Ցիրկոնե կերամիկայի ինը ճշգրիտ ձուլման գործընթացներ

Ցիրկոնե կերամիկայի ինը ճշգրիտ ձուլման գործընթացներ
Ձուլման գործընթացը կապող դեր է խաղում կերամիկական նյութերի պատրաստման ամբողջ գործընթացում և կերամիկական նյութերի և բաղադրիչների կատարողականի հուսալիության և արտադրության կրկնելիության ապահովման բանալին է։
Հասարակության զարգացման հետ մեկտեղ, ավանդական կերամիկայի ավանդական ձեռքով հունցման եղանակը, անիվային ձևավորման եղանակը, մանրախճով քսման եղանակը և այլն այլևս չեն կարող բավարարել ժամանակակից հասարակության արտադրության և կատարելագործման կարիքները, ուստի ծնվել է նոր ձուլման գործընթաց: ZrO2 նուրբ կերամիկական նյութերը լայնորեն կիրառվում են հետևյալ 9 տեսակի ձուլման գործընթացներում (2 տեսակի չոր մեթոդներ և 7 տեսակի թաց մեթոդներ).

1. Չոր ձուլում

1.1 Չոր սեղմում

Չոր սեղմման ժամանակ կերամիկական փոշին որոշակի ձևի սեղմելու համար ճնշում է կիրառվում։ Դրա էությունն այն է, որ արտաքին ուժի ազդեցությամբ փոշու մասնիկները կաղապարում մոտենում են միմյանց և ամուր միանում են ներքին շփման միջոցով՝ որոշակի ձևը պահպանելու համար։ Չոր սեղմված կանաչ մարմինների հիմնական թերությունը փշրվելն է, որը պայմանավորված է փոշու միջև ներքին շփման և փոշու ու կաղապարի պատի միջև շփման հետևանքով, ինչը հանգեցնում է մարմնի ներսում ճնշման կորստի։

Չոր սեղմման առավելություններն այն են, որ կանաչ մարմնի չափը ճշգրիտ է, գործողությունը պարզ է, և հարմար է իրականացնել մեխանիզացված գործողություն, կանաչ չոր սեղմման մեջ խոնավության և կապակցանյութի պարունակությունը քիչ է, իսկ չորացման և թրծման կծկումը՝ փոքր։ Այն հիմնականում օգտագործվում է պարզ ձևերի արտադրանքներ ձևավորելու համար, և կողմերի հարաբերակցությունը փոքր է։ Չոր սեղմման թերությունն է կաղապարի մաշվածության պատճառով արտադրության արժեքի աճը։

1.2 Իզոստատիկ սեղմում

Իզոստատիկ սեղմումը ավանդական չոր սեղմման հիման վրա մշակված հատուկ ձևավորման մեթոդ է: Այն օգտագործում է հեղուկի փոխանցման ճնշում՝ առաձգական կաղապարի ներսում գտնվող փոշու վրա բոլոր ուղղություններից հավասարաչափ ճնշում գործադրելու համար: Հեղուկի ներքին ճնշման կայունության շնորհիվ փոշին բոլոր ուղղություններով կրում է նույն ճնշումը, ուստի կարելի է խուսափել կանաչ մարմնի խտության տարբերությունից:

Իզոստատիկ սեղմումը բաժանվում է թաց պարկով իզոստատիկ սեղմման և չոր պարկով իզոստատիկ սեղմման։ Թաց պարկով իզոստատիկ սեղմումը կարող է ստեղծել բարդ ձևերի արտադրանք, բայց այն կարող է աշխատել միայն ընդհատումներով։ Չոր պարկով իզոստատիկ սեղմումը կարող է իրականացնել ավտոմատ շարունակական աշխատանք, բայց կարող է ստեղծել միայն պարզ ձևերի արտադրանք, ինչպիսիք են քառակուսի, կլոր և խողովակաձև լայնական հատույթները։ Իզոստատիկ սեղմումը կարող է ստանալ միատարր և խիտ կանաչ մարմին՝ փոքր կրակի կծկումով և բոլոր ուղղություններով միատարր կծկումով, բայց սարքավորումները բարդ և թանկ են, իսկ արտադրության արդյունավետությունը բարձր չէ, և այն հարմար է միայն հատուկ պահանջներ ունեցող նյութերի արտադրության համար։

