Цирконий керамикасын тогуз тактык менен калыптоо процесси

Цирконий керамикасын тогуз тактык менен калыптоо процесси
Калыптоо процесси керамикалык материалдарды даярдоонун бүтүндөй процессинде байланыштыруучу ролду ойнойт жана керамикалык материалдардын жана компоненттердин иштөөсүнүн ишенимдүүлүгүн жана өндүрүштүн кайталанышын камсыз кылуунун ачкычы болуп саналат.
Коомдун өнүгүшү менен салттуу керамиканы кол менен жууруу, дөңгөлөктөрдү калыптоо, цементтөө ж.б. сыяктуу салттуу керамика буюмдары заманбап коомдун өндүрүш жана өркүндөтүү муктаждыктарын канааттандыра албай калгандыктан, жаңы калыптоо процесси пайда болду. ZrO2 майда керамикалык материалдары төмөнкү 9 түрдөгү калыптоо процесстеринде кеңири колдонулат (2 түрдөгү кургак ыкмалар жана 7 түрдөгү нымдуу ыкмалар):

1. Кургак калыптоо

1.1 Кургак пресстөө

Кургак пресстөө керамикалык порошокту корпустун белгилүү бир формасына келтирүү үчүн басымды колдонот. Анын маңызы, тышкы күчтүн таасири астында порошок бөлүкчөлөрү калыпта бири-бирине жакындап, белгилүү бир форманы сактоо үчүн ички сүрүлүү менен бекем биригет. Кургак пресстелген жашыл корпустардын негизги кемчилиги - бул спалладашуу, ал порошоктордун ортосундагы ички сүрүлүүдөн жана порошоктор менен калыптын дубалынын ортосундагы сүрүлүүдөн келип чыгат, натыйжада корпустун ичинде басымдын жоголушуна алып келет.

Кургак пресстөөнүн артыкчылыктары: жашыл корпустун өлчөмү так, операция жөнөкөй жана механикалаштырылган операцияны ишке ашырууга ыңгайлуу; жашыл кургак пресстөөдө нымдуулуктун жана байланыштыруучу заттардын курамы аз, ал эми кургатуу жана күйгүзүү учурундагы кичирейүү аз. Ал негизинен жөнөкөй формадагы буюмдарды жасоодо колдонулат жана пропорциясы аз. Калыптын эскиришинен улам өндүрүш наркынын жогорулашы кургак пресстөөнүн кемчилиги болуп саналат.

1.2 Изостатикалык пресстөө

Изостатикалык пресстөө - бул салттуу кургак пресстөөнүн негизинде иштелип чыккан атайын калыптоо ыкмасы. Ал суюктуктун өткөрүү басымын колдонуп, ийкемдүү калыптын ичиндеги порошокко бардык багыттар боюнча бирдей басым жасайт. Суюктуктун ички басымынын ырааттуулугунан улам, порошок бардык багыттар боюнча бирдей басымга ээ, ошондуктан жашыл дененин тыгыздыгынын айырмачылыгынан качууга болот.

Изостатикалык пресстөө нымдуу баштык изостатикалык пресстөө жана кургак баштык изостатикалык пресстөө болуп бөлүнөт. Нымдуу баштык изостатикалык пресстөө татаал формадагы буюмдарды жасай алат, бирок ал үзгүлтүктүү гана иштей алат. Кургак баштык изостатикалык пресстөө автоматтык түрдө үзгүлтүксүз иштөөнү ишке ашыра алат, бирок төрт бурчтуу, тегерек жана түтүкчөлүү кесилиштер сыяктуу жөнөкөй формадагы буюмдарды гана жасай алат. Изостатикалык пресстөө бирдей жана тыгыз жашыл денени ала алат, кичинекей от жагуучу жана бардык багытта бирдей кичирейүү менен, бирок жабдуулар татаал жана кымбат, өндүрүштүн натыйжалуулугу жогору эмес жана ал атайын талаптары бар материалдарды өндүрүү үчүн гана ылайыктуу.

