim izostatik me qese të thata. Presimi izostatik me qese të lagështa mund të formojë produkte me forma komplekse, por mund të funksionojë vetëm me ndërprerje. Presimi izostatik me qese të thata mund të realizojë funksionim automatik të vazhdueshëm, por mund të formojë vetëm produkte me forma të thjeshta si prerje tërthore katrore, të rrumbullakëta dhe tubulare. Presimi izostatik mund të arrijë një trup të gjelbër uniform dhe të dendur, me tkurrje të vogël gjatë pjekjes dhe tkurrje uniforme në të gjitha drejtimet, por pajisjet janë komplekse dhe të shtrenjta, dhe efikasiteti i prodhimit nuk është i lartë, dhe është i përshtatshëm vetëm për prodhimin e materialeve me kërkesa të veçanta.

2. Formim i lagësht

2.1 Fuga
Procesi i derdhjes me llaç është i ngjashëm me derdhjen me shirit, ndryshimi është se procesi i derdhjes përfshin procesin e dehidrimit fizik dhe procesin e koagulimit kimik. Dehidratimi fizik largon ujin në llaç përmes veprimit kapilar të formës poroze të gipsit. Ca2+ i gjeneruar nga tretja e sipërfaqes së CaSO4 rrit forcën jonike të llaçit, duke rezultuar në flokulimin e llaçit.
Nën veprimin e dehidratimit fizik dhe koagulimit kimik, grimcat e pluhurit qeramik depozitohen në murin e formës së gipsit. Fuga është e përshtatshme për përgatitjen e pjesëve qeramike në shkallë të gjerë me forma komplekse, por cilësia e trupit të gjelbër, duke përfshirë formën, dendësinë, fortësinë etj., është e dobët, intensiteti i punës së punëtorëve është i lartë dhe nuk është i përshtatshëm për operacione të automatizuara.

2.2 Derdhje e nxehtë me presion
Derdhja me presion të nxehtë është përzierja e pluhurit qeramik me lidhësin (parafinë) në një temperaturë relativisht të lartë (60~100℃) për të përftuar lëng për derdhje me presion të nxehtë. Lëngu injektohet në formën metalike nën veprimin e ajrit të kompresuar dhe presioni mbahet. Pas ftohjes, heqjes së formës për të përftuar një boshllëk dylli, boshllëku i dyllit dekastrohet nën mbrojtjen e një pluhuri inert për të përftuar një trup të gjelbër dhe trupi i gjelbër sinterizohet në temperaturë të lartë për t'u shndërruar në porcelan.

Trupi i gjelbër i formuar me derdhje të nxehtë ka dimensione të sakta, strukturë të brendshme uniforme, më pak konsumim të mykut dhe efikasitet të lartë prodhimi, dhe është i përshtatshëm për lëndë të ndryshme të para. Temperatura e lëngut të dyllit dhe e mykut duhet të kontrollohet rreptësisht, përndryshe do të shkaktojë nën-injeksion ose deformim, kështu që nuk është i përshtatshëm për prodhimin e pjesëve të mëdha, dhe procesi i pjekjes me dy hapa është i ndërlikuar dhe konsumi i energjisë është i lartë.

2.3 Derdhja e shiritit
Derdhja me shirit konsiston në përzierjen e plotë të pluhurit qeramik me një sasi të madhe të lidhësve organikë, plastifikuesve, shpërndarësve etj., për të përftuar një lëng të rrjedhshëm viskoz, shtimin e lëngut në bunkerin e makinës së derdhjes dhe përdorimin e një kruajtëse për të kontrolluar trashësinë. Ai rrjedh në shiritin transportues përmes grykës së furnizimit, dhe pas tharjes përftohet një shtresë e plotë filmi.

Ky proces është i përshtatshëm për përgatitjen e materialeve filmike. Për të arritur fleksibilitet më të mirë, shtohet një sasi e madhe lënde organike dhe parametrat e procesit duhet të kontrollohen në mënyrë strikte, përndryshe do të shkaktojë lehtësisht defekte të tilla si zhveshje, vija, forcë e ulët e filmit ose zhveshje e vështirë. Lënda organike e përdorur është toksike dhe do të shkaktojë ndotje mjedisore, dhe një sistem jo-toksik ose më pak toksik duhet të përdoret sa më shumë të jetë e mundur për të zvogëluar ndotjen mjedisore.

