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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:2021-10-17| 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、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(cheng)型工(gong)藝在陶瓷(ci)材料的(de)整個制造(zao)過程(cheng)中起著重(zhong)要(yao)的(de)作用,是保障陶瓷(ci)材料和(he)部件(jian)生(sheng)產(chan)的(de)可靠(kao)性能(neng)和(he)可重(zhong)復性的(de)關鍵,應用較(jiao)為廣(guang)泛的(de)ZrO2精(jing)細陶瓷(ci)材料成(cheng)型工(gong)藝主要(yao)有以下(xia)9種(zhong)(干法(fa)2種(zhong),濕法(fa)7種(zhong))。


  一、干法成型


  1、干壓成型


  干壓(ya)使用壓(ya)力將陶瓷粉(fen)(fen)末(mo)壓(ya)制成適合身體的(de)特定形狀,其本質(zhi)是在外力的(de)作用下,粉(fen)(fen)末(mo)顆粒在模具(ju)中相互靠近,并通過內摩(mo)擦緊密結合,保持特定的(de)形狀。干壓(ya)生坯的(de)主(zhu)要(yao)缺(que)陷是剝落(luo)。這是由于(yu)粉(fen)(fen)末(mo)之(zhi)間的(de)內部(bu)摩(mo)擦以及粉(fen)(fen)末(mo)與(yu)模具(ju)壁(bi)之(zhi)間的(de)摩(mo)擦,導致(zhi)主(zhu)體中的(de)壓(ya)力損失。


  干壓(ya)的(de)優(you)點(dian)是坯體尺寸(cun)準確,操作(zuo)簡單(dan),便于(yu)實現機(ji)械化操作(zuo)。生(sheng)坯干壓(ya)機(ji)含(han)水量和粘(zhan)結劑含(han)量低,干燥、燒成(cheng)收縮率小。主要用于(yu)成(cheng)型形狀簡單(dan)、縱(zong)橫比小的(de)產(chan)品(pin),由于(yu)模具(ju)磨損而增加的(de)生(sheng)產(chan)成(cheng)本是干壓(ya)的(de)一個缺點(dian)。


  2、等靜壓成型


  等靜(jing)壓(ya)是(shi)在(zai)傳統干壓(ya)的(de)基礎(chu)上發展(zhan)起來的(de)一(yi)種特別成型方(fang)(fang)法,流(liu)體傳遞的(de)壓(ya)力(li)(li)用于在(zai)彈性(xing)模具中(zhong)向各個方(fang)(fang)向均(jun)勻地壓(ya)制粉末(mo)。由(you)于流(liu)體內部壓(ya)力(li)(li)的(de)一(yi)致性(xing),粉末(mo)在(zai)各個方(fang)(fang)向上承受相(xiang)同的(de)壓(ya)力(li)(li),從而避(bi)免了壓(ya)塊中(zhong)的(de)密(mi)度差異。


  等(deng)(deng)靜壓(ya)(ya)可分為濕(shi)袋(dai)等(deng)(deng)靜壓(ya)(ya)和干袋(dai)等(deng)(deng)靜壓(ya)(ya),濕(shi)袋(dai)等(deng)(deng)靜壓(ya)(ya)機可以(yi)成型復(fu)雜(za)形(xing)狀的產品,但它們只(zhi)能(neng)(neng)間歇性地工作。干袋(dai)等(deng)(deng)靜壓(ya)(ya)機可實現自動連續作業,但只(zhi)能(neng)(neng)成型方形(xing)、圓(yuan)形(xing)、管狀截面等(deng)(deng)簡單形(xing)狀的產品。等(deng)(deng)靜壓(ya)(ya)可以(yi)得(de)到均勻致密(mi)的生(sheng)坯,燒成收縮(suo)小,各(ge)方向收縮(suo)均勻,但設備復(fu)雜(za)昂(ang)貴,生(sheng)產效率不高(gao),而且(qie)特(te)別適合材料生(sheng)產要求。


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  二、濕法成型


  1、注漿成型


  注漿(jiang)成(cheng)(cheng)型工(gong)藝與(yu)流延成(cheng)(cheng)型類似(si),不同(tong)之處(chu)在于成(cheng)(cheng)型工(gong)藝包括物理脫水和化學凝固工(gong)藝。物理脫水通(tong)過多孔石膏(gao)模具(ju)的毛細作用除去漿(jiang)料中的水。由表面 CaSO4 溶解產生的 Ca2+ 增加了漿(jiang)料的離(li)子強度并導致漿(jiang)料團聚。


  通(tong)過物理(li)脫水和化學(xue)凝(ning)固的(de)作用(yong),陶瓷粉末顆(ke)粒在石膏模壁上沉積形(xing)成(cheng)。注(zhu)漿適用(yong)于生(sheng)產形(xing)狀復雜的(de)大(da)型精密氧化鋯(gao)陶瓷零(ling)件,但(dan)形(xing)狀、密度、強度等(deng)生(sheng)坯質量低,工(gong)人(ren)勞動強度大(da),不適合用(yong)于自動化操作。


  2、熱壓鑄成型


  熱(re)壓(ya)鑄(zhu)涉及將陶瓷(ci)粉末(mo)與(yu)粘合劑(石蠟(la)(la))在(zai)相對(dui)較高的(de)溫(wen)度(60-100°C)下(xia)混合,以獲得用(yong)(yong)于(yu)熱(re)壓(ya)鑄(zhu)的(de)漿(jiang)料,將漿(jiang)料在(zai)壓(ya)縮空(kong)氣的(de)作(zuo)用(yong)(yong)后注入(ru)模具以保(bao)持壓(ya)力。冷(leng)卻得到(dao)蠟(la)(la)坯(pi),脫(tuo)模,在(zai)惰性粉末(mo)保(bao)護下(xia)將蠟(la)(la)坯(pi)脫(tuo)蠟(la)(la)得到(dao)坯(pi)體,將坯(pi)體在(zai)高溫(wen)下(xia)燒結成瓷(ci)。


  熱壓鑄成型(xing)的坯體尺寸準確(que),內部結構均勻,模具(ju)磨損(sun)小,生產效率高,適(shi)用于多種原材料。需要嚴格控制(zhi)蠟漿和模具(ju)溫度。否則(ze)會出(chu)現(xian)注(zhu)塑不足和變形,所以不適(shi)合(he)生產大型(xing)零件。此外(wai),兩步燒制(zhi)工藝(yi)復雜,能(neng)耗高。


  3、流延成型


  流延澆注(zhu)是將陶瓷(ci)粉末與大量有(you)機粘(zhan)合(he)劑、增塑劑、分(fen)散(san)劑等充分(fen)混合(he),得(de)(de)到(dao)(dao)流動的粘(zhan)稠漿料(liao)(liao),將漿料(liao)(liao)加入(ru)澆注(zhu)機的料(liao)(liao)斗中,用刮板來控(kong)制(zhi)。厚度由它通過進料(liao)(liao)噴嘴流出到(dao)(dao)傳送帶上,干燥后得(de)(de)到(dao)(dao)薄膜(mo)坯料(liao)(liao)。


  該工藝適用(yong)于制(zhi)(zhi)備薄膜材料,為了獲得更(geng)好(hao)的(de)柔韌性(xing),大(da)有機物的(de)加入(ru)量需要大(da),工藝參(can)數(shu)需要嚴(yan)格控制(zhi)(zhi),否則容易(yi)出現(xian)分(fen)層、條痕(hen)、薄膜強度降低(di)或分(fen)層困難等缺陷(xian)。


  4、凝膠注模成型


  凝膠(jiao)注射成(cheng)(cheng)型(xing)技術(shu)是一種(zhong)新的膠(jiao)體(ti)快速(su)成(cheng)(cheng)型(xing)工藝(yi),開始(shi)由國外一家實驗室的研究人員在 1990 年代(dai)初(chu)發明。其主要是使(shi)用有機(ji)單體(ti)溶(rong)液聚(ju)合成(cheng)(cheng)高強度、橫向結合的聚(ju)合物溶(rong)劑凝膠(jiao)。


  將(jiang)通過(guo)(guo)將(jiang)陶瓷(ci)粉末溶解在有機單(dan)體(ti)溶液(ye)中(zhong)(zhong)而獲(huo)得的漿料(liao)倒入模(mo)具中(zhong)(zhong),并使單(dan)體(ti)混(hun)合物(wu)聚(ju)合以形成凝(ning)膠部(bu)分。由于橫(heng)向結合的聚(ju)合物(wu)-溶劑(ji)僅包含10%至(zhi)20%(質量分數)的聚(ju)合物(wu),因此很容易通過(guo)(guo)干燥過(guo)(guo)程從(cong)凝(ning)膠部(bu)分除(chu)去溶劑(ji)。同(tong)時,聚(ju)合物(wu)的橫(heng)向連(lian)通性防止其在干燥過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)隨溶劑(ji)移(yi)動。


  此法可(ke)(ke)生產單(dan)相及復合(he)陶瓷(ci)零件,可(ke)(ke)形成形狀復雜、準凈尺(chi)寸的(de)陶瓷(ci)零件,其生坯強度(du)高(gao)達20-30Mpa以上,可(ke)(ke)再(zai)加(jia)工。這種方法的(de)主要問題是(shi)在致(zhi)(zhi)密化過程中胚體(ti)的(de)收(shou)縮率比較高(gao),容(rong)易造(zao)成胚體(ti)變形。一些有機(ji)單(dan)體(ti)具有氧控制作(zuo)用,導致(zhi)(zhi)表面剝落或(huo)脫落。由于有機(ji)單(dan)體(ti)的(de)聚合(he)過程受溫度(du)影響,調溫會(hui)導致(zhi)(zhi)內應(ying)力的(de)存在,從而(er)導致(zhi)(zhi)坯料斷裂等。


  5、直接凝固注模成型


  直接凝固(gu)注塑(su)成型(xing)是(shi)蘇黎世聯(lian)邦(bang)理工學院開發的一(yi)種成型(xing)技術,將(jiang)溶(rong)劑水、陶瓷(ci)粉末和有機添加(jia)劑徹(che)底混合,形(xing)成靜電穩定、低粘(zhan)度(du)、高(gao)固(gu)體含量的漿料。這可以通過添加(jia)漿料 pH 值或(huo)化(hua)學品來改變,增(zeng)加(jia)電解(jie)液濃(nong)度(du),然后將(jiang)漿液倒入無孔(kong)模具(ju)中(zhong)。


  它控制過程中化學(xue)反(fan)應(ying)的(de)進程。注(zhu)射成(cheng)型(xing)前反(fan)應(ying)緩慢,漿(jiang)料(liao)(liao)粘度保持(chi)較低,注(zhu)射成(cheng)型(xing)后反(fan)應(ying)加速,使漿(jiang)料(liao)(liao)固化,將流體漿(jiang)料(liao)(liao)轉變為固體。所得生坯具有良(liang)好的(de)力(li)學(xue)性能,強度可達5 kPa。將生坯從(cong)模具中取出,干燥并(bing)燒(shao)結(jie)以(yi)形成(cheng)所需(xu)形狀的(de)陶瓷部件。


  其優點(dian)是(shi)不需(xu)(xu)要(yao)或(huo)只需(xu)(xu)要(yao)少量(liang)有機添(tian)加(jia)劑(小于1%),無(wu)需(xu)(xu)對(dui)生(sheng)(sheng)坯進行(xing)脫脂,生(sheng)(sheng)坯密(mi)度均勻,相對(dui)密(mi)度高(gao)(55%~70%),可成(cheng)型大(da)和(he)復(fu)雜形狀的陶(tao)瓷零件(jian)。缺點(dian)是(shi)添(tian)加(jia)劑價格昂(ang)貴(gui),反應(ying)過(guo)程中(zhong)通常會釋放氣體(ti)。


  6、注塑成型


  注(zhu)(zhu)塑成(cheng)(cheng)型(xing)長(chang)期以來一(yi)直用(yong)于(yu)成(cheng)(cheng)型(xing)塑料制品(pin)和(he)(he)模(mo)具,該工藝(yi)使用(yong)熱塑性有機(ji)(ji)物(wu)的低溫固(gu)(gu)化(hua)或熱固(gu)(gu)性有機(ji)(ji)物(wu)的高溫固(gu)(gu)化(hua)。粉末(mo)和(he)(he)有機(ji)(ji)載(zai)體在(zai)主用(yong)混合裝置中(zhong)混合,并在(zai)高壓(ya)(幾(ji)十到(dao)幾(ji)百兆(zhao)帕)注(zhu)(zhu)入模(mo)具中(zhong)。由于(yu)成(cheng)(cheng)型(xing)壓(ya)力(li)高,所(suo)得到(dao)的坯料尺寸(cun)準確,光潔(jie)度高,結(jie)構緊湊。采用(yong)主用(yong)成(cheng)(cheng)型(xing)機(ji)(ji)大大提高了(le)生(sheng)產效率。


  在(zai) 1970 年代末(mo)和(he) 1980 年代初(chu),注塑(su)工藝(yi)(yi)被應用(yong)于形成陶(tao)(tao)瓷零件。它是一種通過添加大(da)量有機(ji)物實現貧(pin)瘠(ji)材料(liao)塑(su)料(liao)成型(xing)的(de)工藝(yi)(yi),是精密氧化鋯(gao)陶(tao)(tao)瓷常用(yong)的(de)塑(su)料(liao)成型(xing)工藝(yi)(yi),注塑(su)成型(xing)技術除了使用(yong)熱塑(su)性有機(ji)物(聚乙烯、聚苯乙烯等(deng))、熱固性有機(ji)物(環氧樹(shu)脂(zhi)、酚醛樹(shu)脂(zhi)等(deng))或水溶性聚合(he)物作(zuo)為(wei)主(zhu)要(yao)粘合(he)劑(ji)外,還需要(yao)添加一些工藝(yi)(yi)。增塑(su)劑(ji)、潤滑劑(ji)和(he)偶聯(lian)劑(ji)等(deng)助(zhu)劑(ji),以提高陶(tao)(tao)瓷注射懸浮液的(de)流動(dong)性,保障注射成型(xing)的(de)質量。