2. Нымдуу калыптандыруу

2.1 Шпаклевкалоо
Цемент куюу процесси лента куюуга окшош, айырмасы, калыптоо процесси физикалык суусуздандыруу процессин жана химиялык коагуляция процессин камтыйт. Физикалык суусуздандыруу тешиктүү гипс калыптын капиллярдык аракети аркылуу суспензиядагы сууну кетирет. Беттик CaSO4 эритүүсүнөн пайда болгон Ca2+ суспензиянын иондук күчүн жогорулатат, натыйжада суспензиянын флокуляциясы пайда болот.
Физикалык суусуздануу жана химиялык коагуляциянын таасири астында керамикалык порошок бөлүкчөлөрү гипс калыптын дубалына чөкмөлөнөт. Цементтөө татаал формадагы ири көлөмдөгү керамикалык тетиктерди даярдоого ылайыктуу, бирок жашыл корпустун сапаты, анын ичинде формасы, тыгыздыгы, бекемдиги ж.б. начар, жумушчулардын эмгек сыйымдуулугу жогору жана автоматташтырылган операцияларга ылайыктуу эмес.

2.2 Ысык куюу
Ысык калыпта куюу – бул керамикалык порошокту байланыштыруучу зат (парафин) менен салыштырмалуу жогорку температурада (60 ~ 100℃) аралаштырып, ысык калыпта куюу үчүн шлам алуу. Шлам кысылган абанын таасири астында металл калыпка куюлат жана басым сакталат. Мом бланкын алуу үчүн муздатуу, демонтаждоо, мом бланкы инерттүү порошоктун коргоосу астында парафинсиздендирилип, жашыл дене алынат, ал эми жашыл дене фарфорго айлануу үчүн жогорку температурада блендерленет.

Ысык калып куюу жолу менен пайда болгон жашыл корпус так өлчөмдөргө, бирдей ички түзүлүшкө, аз эскирүүгө жана жогорку өндүрүш натыйжалуулугуна ээ жана ар кандай чийки заттарга ылайыктуу. Мом шламынын жана калыптын температурасын катуу көзөмөлдөө керек, болбосо ал куюлбай калууга же деформацияга алып келет, ошондуктан ал чоң тетиктерди өндүрүүгө ылайыктуу эмес, эки баскычтуу күйгүзүү процесси татаал жана энергияны көп сарптайт.

2.3 Тасма куюу
Тасма куюу – бул керамикалык порошокту көп өлчөмдөгү органикалык байланыштыргычтар, пластификаторлор, дисперганттар ж.б. менен толугу менен аралаштырып, агып кетүүчү илешкек аралашманы алуу, аралашманы куюучу машинанын бункерине кошуу жана калыңдыгын көзөмөлдөө үчүн кыргычты колдонуу. Ал конвейердик лентага азыктандыруучу шланга аркылуу агып чыгат жана кургагандан кийин пленка бланкы алынат.

Бул процесс пленка материалдарын даярдоого ылайыктуу. Ийкемдүүлүктү жакшыртуу үчүн көп өлчөмдөгү органикалык заттар кошулат жана процесстин параметрлерин катуу көзөмөлдөө талап кылынат, антпесе ал сыйрылып кетүү, тактардын пайда болушу, пленканын бекемдигинин төмөндүгү же сыйрылып кетүүнүн кыйындашы сыяктуу кемчиликтерди оңой эле пайда кылат. Колдонулган органикалык заттар уулуу жана айлана-чөйрөнүн булганышына алып келет, ал эми айлана-чөйрөнүн булганышын азайтуу үчүн уулуу эмес же аз уулуу системаны мүмкүн болушунча көбүрөөк колдонуу керек.

2.4 Гель менен куюу
Гель инъекциялык калыптоо технологиясы – бул 1990-жылдардын башында Оак Ридж улуттук лабораториясынын изилдөөчүлөрү тарабынан ойлоп табылган жаңы коллоиддик тез прототиптөө процесси. Анын өзөгүндө жогорку бекемдиктеги, капталдан байланышкан полимер-эриткич гелдерге полимерленүүчү органикалык мономер эритмелери колдонулат.

Органикалык мономерлердин эритмесинде эритилген керамикалык порошоктун суспензиясы калыпка куюлат, ал эми мономер аралашмасы гель сымал бөлүктү пайда кылуу үчүн полимерленет. Капталдан байланышкан полимер-эриткичтин курамында 10%–20% (массалык үлүшү) гана полимер болгондуктан, кургатуу кадамы менен эриткичти гель бөлүктөн оңой алып салууга болот. Ошол эле учурда, полимерлердин капталдан туташуусунан улам, полимерлер кургатуу процессинде эриткич менен кошо жыла алышпайт.

Бул ыкманы бир фазалуу жана курама керамикалык тетиктерди жасоодо колдонсо болот, алар татаал формадагы, квази-торчо өлчөмүндөгү керамикалык тетиктерди түзө алат жана анын жашыл бекемдиги 20-30 Мпа же андан жогору, аны кайра иштетүүгө болот. Бул ыкманын негизги көйгөйү, тыгыздоо процессинде эмбриондун денесинин кичирейүү ылдамдыгы салыштырмалуу жогору, бул эмбриондун денесинин деформациясына оңой алып келет; кээ бир органикалык мономерлерде кычкылтектин ингибирлениши бар, бул бетинин сыйрылып, түшүп калышына алып келет; температуранын таасири астында органикалык мономердин полимерленүү процессинен улам, температуранын кесилиши ички стресстин пайда болушуна алып келет, бул боштуктардын сынышына жана башкаларга алып келет.

2.5 Түз катуулатуу үчүн инъекциялык калыптоо
Түз катуулантуу инжекциялык калыптоо - бул ETH Zurich тарабынан иштелип чыккан калыптоо технологиясы: эриткич суу, керамикалык порошок жана органикалык кошулмалар электростатикалык жактан туруктуу, аз илешкектүү, жогорку катуу курамы бар суспензияны түзүү үчүн толугу менен аралаштырылат, аны суспензиянын рН же электролиттин концентрациясын жогорулаткан химиялык заттарды кошуу менен өзгөртүүгө болот, андан кийин суспензия тешиксиз калыпка куюлат.

Процесс учурунда химиялык реакциялардын жүрүшүн көзөмөлдөңүз. Инъекциялык калыпка салууга чейинки реакция жай жүрөт, суспензиянын илешкектүүлүгү төмөн кармалат жана инъекциялык калыпка салуудан кийин реакция тездейт, суспензия катып калат жана суюк суспензия катуу денеге айланат. Алынган жашыл дене жакшы механикалык касиеттерге ээ жана бекемдиги 5 кПага жетиши мүмкүн. Жашыл дене каалаган формадагы керамикалык бөлүктү түзүү үчүн майдаланып, кургатылат жана бышыртылып күйөт.

Анын артыкчылыктары - ага аз өлчөмдөгү органикалык кошулмалардын кереги жок же бир гана керек (1% дан аз), жашыл корпусту майсыздандыруунун кажети жок, жашыл корпустун тыгыздыгы бирдей, салыштырмалуу тыгыздыгы жогору (55% ~ 70%) жана ал чоң өлчөмдөгү жана татаал формадагы керамикалык бөлүктөрүн түзө алат. Анын кемчилиги - кошулмалардын кымбаттыгы жана реакция учурунда газ көбүнчө бөлүнүп чыгат.

2.6 Инъекциялык калыптоо
Инъекциялык калыптоо көптөн бери пластмасса буюмдарын калыптоодо жана металл калыптарын калыптоодо колдонулуп келет. Бул процессте термопластикалык органикалык заттарды төмөнкү температурада айыктыруу же термосеттик органикалык заттарды жогорку температурада айыктыруу колдонулат. Порошок жана органикалык алып жүрүүчү атайын аралаштыруу жабдыгында аралаштырылып, андан кийин жогорку басым астында (ондогондон жүздөгөн МПага чейин) калыпка куюлат. Калыптоо басымынын чоңдугунан улам, алынган бланктар так өлчөмдөргө, жогорку жылмакайлыкка жана компакттуу түзүлүшкө ээ; атайын калыптоо жабдыктарын колдонуу өндүрүштүн натыйжалуулугун бир топ жакшыртат.