2. Թաց ձևավորում

2.1 Մանրախճով ամրացում
Մանրախճով ձուլման գործընթացը նման է ժապավենային ձուլմանը, տարբերությունն այն է, որ ձուլման գործընթացը ներառում է ֆիզիկական ջրազրկման գործընթաց և քիմիական մակարդման գործընթաց: Ֆիզիկական ջրազրկումը հեռացնում է խառնուրդի մեջ եղած ջուրը ծակոտկեն գիպսային ձուլվածքի մազանոթային գործողության միջոցով: CaSO4 մակերեսային լուծարման արդյունքում առաջացող Ca2+-ը մեծացնում է խառնուրդի իոնային ուժը, ինչը հանգեցնում է խառնուրդի ֆլոկուլյացիայի:
Ֆիզիկական ջրազրկման և քիմիական մակարդման ազդեցության տակ կերամիկական փոշու մասնիկները նստում են գիպսե կաղապարի պատին: Մանրախճով քսումը հարմար է բարդ ձևերի մեծածավալ կերամիկական մասերի պատրաստման համար, սակայն կանաչ մարմնի որակը, ներառյալ ձևը, խտությունը, ամրությունը և այլն, վատ է, աշխատողների աշխատատարությունը բարձր է, և այն հարմար չէ ավտոմատացված գործողությունների համար:

2.2 Տաք ձուլում
Տաք ձուլման եղանակը կերամիկական փոշին համեմատաբար բարձր ջերմաստիճանում (60~100℃) խառնելն է՝ կապակցանյութի (պարաֆինի) հետ՝ տաք ձուլման համար նախատեսված խառնուրդ ստանալու համար։ Խառնուրդը սեղմված օդի ազդեցությամբ ներարկվում է մետաղական կաղապարի մեջ, և ճնշումը պահպանվում է։ Սառեցնելուց հետո, կաղապարից հանելուց հետո՝ մոմե նախշը մոմազերծվում է իներտ փոշու պաշտպանության տակ՝ կանաչ մարմին ստանալու համար, և կանաչ մարմինը թրծվում է բարձր ջերմաստիճանում՝ ճենապակու վերածվելու համար։

Տաք ձուլման միջոցով ձևավորված կանաչ մարմինը ունի ճշգրիտ չափսեր, միատարր ներքին կառուցվածք, ավելի քիչ կաղապարի մաշվածություն և բարձր արտադրողականություն, և հարմար է տարբեր հումքների համար: Մոմի խառնուրդի և կաղապարի ջերմաստիճանը պետք է խստորեն վերահսկվի, հակառակ դեպքում դա կհանգեցնի ներարկման կամ դեֆորմացիայի, ուստի այն հարմար չէ մեծ մասերի արտադրության համար, իսկ երկաստիճան կրակման գործընթացը բարդ է, և էներգիայի սպառումը բարձր է:

2.3 Ժապավենի ձուլում
Ժապավենային ձուլումը կերամիկական փոշին մեծ քանակությամբ օրգանական կապակցանյութերի, պլաստիկացնողների, ցրող նյութերի և այլնի հետ լիովին խառնելն է՝ հոսուն մածուցիկ խառնուրդ ստանալու համար, խառնուրդը ավելացնել ձուլման մեքենայի բունկերին և քերիչով կարգավորել հաստությունը։ Այն սնուցող ծայրակալի միջոցով հոսում է դեպի փոխադրիչ գոտի, և չորացումից հետո ստացվում է թաղանթային նախշ։

Այս գործընթացը հարմար է թաղանթային նյութերի պատրաստման համար: Ավելի լավ ճկունություն ստանալու համար ավելացվում է մեծ քանակությամբ օրգանական նյութ, և գործընթացի պարամետրերը պետք է խստորեն վերահսկվեն, հակառակ դեպքում դա հեշտությամբ կառաջացնի թերություններ, ինչպիսիք են թեփոտումը, շերտերը, թաղանթի ցածր ամրությունը կամ դժվար թեփոտումը: Օգտագործվող օրգանական նյութը թունավոր է և կարող է առաջացնել շրջակա միջավայրի աղտոտում, և շրջակա միջավայրի աղտոտումը նվազեցնելու համար պետք է հնարավորինս շատ օգտագործել ոչ թունավոր կամ պակաս թունավոր համակարգ:

2.4 Գելային ներարկման ձուլում
Գելի ներարկման ձուլման տեխնոլոգիան նոր կոլոիդային արագ նախատիպավորման գործընթաց է, որն առաջին անգամ հորինել են Օուք Ռիջի ազգային լաբորատորիայի հետազոտողները 1990-ականների սկզբին: Դրա հիմքում ընկած է օրգանական մոնոմերային լուծույթների օգտագործումը, որոնք պոլիմերացվում են բարձր ամրության, կողմնային կապված պոլիմեր-լուծիչ գելերի մեջ:

Կերամիկական փոշու խառնուրդը, որը լուծված է օրգանական մոնոմերների լուծույթում, ձուլվում է կաղապարի մեջ, և մոնոմերների խառնուրդը պոլիմերացվում է՝ առաջացնելով գելային մաս: Քանի որ կողմնային կապված պոլիմեր-լուծիչը պարունակում է ընդամենը 10%–20% (զանգվածային մաս) պոլիմեր, չորացման փուլով հեշտ է հեռացնել լուծիչը գելային մասից: Միևնույն ժամանակ, պոլիմերների կողմնային կապի պատճառով, պոլիմերները չեն կարող տեղափոխվել լուծիչի հետ չորացման գործընթացի ընթացքում:

Այս մեթոդը կարող է օգտագործվել միաֆազ և կոմպոզիտային կերամիկական մասեր պատրաստելու համար, որոնք կարող են ձևավորել բարդ ձևի, կիսա-ցանցի չափի կերամիկական մասեր, և դրա կանաչ ամրությունը հասնում է 20-30 ՄՊա կամ ավելիի, որոնք կարող են վերամշակվել: Այս մեթոդի հիմնական խնդիրն այն է, որ սաղմի մարմնի կծկման արագությունը համեմատաբար բարձր է խտացման գործընթացում, ինչը հեշտությամբ հանգեցնում է սաղմի մարմնի դեֆորմացիայի. որոշ օրգանական մոնոմերներ ունեն թթվածնի արգելակում, ինչը հանգեցնում է մակերեսի թեփոտմանը և թափվելուն. ջերմաստիճանի ազդեցությամբ օրգանական մոնոմերի պոլիմերացման գործընթացի պատճառով ջերմաստիճանի տատանումը հանգեցնում է ներքին լարվածության գոյության, ինչը հանգեցնում է նախշերի կոտրմանը և այլն:

2.5 Ուղղակի պնդացման ներարկման ձուլում
Ուղիղ պնդացման ներարկման ձուլումը ETH Zurich-ի կողմից մշակված ձուլման տեխնոլոգիա է. լուծիչ ջուրը, կերամիկական փոշին և օրգանական հավելումները լիովին խառնվում են՝ էլեկտրաստատիկորեն կայուն, ցածր մածուցիկությամբ, բարձր պինդ պարունակությամբ շաղախ ստանալու համար, որը կարող է փոխվել շաղախի pH-ը կամ էլեկտրոլիտի կոնցենտրացիան բարձրացնող քիմիական նյութեր ավելացնելով, այնուհետև շաղախը ներարկվում է ոչ ծակոտկեն ձուլվածքի մեջ։

Վերահսկեք քիմիական ռեակցիաների ընթացքը գործընթացի ընթացքում: Ներարկման ձուլումից առաջ ռեակցիան իրականացվում է դանդաղ, խառնուրդի մածուցիկությունը պահպանվում է ցածր, իսկ ներարկման ձուլումից հետո ռեակցիան արագանում է, խառնուրդը պնդանում է, և հեղուկ խառնուրդը վերածվում է պինդ մարմնի: Ստացված կանաչ մարմինը ունի լավ մեխանիկական հատկություններ, և ամրությունը կարող է հասնել 5 կՊա-ի: Կանաչ մարմինը հանվում է ձուլվածքից, չորացվում և թրծվում է՝ ցանկալի ձևի կերամիկական մաս ստանալու համար:

Դրա առավելություններն այն են, որ այն կարիք չունի կամ կարիք ունի միայն փոքր քանակությամբ օրգանական հավելումների (1%-ից պակաս), կանաչ մարմինը ճարպազերծման կարիք չունի, կանաչ մարմնի խտությունը միատարր է, հարաբերական խտությունը՝ բարձր (55%~70%), և այն կարող է ձևավորել մեծ չափի և բարդ ձևի կերամիկական մասեր: Դրա թերությունն այն է, որ հավելումները թանկ են, և ռեակցիայի ընթացքում սովորաբար գազ է անջատվում:

2.6 Ներարկման ձուլում
Ներարկման ձուլումը վաղուց օգտագործվել է պլաստմասսայե արտադրանքի և մետաղական կաղապարների ձուլման մեջ: Այս գործընթացում օգտագործվում է ջերմապլաստիկ օրգանական նյութերի ցածր ջերմաստիճանային մշակում կամ ջերմակայուն օրգանական նյութերի բարձր ջերմաստիճանային մշակում: Փոշին և օրգանական կրիչը խառնվում են հատուկ խառնիչ սարքավորման մեջ, ապա ներարկվում են կաղապարի մեջ բարձր ճնշման տակ (տասնյակներից մինչև հարյուրավոր ՄՊա): Ձուլման մեծ ճնշման շնորհիվ ստացված պատրաստուկներն ունեն ճշգրիտ չափսեր, բարձր հարթություն և կոմպակտ կառուցվածք. հատուկ ձուլման սարքավորումների օգտագործումը զգալիորեն բարելավում է արտադրության արդյունավետությունը:

1970-ականների վերջին և 1980-ականների սկզբին կերամիկական մասերի ձուլման համար կիրառվեց ներարկման ձուլման գործընթացը: Այս գործընթացն իրականացնում է անպտուղ նյութերի պլաստիկ ձուլում՝ ավելացնելով մեծ քանակությամբ օրգանական նյութ, որը կերամիկական պլաստիկ ձուլման տարածված գործընթաց է: Ներարկման ձուլման տեխնոլոգիայում, ջերմապլաստիկ օրգանական նյութերի (օրինակ՝ պոլիէթիլեն, պոլիստիրոլ), ջերմակայուն օրգանական նյութերի (օրինակ՝ էպօքսիդային խեժ, ֆենոլային խեժ) կամ ջրում լուծվող պոլիմերների որպես հիմնական կապակցանյութ օգտագործումից բացի, անհրաժեշտ է ավելացնել որոշակի քանակությամբ գործընթացային օժանդակ նյութեր, ինչպիսիք են պլաստիկացնողները, քսանյութերը և միացնող նյութերը՝ կերամիկական ներարկման կախույթի հեղուկությունը բարելավելու և ներարկման ձուլված մարմնի որակը ապահովելու համար:

Ներարկման ձուլման գործընթացն ունի բարձր աստիճանի ավտոմատացման և ձուլման նախապատրաստուկի ճշգրիտ չափի առավելություններ։ Այնուամենայնիվ, ներարկման ձուլման կերամիկական մասերի կանաչ մարմնում օրգանական նյութերի պարունակությունը հասնում է մինչև 50% ծավալային արժեքի։ Հետագա սինտերացման գործընթացում այս օրգանական նյութերը վերացնելու համար պահանջվում է երկար ժամանակ, նույնիսկ մի քանի օրից մինչև տասնյակ օրեր, և հեշտ է որակի թերություններ առաջացնել։

2.7 Կոլոիդային ներարկման ձուլում
Օրգանական նյութի մեծ քանակության ավելացման և ավանդական ներարկման ձուլման գործընթացում առկա դժվարությունները վերացնելու դժվարությունը լուծելու համար Ցինհուա համալսարանը ստեղծագործաբար առաջարկեց կերամիկայի կոլոիդային ներարկման ձուլման նոր գործընթաց և անկախ մշակեց կոլոիդային ներարկման ձուլման նախատիպ՝ անպտուղ կերամիկական խառնուրդի ներարկումն իրականացնելու համար։

Հիմնական գաղափարն այն է, որ կոլոիդային ձուլումը համատեղվի ներարկման ձուլման հետ՝ օգտագործելով սեփական ներարկման սարքավորումներ և կոլոիդային տեղում պնդացման ձուլման գործընթացի կողմից ապահովվող նոր կարծրացման տեխնոլոգիա: Այս նոր գործընթացը օգտագործում է օրգանական նյութի 4 զանգվածային%-ից պակաս: Ջրային հիմքով սուսպենզիայի մեջ առկա օրգանական մոնոմերների կամ օրգանական միացությունների փոքր քանակությունն օգտագործվում է կաղապարի մեջ ներարկումից հետո օրգանական մոնոմերների պոլիմերացումը արագորեն առաջացնելու համար՝ ձևավորելով օրգանական ցանցային կմախք, որը հավասարաչափ փաթաթում է կերամիկական փոշին: Դրանց թվում ոչ միայն զգալիորեն կրճատվում է ռետինազերծման ժամանակը, այլև զգալիորեն նվազում է ռետինազերծման ճաքերի առաջացման հնարավորությունը:

Կերամիկայի ներարկման և կոլոիդային ձուլման միջև կա հսկայական տարբերություն։ Հիմնական տարբերությունն այն է, որ առաջինը պատկանում է պլաստիկ ձուլման կատեգորիային, իսկ երկրորդը՝ շաղախային ձուլմանը, այսինքն՝ շաղախը պլաստիկություն չունի և անպտուղ նյութ է։ Քանի որ կոլոիդային ձուլման մեջ շաղախը պլաստիկություն չունի, կերամիկական ներարկման ձուլման ավանդական գաղափարը չի կարող կիրառվել։ Եթե կոլոիդային ձուլումը համակցվում է ներարկման ձուլման հետ, կերամիկական նյութերի կոլոիդային ներարկման ձուլումն իրականացվում է սեփական ներարկման սարքավորումների և կոլոիդային տեղում ձուլման գործընթացով ապահովված նոր կարծրացման տեխնոլոգիայի միջոցով։

Կերամիկայի կոլոիդային ներարկման ձուլման նոր գործընթացը տարբերվում է ընդհանուր կոլոիդային ձուլումից և ավանդական ներարկման ձուլումից: Ձուլման բարձր աստիճանի ավտոմատացման առավելությունը կոլոիդային ձուլման գործընթացի որակական սուբլիմացիան է, որը կդառնա բարձր տեխնոլոգիական կերամիկայի արդյունաբերականացման հույսը: