Produzione avanzata: lo stampaggio a iniezione di ceramica è in ascesa

Applicazione di Iniezione di ceramica tecnologia di stampaggio

Con il rapido sviluppoPomeriggioGrazie alla tecnologia CIM, i prodotti per stampaggio a iniezione di ceramica sono stati applicati in alcuni aspetti

1. Un terzo delle casse degli orologi svizzeri viene prodotto utilizzando la tecnologia dello stampaggio a iniezione di polvere di ceramica; il materiale utilizzato è lo zirconio, un materiale ceramico che non si usura mai.
2. Il Giappone ha industrializzato connettori in fibra di zirconia con diametro del foro interno di 0,015 mm.
3. Gli Stati Uniti hanno realizzato la produzione di tagliacapelli in zirconia e l'applicazione di componenti in nitruro di silicio nei motori.
4. Sviluppato rivestimento ceramico di miscelatore a doppia elica di precisione e ugelli ceramici con doppia filettatura nel Laboratorio statale chiave di Metallurgia delle polveri della Central South University of Technology della Cina. Il sensore in zirconia è stato sviluppato con successo dalla Facoltà di Scienza e Tecnologia dei Materiali dell'Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong utilizzando Tecnologia CIM.

Diagramma di flusso del processo di base dello stampaggio a iniezione di ceramica

Polvere, legante, disperdente, lubrificante -- miscelazione -- degasaggio, granulazione -- iniezione -- sgrassaggio -- Sinterizzazione -- Test del prodotto

Tecnologia di stampaggio a iniezione di ceramica per requisiti di polvere ceramica

1. La polvere deve essere preparata appositamente per ottenere un'elevata densità di riempimento e un costo contenuto.
2. La polvere non si agglomera.
3. La forma della polvere è prevalentemente sferica.
4. L'attrito tra le polveri è sufficiente per evitare deformazioni o collassi della billetta dopo la rimozione del legante. Nella maggior parte dei casi, l'angolo di pendenza naturale dovrebbe essere maggiore di 55°;
5. Per facilitare una sinterizzazione rapida, dovrebbe avere una piccola dimensione media delle particelle, generalmente inferiore a 1 μm;
6. La polvere stessa è densa, senza pori interni;
7. La superficie della polvere è pulita e non reagisce chimicamente con il legante.

Sistema legante per stampaggio a iniezione

I leganti nello stampaggio a iniezione hanno due funzioni fondamentali.

Innanzitutto, la polvere può essere miscelata uniformemente nella fase di stampaggio a iniezione e può avere una buona fluidità dopo il riscaldamento;

In secondo luogo, il legante può mantenere la forma del corpo dopo lo stampaggio a iniezione e durante la sgrassatura.

Si può affermare che il legante sia il fulcro e la chiave della tecnologia di stampaggio a iniezione di polveri, e ogni miglioramento e innovazione del processo di stampaggio a iniezione è accompagnato dalla nascita di un nuovo sistema di legame. Nel CIM, poiché le dimensioni delle particelle di polvere sono inferiori a quelle dello stampaggio a iniezione di polveri metalliche, la fluidità della polvere stessa è scarsa e lo spazio tra la polvere e il legante dopo la miscelazione è molto ridotto, con conseguente difficoltà di sgrassaggio, che impone requisiti più severi per il legante. Pertanto, come legante per stampaggio a iniezione di ceramica, devono essere soddisfatte le seguenti condizioni:

1. Buona mobilità. La viscosità dello stampaggio a iniezione dovrebbe essere moderata; se è troppo alta, la polvere non può essere dispersa efficacemente nel legante, non solo è difficile da miscelare, ma anche ottenere una billetta uniformemente miscelata, il che è facile da produrre difetti di stampaggio; una viscosità troppo bassa causerà la delaminazione della polvere ceramica e del legante e la viscosità non può variare troppo con la temperatura, altrimenti si verificheranno difetti.

2. Il legante deve essere in grado di bagnare bene la polvere e avere un buon effetto di adesione su di essa. Solitamente, per migliorare le prestazioni di bagnatura del legante, si dovrebbero aggiungere alcune sostanze tensioattive per ridurre la viscosità della miscela e aumentarne la fluidità. Allo stesso tempo, il legante bagna le particelle per produrre una forza capillare che le adsorba e impedisca la deformazione del corpo. Per garantire la stabilità della billetta, la polvere deve essere inerte rispetto al legante.

3. Il legante è composto da materia organica multicomponente. È difficile per un singolo legante organico soddisfare i requisiti di fluidità e, dopo che uno dei componenti viene sgrassato, si forma una porosità aperta, che favorisce l'esclusione del legante rimanente. La pratica ha dimostrato che la velocità di sgrassatura del legante multicomponente è molto più rapida di quella del legante monocomponente e i difetti sono molto minori. Naturalmente, i polimeri organici con leganti multicomponenti sono compatibili.

4. Il legante ha un'elevata conduttività termica e un basso coefficiente di dilatazione termica. Questo non solo evita i difetti causati dallo stress termico, ma riduce anche lo shock termico al corpo e riduce i difetti.

5. Inoltre, il legante deve essere atossico, non inquinante, non volatile, non assorbente per l'umidità e le prestazioni di riscaldamento ciclico non devono cambiare.

Confronto dei vantaggi e degli svantaggi dei vari sistemi leganti

Diversi leganti comuni in CIM sono composti

Negli ultimi anni, i leganti più comuni sono stati utilizzati in vari processi di stampaggio a iniezione di polveri ceramiche in tutto il mondo. Come si può vedere dalla tabella, i leganti utilizzati nel CIM appartengono principalmente al sistema multicomponente termoplastico.

Preparazione della miscela CIM

Una miscela è una miscela di polvere e legante. Nell'intero processo di stampaggio a iniezione, la preparazione della miscela di polvere e legante polimerico è uno dei passaggi più importanti. Il processo richiede che la miscela abbia una buona omogeneità, buone proprietà reologiche e buone proprietà sgrassanti.

Per la tecnologia di miscelazione selezionata, l'aspetto fondamentale è la corrispondenza tra velocità, temperatura e tempo. Tuttavia, se la velocità e la temperatura di miscelazione sono troppo basse, il tempo di miscelazione non potrà essere uniforme, indipendentemente dalla durata.

Il problema reologico del PIM è principalmente la valutazione e la caratterizzazione della viscosità della miscela.

Stampaggio a iniezione

Lo scopo dello stampaggio a iniezione è ottenere un corpo di formatura CIM privo di difetti e con una disposizione uniforme delle particelle nella forma desiderata. La miscela preparata può essere generalmente iniettata in una normale macchina per lo stampaggio a iniezione di materie plastiche o in una speciale macchina per lo stampaggio a iniezione di polveri. I parametri del processo di stampaggio includono generalmente la temperatura di iniezione, la pressione di iniezione, la velocità di iniezione, il tempo di mantenimento della pressione, il tempo di raffreddamento del mantenimento della pressione e la temperatura dello stampo. Se i parametri di processo non sono adeguatamente controllati, è facile che si verifichino vari difetti. I difetti di iniezione non possono essere eliminati nel processo successivo, quindi questo processo deve essere rigorosamente controllato, il che è fondamentale per migliorare la resa del prodotto e l'utilizzo del materiale.

Parti stampate a iniezione in zirconia

Controllo dei difetti nel processo di stampaggio a iniezione della ceramica

Il controllo dei difetti nel processo di stampaggio a iniezione può essere considerato da due punti di vista: da un lato, viene impostata la relazione tra temperatura, pressione e tempo di stampaggio; dall'altro, il flusso di miscela nella cavità dello stampo durante il riempimento. Poiché la maggior parte dei prodotti CIM sono parti di piccole dimensioni con forme complesse e requisiti di elevata precisione, il flusso della miscela nella cavità dello stampo comporta problematiche di progettazione dello stampo, tra cui la posizione della porta di alimentazione, la lunghezza del canale di flusso, la posizione del foro di sfiato, ecc., che richiedono una chiara comprensione dei parametri delle proprietà di flusso della miscela, della temperatura nella cavità dello stampo e della distribuzione delle tensioni residue.

Sinterizzazione ceramica

IL processo di sinterizzazione viene utilizzato principalmente per controllare la crescita delle dimensioni dei grani della ceramica, ottenere i materiali di fase richiesti e garantire un'elevata densità di sinterizzazione e un corpo ceramico sinterizzato denso.

Il processo di sinterizzazione ha due parametri importanti: temperatura di sinterizzazione e tempo di sinterizzazione

Nuovo processo di stampaggio a iniezione di ceramica

Lo stampaggio a co-iniezione di polvere (PCM) è un nuovo sviluppo dello stampaggio a iniezione di polvere. Questa tecnica utilizza una macchina per stampaggio a iniezione a doppio cilindro per iniettare successivamente due diverse miscele di polvere/legante nella cavità dello stampo. Questo processo consente di eseguire il trattamento superficiale durante lo stampaggio a iniezione, anziché dopo la preparazione del prodotto finito. La preparazione e il trattamento superficiale del prodotto possono essere completati in un unico processo, il che è di per sé molto interessante dal punto di vista tecnico ed economico.

Tecnologia di stampaggio a iniezione a bassa pressione: in termini di processo di iniezione stesso, il processo di iniezione a bassa pressione è migliore dell'iniezione ad alta pressione. L'alimentazione con viscosità generale compresa tra 1,5 e 4,0 Pa.s può essere completata con aria compressa a 0,8 MPa, che può sostituire il sistema idraulico, il pistone di iniezione e il sistema di biella nelle apparecchiature tradizionali. Si possono osservare i vantaggi dell'area di iniezione a bassa pressione: basso gradiente di pressione nel verde di iniezione, ridotta usura dello stampo, alimentazione dello stampo antiaderente ed eliminazione dell'inquinamento causato dall'usura del pistone di iniezione e dalla mancata separazione di polvere/legante. Inoltre, vi sono bassi consumi energetici, dimensioni ridotte dell'apparecchiatura, struttura semplice e costi contenuti.