1970-жылдардын аягында жана 1980-жылдардын башында керамикалык тетиктерди калыптоого куюу процесси колдонулган. Бул процесс көп өлчөмдөгү органикалык заттарды кошуу менен чириген материалдарды пластикалык калыптоону ишке ашырат, бул кеңири таралган керамикалык пластикалык калыптоо процесси. Инъекциялык калыптоо технологиясында термопластикалык органикалык заттарды (мисалы, полиэтилен, полистирол), термореактивдүү органикалык заттарды (мисалы, эпоксиддик чайыр, фенолдук чайыр) же сууда эрүүчү полимерлерди негизги байланыштыруучу зат катары колдонуудан тышкары, керамикалык куюу суспензиясынын суюктугун жакшыртуу жана куюу менен калыпка салынган корпустун сапатын камсыз кылуу үчүн пластификаторлор, майлоочу материалдар жана бириктиргичтер сыяктуу белгилүү бир өлчөмдөгү процесстик жардамчыларды кошуу зарыл.

Инъекциялык калыптоо процессинин артыкчылыктары жогорку деңгээлдеги автоматташтыруу жана калыптоо бланкынын так өлчөмү болуп саналат. Бирок, инъекциялык калыптоо менен жасалган керамикалык тетиктердин жашыл корпусундагы органикалык курамы 50% га чейин жетет. Кийинки бышыруу процессинде бул органикалык заттарды жок кылуу үчүн көп убакыт талап кылынат, ал тургай бир нече күндөн ондогон күнгө чейин, жана сапат кемчиликтерин пайда кылуу оңой.

2.7 Коллоиддик инъекциялык калыптоо
Кошулган органикалык заттардын көп өлчөмү жана салттуу куюу процессиндеги кыйынчылыктарды жоюунун кыйынчылыгы көйгөйлөрүн чечүү үчүн, Цинхуа университети керамиканы коллоиддик куюу үчүн жаңы процессти чыгармачылык менен сунуштап, өз алдынча коллоиддик куюу прототибин иштеп чыгып, какырыксыз керамикалык шламды куюуну ишке ашырган.

Негизги идея - коллоиддик калыптоону инъекциялык калыптоо менен айкалыштыруу, менчик инъекциялык жабдууларды жана коллоиддик in-situ катуулантуу калыптоо процесси менен камсыздалган жаңы катуулатуу технологиясын колдонуу. Бул жаңы процессте 4% дан аз органикалык зат колдонулат. Суу негизиндеги суспензиядагы аз өлчөмдөгү органикалык мономерлер же органикалык кошулмалар калыпка сайылгандан кийин органикалык мономерлердин полимерленишин тез арада индукциялоо үчүн колдонулат, бул органикалык тармактык скелетти түзөт, ал керамикалык порошокту бирдей ороп турат. Алардын арасында, дегамминг убактысы гана эмес, дегаммингдин жарылуу мүмкүнчүлүгү да бир топ азаят.

Керамиканы куюп калыптоо менен коллоиддик калыптоонун ортосунда чоң айырма бар. Негизги айырмачылык - биринчиси пластикалык калыптоо категориясына кирет, ал эми экинчиси шлам калыптоого кирет, башкача айтканда, шламдын пластикасы жок жана алсыз материал. Коллоиддик калыптоодо шламдын пластикасы жок болгондуктан, керамикалык куюп калыптоонун салттуу идеясын кабыл алууга болбойт. Эгерде коллоиддик калыптоо куюп калыптоо менен айкалышса, керамикалык материалдарды коллоиддик куюп калыптоо менчик инъекциялык жабдууларды жана коллоиддик in-situ калыптоо процесси менен камсыздалган жаңы катуулатуу технологиясын колдонуу менен ишке ашырылат.

Керамиканы коллоиддик куюу менен калыптоонун жаңы процесси жалпы коллоиддик калыптоодон жана салттуу куюу менен калыптоодон айырмаланат. Калыптоону автоматташтыруунун жогорку даражасынын артыкчылыгы - коллоиддик калыптоо процессин сапаттуу сублимациялоо, бул жогорку технологиялуу керамиканы индустриялаштыруунун үмүтү болуп калат.