  注(zhu)塑成(cheng)型(xing)工藝具有自動化程度高、成(cheng)型(xing)坯料尺寸準確等(deng)優點(dian),然(ran)而,注(zhu)塑陶瓷部件的(de)生(sheng)坯的(de)有機(ji)含量(liang)可高達(da) 50 vol%。這些有機(ji)物在隨后的(de)燒成(cheng)過程中需要很(hen)長的(de)時間(jian),從幾天(tian)到幾十天(tian),才能解吸出(chu)來(lai),容易造成(cheng)質量(liang)的(de)不足。


  7、膠體注射成型


  為(wei)解(jie)決(jue)有機(ji)物添加量大的問題,克(ke)服(fu)傳(chuan)統(tong)注(zhu)(zhu)塑工藝(yi)的難(nan)點,某大學(xue)創(chuang)造性地(di)提出了陶(tao)瓷(ci)膠體注(zhu)(zhu)射(she)成型(xing)的新工藝(yi),然后研制了自己的膠體注(zhu)(zhu)射(she)成型(xing)樣(yang)機(ji),實現了注(zhu)(zhu)射(she)無菌陶(tao)瓷(ci)漿液形(xing)狀。


  其基本思(si)想(xiang)是將膠體成(cheng)型(xing)(xing)和(he)注(zhu)射成(cheng)型(xing)(xing)相結合(he),并(bing)采用(yong)獨特(te)的注(zhu)射裝置和(he)膠體原位凝固(gu)成(cheng)型(xing)(xing)方法,以一(yi)種(zhong)新(xin)的固(gu)化(hua)技(ji)術來實現。這種(zhong)新(xin)工藝使用(yong)不到 4wt.% 的有機(ji)物(wu)。它是利用(yong)水(shui)基懸浮液中的少量有機(ji)單體或有機(ji)化(hua)合(he)物(wu),在注(zhu)入模具后(hou)迅速導(dao)向有機(ji)單體聚(ju)合(he),形成(cheng)有機(ji)網絡骨架(jia),使陶(tao)瓷粉體均(jun)勻包覆(fu)增加。其中,不僅(jin)沖刷時間(jian)大(da)大(da)減少,沖刷裂縫的可能性也大(da)大(da)降(jiang)低。


  精密氧化(hua)(hua)鋯(gao)陶(tao)(tao)瓷的(de)(de)(de)注(zhu)塑成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)和(he)膠(jiao)體(ti)成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)有(you)很大的(de)(de)(de)區別(bie)。主要(yao)區別(bie)在于前者屬(shu)于塑料成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)的(de)(de)(de)范(fan)疇,而后者屬(shu)于漿(jiang)料成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)的(de)(de)(de)范(fan)疇。也就是說,漿(jiang)料沒(mei)有(you)可塑性,是一種貧(pin)瘠的(de)(de)(de)材料。在膠(jiao)體(ti)成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)中,漿(jiang)料缺乏可塑性,因此不能使用傳統的(de)(de)(de)陶(tao)(tao)瓷注(zhu)射(she)成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)概(gai)念(nian)。將膠(jiao)體(ti)成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)和(he)注(zhu)射(she)成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)相結合(he),一種新的(de)(de)(de)固(gu)化(hua)(hua)技(ji)術,具有(you)獨(du)特的(de)(de)(de)注(zhu)射(she)單元和(he)膠(jiao)體(ti)原位成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)工藝,可實現陶(tao)(tao)瓷材料的(de)(de)(de)膠(jiao)體(ti)注(zhu)射(she)成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)。


  陶(tao)瓷膠體(ti)注(zhu)射成(cheng)型(xing)的(de)新(xin)工藝(yi)(yi)不同(tong)于(yu)普通的(de)膠體(ti)成(cheng)型(xing)和(he)傳統的(de)注(zhu)射成(cheng)型(xing),先(xian)進成(cheng)型(xing)自(zi)動化的(de)優勢是(shi)膠體(ti)成(cheng)型(xing)工藝(yi)(yi)的(de)質升(sheng)華,是(shi)高科技陶(tao)瓷產業化的(de)希(xi)望(wang)。