2.4 Formëzimi me injeksion xheli
Teknologjia e derdhjes me injeksion xheli është një proces i ri koloidal i prototipimit të shpejtë, i shpikur për herë të parë nga studiuesit në Laboratorin Kombëtar Oak Ridge në fillim të viteve 1990. Në thelb të tij është përdorimi i tretësirave organike monomerike që polimerizohen në xhel polimer-tretës me rezistencë të lartë, të lidhura anash.

Një përzierje pluhuri qeramik i tretur në një tretësirë monomerësh organikë hidhet në një kallëp dhe përzierja e monomerëve polimerizohet për të formuar një pjesë xheloze. Meqenëse polimeri-tretësi i lidhur anash përmban vetëm 10%–20% (fraksion masiv) polimer, është e lehtë të hiqet tretësi nga pjesa xheloze me anë të një hapi tharjeje. Në të njëjtën kohë, për shkak të lidhjes anësore të polimerëve, polimerët nuk mund të migrojnë me tretësin gjatë procesit të tharjes.

Kjo metodë mund të përdoret për të prodhuar pjesë qeramike njëfazore dhe kompozite, të cilat mund të formojnë pjesë qeramike me formë komplekse, me madhësi kuazi-rrjete, dhe rezistenca e saj e gjelbër është deri në 20-30Mpa ose më shumë, të cilat mund të ripërpunohen. Problemi kryesor i kësaj metode është se shkalla e tkurrjes së trupit të embrionit është relativisht e lartë gjatë procesit të dendësimit, gjë që çon lehtësisht në deformimin e trupit të embrionit; disa monomere organike kanë frenim të oksigjenit, gjë që shkakton që sipërfaqja të zhvishet dhe të bjerë; për shkak të procesit të polimerizimit të monomerit organik të shkaktuar nga temperatura, shkaktimi i rrudhjes së temperaturës çon në ekzistencën e stresit të brendshëm, i cili shkakton thyerjen e boshllëqeve e kështu me radhë.

2.5 Formëzimi i drejtpërdrejtë me injeksion me ngurtësim
Formëzimi me injeksion me ngurtësim të drejtpërdrejtë është një teknologji formimi e zhvilluar nga ETH Zurich: uji tretës, pluhuri qeramik dhe aditivët organikë përzihen plotësisht për të formuar një llum elektrostatikisht të qëndrueshëm, me viskozitet të ulët dhe përmbajtje të lartë të ngurtë, i cili mund të ndryshohet duke shtuar pH të llumit ose kimikate që rrisin përqendrimin e elektroliteve, pastaj llumi injektohet në një myk jo poroz.

Kontrolloni progresin e reaksioneve kimike gjatë procesit. Reaksioni para derdhjes me injeksion kryhet ngadalë, viskoziteti i lëngut të lëngshëm mbahet i ulët dhe reagimi përshpejtohet pas derdhjes me injeksion, lëngu i lëngshëm ngurtësohet dhe lëngu i lëngshëm shndërrohet në një trup të ngurtë. Trupi i gjelbër i përftuar ka veti të mira mekanike dhe fortësia mund të arrijë 5kPa. Trupi i gjelbër çformohet, thahet dhe sinterizohet për të formuar një pjesë qeramike të formës së dëshiruar.

Përparësitë e tij janë se nuk ka nevojë ose ka nevojë vetëm për një sasi të vogël aditivësh organikë (më pak se 1%), trupi i gjelbër nuk ka nevojë të çyndyroset, dendësia e trupit të gjelbër është uniforme, dendësia relative është e lartë (55%~70%), dhe mund të formojë pjesë qeramike të mëdha dhe me formë komplekse. Disavantazhi i tij është se aditivët janë të shtrenjtë dhe gazi lirohet përgjithësisht gjatë reagimit.

2.6 Formëzimi me injeksion
Formëzimi me injeksion është përdorur prej kohësh në formimin e produkteve plastike dhe formimin e formave metalike. Ky proces përdor tharjen në temperaturë të ulët të lëndëve organike termoplastike ose tharjen në temperaturë të lartë të lëndëve organike termoreaktive. Pluhuri dhe bartësi organik përzihen në një pajisje të posaçme përzierjeje dhe më pas injektohen në formë nën presion të lartë (dhjetëra deri në qindra MPa). Për shkak të presionit të madh të formimit, pjesët e punës të përftuara kanë dimensione të sakta, lëmueshmëri të lartë dhe strukturë kompakte; përdorimi i pajisjeve të posaçme të formimit përmirëson shumë efikasitetin e prodhimit.

