Avanceret fremstilling: Keramisk sprøjtestøbning på vej

Anvendelse af keramisk sprøjtestøbningsteknologi

Med den hurtige udvikling af CIM-teknologi er keramiske sprøjtestøbningsprodukter blevet anvendt i nogle aspekter

1. En tredjedel af schweiziske urkasser er produceret ved hjælp af keramisk pulversprøjtestøbningsteknologi, og materialet er zirconia, et keramisk materiale, der aldrig bliver slidt.
2. Japan har industrialiserede zirconia fiberkonnektorer med indvendig huldiameter på 0,015 mm.
3. USA har realiseret produktionen af ​​zirconia hårklippere og anvendelsen af ​​siliciumnitridkomponenter i motorer.
4. Udviklet keramisk foring af præcisionsdobbelt helixblander og keramiske dyser med dobbeltgevind i State Key Laboratory of Powder Metallurgy ved Central South University of Technology of China. Zirconia-sensoren blev med succes udviklet af School of Materials Science and Technology ved Huazhong University of Science and Technology ved hjælp af CIM-teknologi.

Grundlæggende procesflowdiagram for keramisk sprøjtestøbning

Pulver, bindemiddel, dispergeringsmiddel, smøremiddel -- blanding -- afgasningsgranulering -- injektion -- affedtning -- sintring -- Produkttestning

Keramisk sprøjtestøbningsteknologi til keramiske pulverkrav

1. Pulver bør være specielt forberedt til høj grænsefyldningstæthed og lave omkostninger;
2. Pulveret agglomererer ikke;
3. Formen af ​​pulver er hovedsagelig kugleformet;
4. Der er nok friktion mellem pulveret til at undgå deformation eller kollaps af billetten, efter at bindemidlet er fjernet. I de fleste tilfælde bør den naturlige hældningsvinkel være større end 55°;
5. For at lette hurtig sintring bør den have en lille gennemsnitlig partikelstørrelse, generelt mindre end 1 μm;
6. Selve pulveret er tæt, uden indre porer;
7. Pulverets overflade er ren og reagerer ikke kemisk med bindemidlet.

Sprøjtestøbt bindemiddelsystem

Bindemidler i sprøjtestøbning har to grundlæggende funktioner.

Først og fremmest kan pulveret blandes jævnt i sprøjtestøbningsstadiet, og pulveret kan have en god flydeevne efter opvarmning;

For det andet kan bindemidlet bevare kroppens form efter sprøjtestøbning og under affedtning.

Det kan siges, at bindemiddel er kernen og nøglen i pulversprøjtestøbningsteknologi, og hver forbedring og gennembrud af sprøjtestøbningsprocessen er ledsaget af fødslen af ​​et nyt bindingssystem. I CIM, fordi pulverpartikelstørrelsen er mindre end for sprøjtestøbning af metalpulver, er selve pulverets fluiditet dårlig, og afstanden mellem pulveret og bindemidlet efter blanding er meget lille, hvilket resulterer i vanskelig affedtning, hvilket stiller mere krævende krav til bindemidlet. Som keramisk sprøjtestøbningsbindemiddel skal følgende betingelser derfor være opfyldt:

1. God mobilitet. Viskositeten af ​​sprøjtestøbning skal være moderat, viskositeten er for høj, pulveret kan ikke effektivt spredes i bindemidlet, det er ikke kun svært at blande, men også svært at få en ensartet blandet billet, som er let at producere støbedefekter; For lav viskositet vil forårsage delaminering af keramisk pulver og bindemiddel, og viskositeten kan ikke svinge for meget med temperaturen, ellers vil der opstå defekter.

2. Bindemidlet skal kunne fugte pulveret godt og have en god vedhæftningseffekt på pulveret. For at forbedre bindemidlets befugtningsevne bør der sædvanligvis tilsættes nogle overfladeaktive stoffer for at reducere blandingens viskositet og øge dens fluiditet. Samtidig befugter bindemidlet partiklerne for at producere kapillærkraft for at adsorbere partiklerne og holde kroppen mod deformation. For at sikre billettens stabilitet bør pulveret være inert i forhold til bindemidlet.

3. Bindemidlet er sammensat af flerkomponent organisk stof. Det er svært for et enkelt organisk bindemiddel at opfylde flydende krav, og efter at en af ​​komponenterne er affedtet, dannes der en åben porøsitet, hvilket er befordrende for udelukkelse af det resterende bindemiddel. Praksis har vist, at affedtningshastigheden af ​​flerkomponent bindemiddel er meget hurtigere end for enkeltkomponent bindemiddel, og fejlene er meget mindre. Naturligvis er organiske polymerer med multi-komponent bindemidler kompatible.

4. Bindemidlet har høj varmeledningsevne og lav termisk udvidelseskoefficient. Dette undgår ikke kun defekter forårsaget af termisk stress, men reducerer også det termiske chok til kroppen og reducerer defekterne.

5. Derudover skal bindemidlet også være ugiftigt, ikke-forurenende, ikke-flygtigt, ikke-fugtabsorberende, og den cykliske varmeydelse ændres ikke.

Sammenligning af fordele og ulemper ved forskellige bindemiddelsystemer

Der er sammensat flere almindelige ringbind i CIM

I de senere år er de mest typiske bindemidler ofte brugt i forskellige keramiske pulversprøjtestøbninger i verden. Som det fremgår af tabellen, tilhører de bindemidler, der anvendes i CIM, hovedsageligt det termoplastiske flerkomponentsystem.

Fremstilling af CIM blanding

En blanding er en blanding af pulver og bindemiddel. I hele sprøjtestøbningsprocessen er fremstillingen af ​​pulver- og polymerbindemiddelblandingen et af de vigtigste trin. Processen kræver, at blandingen har god homogenitet, gode rheologiske egenskaber og gode affedtningsegenskaber.

For den valgte blandingsteknologi er hovedrollen at matche hastighed, temperatur og tid. Men hvis blandingshastigheden og temperaturen er for lav, kan blandingstiden, uanset hvor lang tid, ikke er ensartet.

Det rheologiske problem ved PIM er hovedsageligt evalueringen og karakteriseringen af ​​blandingens viskositet.

Sprøjtestøbning

Formålet med sprøjtestøbning er at opnå et CIM-dannende legeme uden defekter og ensartet partikelarrangement i den ønskede form. Den tilberedte blanding kan generelt sprøjtes ind i den almindelige plastsprøjtestøbemaskine eller kan sprøjtes ind i den specielle pulverinjektionsmaskine. Støbeprocesparametre omfatter generelt injektionstemperatur, injektionstryk, injektionshastighed, trykholdetryk, trykholdende afkølingstid og formtemperatur. Hvis procesparametrene ikke er korrekt kontrolleret, er det let at frembringe forskellige defekter. Injektionsfejl kan ikke elimineres i den efterfølgende proces, så denne proces skal kontrolleres nøje, hvilket er afgørende for at forbedre produktudbyttet og materialeudnyttelsen.

Zirconia sprøjtestøbningsdele

Kontrol af defekter i keramisk sprøjtestøbeproces

Kontrol af defekter i sprøjtestøbningsprocessen kan betragtes ud fra to aspekter: på den ene side er forholdet mellem støbetemperatur, tryk og tid fastsat; Det andet aspekt er strømmen af ​​foder i formhulrummet ved påfyldning. Fordi de fleste CIM-produkter er små dele med komplekse former og høje præcisionskrav, involverer flowet af blandingen i formhulrummet formdesignproblemer, herunder placeringen af ​​fødeporten, længden af ​​flowkanalen, placeringen af ​​ventilationshullet osv., hvilket kræver en klar forståelse af parametrene for blandingsflowegenskaberne, temperaturen i formhulrummet og fordelingen af ​​restspænding.

Keramisk sintring

Sintringsprocessen er hovedsageligt at kontrollere keramikkens kornstørrelsesvækst, opnå de nødvendige fasematerialer og sikre den høje sintringsdensitet og tætte keramiske sintrede krop.

Sintringsproces to vigtige parametre: sintringstemperatur og sintringstid

Ny keramisk sprøjtestøbningsproces

Powder co-injection molding (PCM) er en ny udvikling af pulver sprøjtestøbning.Denne teknik bruger en sprøjtestøbemaskine med dobbelt cylinder til successivt at sprøjte to forskellige pulver/bindemiddelblandinger ind i formhulrummet. Denne proces gør det muligt at udføre overfladebehandlingen under sprøjtestøbning, snarere end efter at det færdige produkt er klargjort. Forberedelsen og overfladebehandlingen af ​​produktet kan gennemføres i en enkelt proces, hvilket i sig selv er meget attraktivt ud fra et teknisk og økonomisk synspunkt.

Lavtrykssprøjtestøbningsteknologi, med hensyn til selve injektionsprocessen, er lavtryksinjektionsprocessen bedre end højtryksinjektion.Tilførslen af ​​den generelle viskositet mellem 1,5-4,0Pa.s kan afsluttes med 0,8Mpa trykluft, som kan fjerne hydrauliksystemet, indsprøjtningsstemplet og plejlstangssystemet i det traditionelle udstyr. Det kan ses, at fordelene ved lavtryksindsprøjtning er lav trykgradient i sprøjtegrønt, lille formslid, non-stick formfremføring, undgår foderforurening forårsaget af slid på injektionsstemplet og manglende adskillelse af pulver/bindemiddel. Derudover er der lavt energiforbrug, lille udstyrsstørrelse, enkel struktur og lave omkostninger.