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精密氧化鋯陶瓷的成型工藝,成型過程都有幾種方法

時間:2022-10-17| 作者:Admin

  我們生活中看到的陶瓷成型品,都是來自于不同的制作工藝完成的,而傳統手揉法、輪成型法、注漿法等,不能滿足當代社會生產和精細化的需要,尤其是精密氧化鋯陶瓷的制作工藝,需要更好制作工藝來完成陶瓷成型品滿足市場,于是一種新的成型工藝誕生了。精密氧化鋯陶瓷成型工藝在陶瓷材料的整個制造過程中起著重要的作用,是保障陶瓷材料和部件生產的可靠性能和可重復性的關鍵,應用較為廣泛的ZrO2精細陶瓷材料成型工藝主要有以下9種(干法2種,濕法7種)。


  一、干法成型


  1、干壓成型


  干壓使用壓力將陶瓷粉末壓制成適合身體的特定形狀,其本質是在外力的作用下,粉末顆粒在模具中相互靠近,并通過內摩擦緊密結合,保持特定的形狀。干壓生坯的主要缺陷是剝落。這是由于粉末之間的內部摩擦以及粉末與模具壁之間的摩擦,導致主體中的壓力損失。


  干壓的優點是坯體尺寸準確,操作簡單,便于實現機械化操作。生坯干壓機含水量和粘結劑含量低,干燥、燒成收縮率小。主要用于成型形狀簡單、縱橫比小的產品,由于模具磨損而增加的生產成本是干壓的一個缺點。


  2、等靜壓成型


  等靜壓是在傳統干壓的基礎上發展起來的一種特別成型方法,流體傳遞的壓力用于在彈性模具中向各個方向均勻地壓制粉末。由于流體內部壓力的一致性,粉末在各個方向上承受相同的壓力,從而避免了壓塊中的密度差異。


  等靜壓可分為濕袋等靜壓和干袋等靜壓,濕袋等靜壓機可以成型復雜形狀的產品,但它們只能間歇性地工作。干袋等靜壓機可實現自動連續作業,但只能成型方形、圓形、管狀截面等簡單形狀的產品。等靜壓可以得到均勻致密的生坯,燒成收縮小,各方向收縮均勻,但設備復雜昂貴,生產效率不高,而且特別適合材料生產要求。


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  二、濕法成型


  1、注漿成型


  注漿成型工藝與流延成型類似,不同之處在于成型工藝包括物理脫水和化學凝固工藝。物理脫水通過多孔石膏模具的毛細作用除去漿料中的水。由表面 CaSO4 溶解產生的 Ca2+ 增加了漿料的離子強度并導致漿料團聚。


  通過物理脫水和化學凝固的作用,陶瓷粉末顆粒在石膏模壁上沉積形成。注漿適用于生產形狀復雜的大型精密氧化鋯陶瓷零件,但形狀、密度、強度等生坯質量低,工人勞動強度大,不適合用于自動化操作。


  2、熱壓鑄成型


  熱壓鑄涉及將陶瓷粉末與粘合劑(石蠟)在相對較高的溫度(60-100°C)下混合,以獲得用于熱壓鑄的漿料,將漿料在壓縮空氣的作用后注入模具以保持壓力。冷卻得到蠟坯,脫模,在惰性粉末保護下將蠟坯脫蠟得到坯體,將坯體在高溫下燒結成瓷。


  熱壓鑄成型的坯體尺寸準確,內部結構均勻,模具磨損小,生產效率高,適用于多種原材料。需要嚴格控制蠟漿和模具溫度。否則會出現注塑不足和變形,所以不適合生產大型零件。此外,兩步燒制工藝復雜,能耗高。


  3、流延成型


  流延澆注是將陶瓷粉末與大量有機粘合劑、增塑劑、分散劑等充分混合,得到流動的粘稠漿料,將漿料加入澆注機的料斗中,用刮板來控制。厚度由它通過進料噴嘴流出到傳送帶上,干燥后得到薄膜坯料。


  該工藝適用于制備薄膜材料,為了獲得更好的柔韌性,大有機物的加入量需要大,工藝參數需要嚴格控制,否則容易出現分層、條痕、薄膜強度降低或分層困難等缺陷。


  4、凝膠注模成型


  凝膠注射成型技術是一種新的膠體快速成型工藝,開始由國外一家實驗室的研究人員在 1990 年代初發明。其主要是使用有機單體溶液聚合成高強度、橫向結合的聚合物溶劑凝膠。


  將通過將陶瓷粉末溶解在有機單體溶液中而獲得的漿料倒入模具中,并使單體混合物聚合以形成凝膠部分。由于橫向結合的聚合物-溶劑僅包含10%至20%(質量分數)的聚合物,因此很容易通過干燥過程從凝膠部分除去溶劑。同時,聚合物的橫向連通性防止其在干燥過程中隨溶劑移動。


  此法可生產單相及復合陶瓷零件,可形成形狀復雜、準凈尺寸的陶瓷零件,其生坯強度高達20-30Mpa以上,可再加工。這種方法的主要問題是在致密化過程中胚體的收縮率比較高,容易造成胚體變形。一些有機單體具有氧控制作用,導致表面剝落或脫落。由于有機單體的聚合過程受溫度影響,調溫會導致內應力的存在,從而導致坯料斷裂等。


  5、直接凝固注模成型


  直接凝固注塑成型是蘇黎世聯邦理工學院開發的一種成型技術,將溶劑水、陶瓷粉末和有機添加劑徹底混合,形成靜電穩定、低粘度、高固體含量的漿料。這可以通過添加漿料 pH 值或化學品來改變,增加電解液濃度,然后將漿液倒入無孔模具中。


  它控制過程中化學反應的進程。注射成型前反應緩慢,漿料粘度保持較低,注射成型后反應加速,使漿料固化,將流體漿料轉變為固體。所得生坯具有良好的力學性能,強度可達5 kPa。將生坯從模具中取出,干燥并燒結以形成所需形狀的陶瓷部件。


  其優點是不需要或只需要少量有機添加劑(小于1%),無需對生坯進行脫脂,生坯密度均勻,相對密度高(55%~70%),可成型大和復雜形狀的陶瓷零件。缺點是添加劑價格昂貴,反應過程中通常會釋放氣體。


  6、注塑成型


  注塑成型長期以來一直用于成型塑料制品和模具,該工藝使用熱塑性有機物的低溫固化或熱固性有機物的高溫固化。粉末和有機載體在主用混合裝置中混合,并在高壓(幾十到幾百兆帕)注入模具中。由于成型壓力高,所得到的坯料尺寸準確,光潔度高,結構緊湊。采用主用成型機大大提高了生產效率。


  在 1970 年代末和 1980 年代初,注塑工藝被應用于形成陶瓷零件。它是一種通過添加大量有機物實現貧瘠材料塑料成型的工藝,是精密氧化鋯陶瓷常用的塑料成型工藝,注塑成型技術除了使用熱塑性有機物(聚乙烯、聚苯乙烯等)、熱固性有機物(環氧樹脂、酚醛樹脂等)或水溶性聚合物作為主要粘合劑外,還需要添加一些工藝。增塑劑、潤滑劑和偶聯劑等助劑,以提高陶瓷注射懸浮液的流動性,保障注射成型的質量。


  注塑成型工藝具有自動化程度高、成型坯料尺寸準確等優點,然而,注塑陶瓷部件的生坯的有機含量可高達 50 vol%。這些有機物在隨后的燒成過程中需要很長的時間,從幾天到幾十天,才能解吸出來,容易造成質量的不足。


  7、膠體注射成型


  為解決有機物添加量大的問題,克服傳統注塑工藝的難點,某大學創造性地提出了陶瓷膠體注射成型的新工藝,然后研制了自己的膠體注射成型樣機,實現了注射無菌陶瓷漿液形狀。


  其基本思想是將膠體成型和注射成型相結合,并采用獨特的注射裝置和膠體原位凝固成型方法,以一種新的固化技術來實現。這種新工藝使用不到 4wt.% 的有機物。它是利用水基懸浮液中的少量有機單體或有機化合物,在注入模具后迅速導向有機單體聚合,形成有機網絡骨架,使陶瓷粉體均勻包覆增加。其中,不僅沖刷時間大大減少,沖刷裂縫的可能性也大大降低。


  精密氧化鋯陶瓷的注塑成型和膠體成型有很大的區別。主要區別在于前者屬于塑料成型的范疇,而后者屬于漿料成型的范疇。也就是說,漿料沒有可塑性,是一種貧瘠的材料。在膠體成型中,漿料缺乏可塑性,因此不能使用傳統的陶瓷注射成型概念。將膠體成型和注射成型相結合,一種新的固化技術,具有獨特的注射單元和膠體原位成型工藝,可實現陶瓷材料的膠體注射成型。


  陶瓷膠體注射成型的新工藝不同于普通的膠體成型和傳統的注射成型,先進成型自動化的優勢是膠體成型工藝的質升華,是高科技陶瓷產業化的希望。


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