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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(shí)間:2022-10-17| 作者:Admin

  我們生活中看到的陶瓷成型品,都是來(lái)自于不同的制作工藝完成的,而傳統(tǒng)手揉法、注漿法等,不能滿足當(dāng)代社會(huì)生產(chǎn)和精細(xì)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(lái)完成陶瓷成型品滿足市場(chǎng),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(gè)制造過程中起著重要的作用,是保障陶瓷材料和部件生產(chǎn)的可靠性能和可重復(fù)性的關(guān)鍵,應(yīng)用較為廣泛的ZrO2精細(xì)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(zhì)是在外力的作用下,粉末顆粒在模具中相互靠近,并通過內(nèi)摩擦緊密結(jié)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(nèi)部摩擦以及粉末與模具壁之間的摩擦,導(dǎo)致主體中的壓力損失。


  干壓的優(yōu)點(diǎn)是坯體尺寸準(zhǔn)確,操作簡(jiǎn)單,便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作。生坯干壓機(jī)含水量和粘結(jié)劑含量低,干燥、燒成收縮率小。主要用于成型形狀簡(jiǎn)單、縱橫比小的產(chǎn)品,由于模具磨損而增加的生產(chǎn)成本是干壓的一個(gè)缺點(diǎn)。


  2、等靜壓成型


  等靜壓是在傳統(tǒng)干壓的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(gè)方向均勻地壓制粉末。由于流體內(nèi)部壓力的一致性,粉末在各個(gè)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(jī)可以成型復(fù)雜形狀的產(chǎn)品,但它們只能間歇性地工作。干袋等靜壓機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)作業(yè),但只能成型方形、圓形、管狀截面等簡(jiǎn)單形狀的產(chǎn)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(shè)備復(fù)雜昂貴,生產(chǎn)效率不高,而且特別適合材料生產(chǎn)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(xué)凝固工藝。物理脫水通過多孔石膏模具的毛細(xì)作用除去漿料中的水。由表面 CaSO4 溶解產(chǎn)生的 Ca2+ 增加了漿料的離子強(qiáng)度并導(dǎo)致漿料團(tuán)聚。


  通過物理脫水和化學(xué)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(chǎn)形狀復(fù)雜的大型精密氧化鋯陶瓷零件,但形狀、密度、強(qiáng)度等生坯質(zhì)量低,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,不適合用于自動(dòng)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(duì)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(hù)下將蠟坯脫蠟得到坯體,將坯體在高溫下燒結(jié)成瓷。


  熱壓鑄成型的坯體尺寸準(zhǔn)確,內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻,模具磨損小,生產(chǎn)效率高,適用于多種原材料。需要嚴(yán)格控制蠟漿和模具溫度。否則會(huì)出現(xiàn)注塑不足和變形,所以不適合生產(chǎn)大型零件。此外,兩步燒制工藝復(fù)雜,能耗高。


  3、流延成型


  流延澆注是將陶瓷粉末與大量有機(jī)粘合劑、增塑劑、分散劑等充分混合,得到流動(dòng)的粘稠漿料,將漿料加入澆注機(jī)的料斗中,用刮板來(lái)控制。厚度由它通過進(jìn)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(jī)物的加入量需要大,工藝參數(shù)需要嚴(yán)格控制,否則容易出現(xiàn)分層、條痕、薄膜強(qiáng)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(shù)是一種新的膠體快速成型工藝,開始由國(guó)外一家實(shí)驗(yàn)室的研究人員在 1990 年代初發(fā)明。其主要是使用有機(jī)單體溶液聚合成高強(qiáng)度、橫向結(jié)合的聚合物溶劑凝膠。


  將通過將陶瓷粉末溶解在有機(jī)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(jié)合的聚合物-溶劑僅包含10%至20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))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(shí),聚合物的橫向連通性防止其在干燥過程中隨溶劑移動(dòng)。


  此法可生產(chǎn)單相及復(fù)合陶瓷零件,可形成形狀復(fù)雜、準(zhǔn)凈尺寸的陶瓷零件,其生坯強(qiáng)度高達(dá)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(jī)單體具有氧控制作用,導(dǎo)致表面剝落或脫落。由于有機(jī)單體的聚合過程受溫度影響,調(diào)溫會(huì)導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的存在,從而導(dǎo)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(lián)邦理工學(xué)院開發(fā)的一種成型技術(shù),將溶劑水、陶瓷粉末和有機(jī)添加劑徹底混合,形成靜電穩(wěn)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(xué)品來(lái)改變,增加電解液濃度,然后將漿液倒入無(wú)孔模具中。


  它控制過程中化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程。注射成型前反應(yīng)緩慢,漿料粘度保持較低,注射成型后反應(yīng)加速,使?jié){料固化,將流體漿料轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。所得生坯具有良好的力學(xué)性能,強(qiáng)度可達(dá)5 kPa。將生坯從模具中取出,干燥并燒結(jié)以形成所需形狀的陶瓷部件。


  其優(yōu)點(diǎn)是不需要或只需要少量有機(jī)添加劑(小于1%),無(wú)需對(duì)生坯進(jìn)行脫脂,生坯密度均勻,相對(duì)密度高(55%~70%),可成型大和復(fù)雜形狀的陶瓷零件。缺點(diǎn)是添加劑價(jià)格昂貴,反應(yīng)過程中通常會(huì)釋放氣體。


  6、注塑成型


  注塑成型長(zhǎng)期以來(lái)一直用于成型塑料制品和模具,該工藝使用熱塑性有機(jī)物的低溫固化或熱固性有機(jī)物的高溫固化。粉末和有機(jī)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(zhǔn)確,光潔度高,結(jié)構(gòu)緊湊。采用主用成型機(jī)大大提高了生產(chǎn)效率。


  在 1970 年代末和 1980 年代初,注塑工藝被應(yīng)用于形成陶瓷零件。它是一種通過添加大量有機(jī)物實(shí)現(xiàn)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(shù)除了使用熱塑性有機(jī)物(聚乙烯、聚苯乙烯等)、熱固性有機(jī)物(環(huán)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(rùn)滑劑和偶聯(lián)劑等助劑,以提高陶瓷注射懸浮液的流動(dòng)性,保障注射成型的質(zhì)量。


  注塑成型工藝具有自動(dòng)化程度高、成型坯料尺寸準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn),然而,注塑陶瓷部件的生坯的有機(jī)含量可高達(dá) 50 vol%。這些有機(jī)物在隨后的燒成過程中需要很長(zhǎng)的時(shí)間,從幾天到幾十天,才能解吸出來(lái),容易造成質(zhì)量的不足。


  7、膠體注射成型


  為解決有機(jī)物添加量大的問題,克服傳統(tǒng)注塑工藝的難點(diǎn),某大學(xué)創(chuàng)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(jī),實(shí)現(xiàn)了注射無(wú)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(jié)合,并采用獨(dú)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(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種新工藝使用不到 4wt.% 的有機(jī)物。它是利用水基懸浮液中的少量有機(jī)單體或有機(jī)化合物,在注入模具后迅速導(dǎo)向有機(jī)單體聚合,形成有機(jī)網(wǎng)絡(luò)骨架,使陶瓷粉體均勻包覆增加。其中,不僅沖刷時(shí)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(qū)別。主要區(qū)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(tǒng)的陶瓷注射成型概念。將膠體成型和注射成型相結(jié)合,一種新的固化技術(shù),具有獨(dú)特的注射單元和膠體原位成型工藝,可實(shí)現(xiàn)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(tǒng)的注射成型,先進(jìn)成型自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)是膠體成型工藝的質(zhì)升華,是高科技陶瓷產(chǎn)業(yè)化的希望。