Chín quy trình đúc chính xác của gốm sứ zirconia

Chín quy trình đúc chính xác của gốm sứ zirconia
Quá trình đúc đóng vai trò liên kết trong toàn bộ quá trình chuẩn bị vật liệu gốm và là chìa khóa để đảm bảo độ tin cậy về hiệu suất và độ lặp lại trong sản xuất của vật liệu và linh kiện gốm.
Với sự phát triển của xã hội, phương pháp nhào bằng tay truyền thống, phương pháp tạo hình bánh xe, phương pháp phun vữa, v.v. của gốm sứ truyền thống không còn đáp ứng được nhu cầu sản xuất và tinh chế của xã hội hiện đại, vì vậy một quy trình đúc khuôn mới đã ra đời.Vật liệu gốm mịn ZrO2 được sử dụng rộng rãi trong 9 loại quy trình đúc sau (2 loại phương pháp khô và 7 loại phương pháp ướt):

1. Đúc khô

1.1 Ép khô

Ép khô sử dụng áp lực để ép bột gốm thành hình dạng nhất định của thân máy.Bản chất của nó là dưới tác dụng của ngoại lực, các hạt bột tiếp cận nhau trong khuôn và được kết hợp chắc chắn bằng ma sát bên trong để duy trì hình dạng nhất định.Khiếm khuyết chính của thân xanh ép khô là hiện tượng nứt vỡ, nguyên nhân là do ma sát bên trong giữa bột và ma sát giữa bột và thành khuôn, dẫn đến tổn thất áp suất bên trong thân.

Ưu điểm của ép khô là kích thước thân xanh chính xác, vận hành đơn giản, thuận tiện thực hiện vận hành cơ giới hóa;hàm lượng ẩm và chất kết dính trong quá trình ép khô xanh ít hơn, độ co ngót khi sấy và nung nhỏ.Nó chủ yếu được sử dụng để tạo thành các sản phẩm có hình dạng đơn giản và tỷ lệ khung hình nhỏ.Chi phí sản xuất tăng do mài mòn khuôn là nhược điểm của ép khô.

1.2 Quá trình ép đẳng tĩnh

Ép đẳng tĩnh là phương pháp tạo hình đặc biệt được phát triển trên cơ sở ép khô truyền thống.Nó sử dụng áp suất truyền chất lỏng để tạo áp suất đồng đều lên bột bên trong khuôn đàn hồi từ mọi hướng.Do tính nhất quán của áp suất bên trong của chất lỏng, bột chịu áp suất như nhau theo mọi hướng, do đó có thể tránh được sự khác biệt về mật độ của vật xanh.

Ép đẳng tĩnh được chia thành ép đẳng tĩnh túi ướt và ép đẳng tĩnh túi khô.Quá trình ép đẳng tĩnh túi ướt có thể tạo thành các sản phẩm có hình dạng phức tạp nhưng chỉ có thể hoạt động không liên tục.Ép đẳng tĩnh túi khô có thể thực hiện hoạt động tự động liên tục, nhưng chỉ có thể tạo thành các sản phẩm có hình dạng đơn giản như mặt cắt hình vuông, tròn và hình ống.Quá trình ép đẳng tĩnh có thể thu được thân màu xanh lá cây đồng đều và dày đặc, độ co khi nung nhỏ và độ co đồng đều theo mọi hướng, nhưng thiết bị phức tạp và đắt tiền, hiệu quả sản xuất không cao và chỉ phù hợp để sản xuất các vật liệu đặc biệt. yêu cầu.

2. Tạo hình ướt

2.1 Vữa
Quá trình đúc vữa tương tự như đúc băng, điểm khác biệt là quá trình đúc bao gồm quá trình khử nước vật lý và quá trình đông tụ hóa học.Quá trình khử nước vật lý sẽ loại bỏ nước trong bùn thông qua hoạt động mao dẫn của khuôn thạch cao xốp.Ca2+ sinh ra do sự hòa tan bề mặt CaSO4 làm tăng cường độ ion của hỗn hợp huyền phù, dẫn đến sự kết tụ của hỗn hợp huyền phù.
Dưới tác động của quá trình khử nước vật lý và đông tụ hóa học, các hạt bột gốm sẽ lắng đọng trên thành khuôn thạch cao.Vữa thích hợp cho việc chuẩn bị các bộ phận gốm quy mô lớn với hình dạng phức tạp, nhưng chất lượng của thân xanh, bao gồm hình dạng, mật độ, độ bền, v.v., kém, cường độ lao động của công nhân cao và không phù hợp. cho các hoạt động tự động.

2.2 Đúc khuôn nóng
Đúc khuôn nóng là trộn bột gốm với chất kết dính (parafin) ở nhiệt độ tương đối cao (60 ~ 100oC) để thu được bùn cho đúc khuôn nóng.Bùn được bơm vào khuôn kim loại dưới tác dụng của khí nén và áp suất được duy trì.Làm nguội, tháo khuôn để thu được phôi sáp, phôi sáp được tẩy sáp dưới sự bảo vệ của bột trơ để thu được thân xanh, thân xanh được thiêu kết ở nhiệt độ cao để trở thành sứ.

Thân xanh được hình thành bằng phương pháp đúc khuôn nóng có kích thước chính xác, cấu trúc bên trong đồng nhất, ít mài mòn khuôn và hiệu quả sản xuất cao, phù hợp với nhiều loại nguyên liệu thô khác nhau.Nhiệt độ của hỗn hợp sáp và khuôn cần được kiểm soát chặt chẽ, nếu không sẽ gây ra hiện tượng ép phun hoặc biến dạng, do đó không phù hợp để sản xuất các bộ phận lớn, quy trình nung hai bước phức tạp và tiêu thụ năng lượng cao.

2.3 Đúc băng
Đúc băng là trộn hoàn toàn bột gốm với một lượng lớn chất kết dính hữu cơ, chất làm dẻo, chất phân tán, v.v. để thu được bùn nhớt có thể chảy được, thêm bùn vào phễu của máy đúc và sử dụng máy cạo để kiểm soát độ dày.Nó chảy ra băng tải thông qua vòi cấp liệu và thu được màng trắng sau khi sấy khô.

Quá trình này phù hợp cho việc chuẩn bị vật liệu phim.Để có được độ linh hoạt tốt hơn, một lượng lớn chất hữu cơ được thêm vào và các thông số quy trình phải được kiểm soát chặt chẽ, nếu không sẽ dễ gây ra các khuyết tật như bong tróc, sọc, độ bền màng thấp hoặc khó bong tróc.Chất hữu cơ được sử dụng là độc hại và sẽ gây ô nhiễm môi trường, vì vậy nên sử dụng hệ thống không độc hại hoặc ít độc hại hơn để giảm ô nhiễm môi trường.

2.4 Ép phun gel
Công nghệ ép phun gel là một quy trình tạo mẫu nhanh dạng keo mới được phát minh lần đầu tiên bởi các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge vào đầu những năm 1990.Cốt lõi của nó là việc sử dụng các dung dịch monome hữu cơ để polyme hóa thành các gel dung môi-polyme có độ bền cao, liên kết ngang.

Một hỗn hợp bột gốm hòa tan trong dung dịch monome hữu cơ được đúc trong khuôn và hỗn hợp monome trùng hợp để tạo thành một phần dạng gel.Vì dung môi polyme liên kết ngang chỉ chứa 10%–20% polyme (khối lượng), nên dễ dàng loại bỏ dung môi khỏi phần gel bằng bước làm khô.Đồng thời, do sự liên kết ngang của các polyme nên các polyme không thể di chuyển theo dung môi trong quá trình sấy khô.

Phương pháp này có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận gốm sứ một pha và composite, có thể tạo thành các bộ phận gốm có hình dạng phức tạp, gần giống như lưới và độ bền xanh của nó cao tới 20-30Mpa trở lên, có thể được xử lý lại.Vấn đề chính của phương pháp này là tốc độ co rút của thân phôi tương đối cao trong quá trình cô đặc, dễ dẫn đến thân phôi bị biến dạng;một số monome hữu cơ có tác dụng ức chế oxy, khiến bề mặt bị bong tróc và bong ra;do quá trình trùng hợp monome hữu cơ do nhiệt độ gây ra, khiến việc cạo nhiệt độ dẫn đến tồn tại ứng suất bên trong, khiến phôi bị vỡ, v.v.

2.5 Đúc phun hóa rắn trực tiếp
Đúc phun hóa rắn trực tiếp là công nghệ đúc được phát triển bởi ETH Zurich: nước dung môi, bột gốm và các chất phụ gia hữu cơ được trộn hoàn toàn để tạo thành bùn ổn định tĩnh điện, độ nhớt thấp, hàm lượng chất rắn cao, có thể thay đổi bằng cách thêm Bùn pH hoặc hóa chất làm tăng nồng độ chất điện phân, sau đó bùn được bơm vào khuôn không xốp.

Kiểm soát tiến độ của các phản ứng hóa học trong quá trình.Phản ứng trước khi ép phun được thực hiện chậm, độ nhớt của bùn được giữ ở mức thấp và phản ứng được tăng tốc sau khi ép phun, bùn cứng lại và bùn lỏng được chuyển thành thể rắn.Thân xanh thu được có tính chất cơ học tốt và độ bền có thể đạt tới 5kPa.Phần thân màu xanh lá cây được tháo khuôn, sấy khô và thiêu kết để tạo thành một phần gốm có hình dạng mong muốn.