Në fund të viteve 1970 dhe fillim të viteve 1980, procesi i derdhjes me injeksion u aplikua në derdhjen e pjesëve qeramike. Ky proces realizon derdhjen plastike të materialeve të shterpë duke shtuar një sasi të madhe lënde organike, e cila është një proces i zakonshëm i derdhjes së plastikës qeramike. Në teknologjinë e derdhjes me injeksion, përveç përdorimit të organikëve termoplastikë (si polietileni, polistireni), organikëve termoset (si rrëshira epoksi, rrëshira fenolike) ose polimerëve të tretshëm në ujë si lidhësi kryesor, është e nevojshme të shtohen sasi të caktuara të ndihmësve të procesit, siç janë plastifikuesit, lubrifikantët dhe agjentët bashkues, për të përmirësuar rrjedhshmërinë e pezullimit të injeksionit qeramik dhe për të siguruar cilësinë e trupit të derdhur me injeksion.

Procesi i derdhjes me injeksion ka avantazhet e shkallës së lartë të automatizimit dhe madhësisë precize të boshllëkut të derdhjes. Megjithatë, përmbajtja organike në trupin e gjelbër të pjesëve qeramike të derdhura me injeksion është deri në 50% vol. Duhet shumë kohë, madje disa ditë deri në dhjetëra ditë, për të eliminuar këto substanca organike në procesin pasues të sinterimit, dhe është e lehtë të shkaktohen defekte cilësore.

2.7 Formëzimi koloidal me injeksion
Për të zgjidhur problemet e sasisë së madhe të lëndës organike të shtuar dhe vështirësinë e eliminimit të vështirësive në procesin tradicional të derdhjes me injeksion, Universiteti Tsinghua propozoi në mënyrë krijuese një proces të ri për derdhjen me injeksion koloidal të qeramikës dhe zhvilloi në mënyrë të pavarur një prototip të derdhjes me injeksion koloidal për të realizuar injektimin e llumit të qeramikës së shterpë.

Ideja themelore është të kombinohet formëzimi koloidal me formimin me injeksion, duke përdorur pajisje të patentuara për injeksion dhe teknologji të re kurimi të ofruara nga procesi i formimit koloidal të ngurtësimit in-situ. Ky proces i ri përdor më pak se 4% në peshë të lëndës organike. Një sasi e vogël monomerësh organikë ose komponimesh organike në pezullimin me bazë uji përdoret për të nxitur shpejt polimerizimin e monomerëve organikë pas injektimit në formë për të formuar një skelet rrjeti organik, i cili mbështjell në mënyrë të barabartë pluhurin qeramik. Midis tyre, jo vetëm që koha e degomimit shkurtohet shumë, por edhe mundësia e çarjes së degomimit zvogëlohet shumë.

Ekziston një ndryshim i madh midis derdhjes me injeksion të qeramikës dhe derdhjes koloidale. Dallimi kryesor është se e para i përket kategorisë së derdhjes plastike, ndërsa e dyta i përket derdhjes me slurry, domethënë, slurri nuk ka plasticitet dhe është një material i shterpë. Meqenëse slurri nuk ka plasticitet në derdhjen koloidale, ideja tradicionale e derdhjes me injeksion qeramik nuk mund të përvetësohet. Nëse derdhja koloidale kombinohet me derdhjen me injeksion, derdhja koloidale me injeksion e materialeve qeramike realizohet duke përdorur pajisje të patentuara për injeksion dhe teknologji të re kurimi të ofruara nga procesi i derdhjes koloidale in-situ.

Procesi i ri i derdhjes koloidale me injeksion të qeramikës është i ndryshëm nga derdhja koloidale e përgjithshme dhe derdhja tradicionale me injeksion. Avantazhi i një shkalle të lartë të automatizimit të derdhjes është një sublimim cilësor i procesit të derdhjes koloidale, i cili do të bëhet shpresa për industrializimin e qeramikës së teknologjisë së lartë.