Ưu điểm của nó là không cần hoặc chỉ cần một lượng nhỏ phụ gia hữu cơ (dưới 1%), thân xanh không cần tẩy dầu mỡ, mật độ thân xanh đồng đều, mật độ tương đối cao (55%~ 70%), và nó có thể tạo thành các bộ phận gốm có kích thước lớn và hình dạng phức tạp.Nhược điểm của nó là các chất phụ gia đắt tiền và khí thường thoát ra trong quá trình phản ứng.

2.6 Ép phun
Ép phun từ lâu đã được sử dụng trong việc đúc các sản phẩm nhựa và đúc khuôn kim loại.Quá trình này sử dụng phương pháp xử lý nhiệt độ thấp của chất hữu cơ nhiệt dẻo hoặc xử lý chất hữu cơ nhiệt rắn ở nhiệt độ cao.Bột và chất mang hữu cơ được trộn trong một thiết bị trộn đặc biệt, sau đó được bơm vào khuôn dưới áp suất cao (hàng chục đến hàng trăm MPa).Do áp suất đúc lớn nên phôi thu được có kích thước chính xác, độ mịn cao và kết cấu nhỏ gọn;việc sử dụng các thiết bị đúc đặc biệt giúp cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất.

Vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980, quy trình ép phun được áp dụng để đúc các bộ phận bằng gốm.Quá trình này thực hiện việc đúc nhựa các vật liệu cằn cỗi bằng cách thêm một lượng lớn chất hữu cơ, đây là quy trình đúc nhựa gốm phổ biến.Trong công nghệ ép phun, ngoài việc sử dụng các chất hữu cơ nhiệt dẻo (như polyetylen, polystyren), các chất hữu cơ nhiệt rắn (như nhựa epoxy, nhựa phenolic) hoặc các polyme tan trong nước làm chất kết dính chính, cần bổ sung thêm một số lượng nhất định của quá trình. các chất hỗ trợ như chất làm dẻo, chất bôi trơn và chất kết nối để cải thiện tính lưu động của huyền phù phun gốm và đảm bảo chất lượng của thân đúc phun.

Quá trình ép phun có ưu điểm là mức độ tự động hóa cao và kích thước chính xác của phôi đúc.Tuy nhiên, hàm lượng hữu cơ trong phần thân xanh của các bộ phận gốm đúc phun cao tới 50vol%.Phải mất một thời gian dài, thậm chí vài ngày đến hàng chục ngày để loại bỏ các chất hữu cơ này trong quá trình thiêu kết tiếp theo và rất dễ gây ra sai sót về chất lượng.

2.7 Đúc phun keo
Để giải quyết vấn đề về lượng lớn chất hữu cơ được thêm vào và khó khăn trong việc loại bỏ những khó khăn trong quy trình ép phun truyền thống, Đại học Thanh Hoa đã đề xuất một cách sáng tạo một quy trình mới để ép phun keo cho gốm sứ và phát triển độc lập nguyên mẫu ép phun keo để thực hiện việc tiêm bùn gốm cằn cỗi.hình thành.

Ý tưởng cơ bản là kết hợp đúc keo với ép phun, sử dụng thiết bị phun độc quyền và công nghệ xử lý mới được cung cấp bởi quy trình đúc đông đặc keo tại chỗ.Quy trình mới này sử dụng ít hơn 4% trọng lượng chất hữu cơ.Một lượng nhỏ monome hữu cơ hoặc hợp chất hữu cơ trong huyền phù gốc nước được sử dụng để nhanh chóng tạo ra phản ứng trùng hợp các monome hữu cơ sau khi bơm vào khuôn để tạo thành khung mạng hữu cơ, bao bọc đều bột gốm.Trong số đó, không chỉ thời gian khử keo được rút ngắn đáng kể mà khả năng bị nứt của quá trình khử keo cũng giảm đi rất nhiều.

Có một sự khác biệt rất lớn giữa ép phun gốm sứ và đúc keo.Sự khác biệt chính là cái trước thuộc loại đúc nhựa, và cái sau thuộc loại đúc bùn, nghĩa là bùn không có độ dẻo và là vật liệu cằn cỗi.Bởi vì bùn không có độ dẻo trong quá trình đúc keo nên ý tưởng truyền thống về ép phun gốm không thể được áp dụng.Nếu đúc keo được kết hợp với ép phun, thì việc ép phun keo vật liệu gốm được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị phun độc quyền và công nghệ xử lý mới được cung cấp bởi quy trình đúc keo tại chỗ.

Quy trình ép phun keo mới của gốm sứ khác với quy trình đúc keo thông thường và ép phun truyền thống.Ưu điểm của mức độ tự động hóa khuôn cao là sự thăng hoa về chất của quy trình đúc keo, điều này sẽ trở thành niềm hy vọng cho quá trình công nghiệp hóa gốm sứ công nghệ cao.