Avancerad tillverkning: Keramisk formsprutning på väg upp

Tillämpning av keramisk formsprutningsteknik

Med den snabba utvecklingen av CIM-teknik har keramiska formsprutningsprodukter använts i vissa aspekter

1. En tredjedel av schweiziska klockfodral tillverkas med keramisk pulverformsprutningsteknik, och materialet är zirconia, ett keramiskt material som aldrig slits.
2. Japan har industrialiserade zirkoniumfiberkontakter med en innerhålsdiameter på 0,015 mm.
3. USA har insett produktionen av hårklippare av zirkoniumoxid och appliceringen av komponenter av kiselnitrid i motorer.
4. Utvecklat keramiskt foder av precisionsblandare med dubbel helix och keramiska munstycken med dubbla gängor i State Key Laboratory of Powder Metallurgy vid Central South University of Technology of China. Zirkoniumsensorn utvecklades framgångsrikt av School of Materials Science and Technology vid Huazhong University of Science and Technology med hjälp av CIM-teknik.

Grundläggande processflödesschema för keramisk formsprutning

Pulver, bindemedel, dispergeringsmedel, smörjmedel -- blandning -- avgasningsgranulering -- injektion -- avfettning -- sintring -- Produkttester

Keramisk formsprutningsteknik för keramiska pulverkrav

1. Pulver bör förberedas speciellt för hög gränsfyllningstäthet och låg kostnad;
2. Pulvret agglomererar inte;
3. Formen på pulvret är huvudsakligen sfärisk;
4. Det finns tillräckligt med friktion mellan pulvret för att undvika deformation eller kollaps av ämnet efter att bindemedlet har avlägsnats. I de flesta fall bör den naturliga lutningsvinkeln vara större än 55°;
5. För att underlätta snabb sintring bör den ha en liten medelpartikelstorlek, vanligtvis mindre än 1 μm;
6. Pulvret i sig är tätt, utan inre porer;
7. Pulvrets yta är ren och reagerar inte kemiskt med bindemedlet.

Formsprutningsbindemedelssystem

Bindemedel i formsprutning har två grundläggande funktioner.

Först och främst kan pulvret blandas jämnt i formsprutningssteget, och pulvret kan ha god fluiditet efter uppvärmning;

För det andra kan bindemedlet behålla kroppens form efter formsprutning och under avfettning.

Man kan säga att bindemedel är kärnan och nyckeln i pulverformsprutningsteknik, och varje förbättring och genombrott av formsprutningsprocessen åtföljs av födelsen av ett nytt bindningssystem. I CIM, eftersom pulverpartikelstorleken är mindre än den för metallpulverformsprutning, är själva pulvrets flytbarhet dålig, och gapet mellan pulvret och bindemedlet efter blandning är mycket litet, vilket resulterar i svår avfettning, vilket ställer mer krävande krav på bindemedlet. Därför, som ett keramiskt formsprutningsbindemedel, måste följande villkor uppfyllas:

1. Bra rörlighet. Viskositeten för formsprutning bör vara måttlig, viskositeten är för hög, pulvret kan inte effektivt dispergeras i bindemedlet, det är inte bara svårt att blanda, utan också svårt att få en jämnt blandad billet, som är lätt att producera formdefekter; För låg viskositet kommer att orsaka delaminering av keramiskt pulver och bindemedel, och viskositeten kan inte fluktuera för mycket med temperaturen, annars kommer defekter att uppstå.

2. Bindemedlet ska kunna väta pulvret väl och ha en god vidhäftningseffekt på pulvret. Vanligtvis för att förbättra bindemedlets vätningsegenskaper bör vissa ytaktiva substanser tillsättas för att minska blandningens viskositet och öka dess flytbarhet. Samtidigt väter bindemedlet partiklarna för att producera kapillärkraft för att adsorbera partiklarna och hålla kroppen från deformation. För att säkerställa ämnets stabilitet bör pulvret vara inert i förhållande till bindemedlet.

3. Bindemedlet är sammansatt av flerkomponents organiskt material. Det är svårt för ett enda organiskt bindemedel att uppfylla kraven på flytbarhet, och efter att en av komponenterna har avfettats bildas en öppen porositet, vilket bidrar till att utesluta det återstående bindemedlet. Praxis har visat att avfettningshastigheten för flerkomponentbindemedel är mycket snabbare än för enkomponentbindemedel och defekterna är mycket mindre. Naturligtvis är organiska polymerer med flerkomponentbindemedel kompatibla.

4. Bindemedlet har hög värmeledningsförmåga och låg värmeutvidgningskoefficient. Detta undviker inte bara defekter som orsakas av termisk stress, utan minskar också den termiska chocken på kroppen och minskar defekterna.

5. Dessutom måste bindemedlet också vara ogiftigt, icke-förorenande, icke-flyktigt, icke-fuktabsorberande, och den cykliska uppvärmningsprestandan ändras inte.

Jämförelse av fördelar och nackdelar med olika bindemedelssystem

Flera vanliga pärmar i CIM är sammansatta

På senare år har de mest typiska bindemedlen ofta använts i olika keramiska pulverformsprutning i världen. Som framgår av tabellen tillhör de bindemedel som används i CIM huvudsakligen det termoplastiska flerkomponentsystemet.

Beredning av CIM-blandning

En blandning är en blandning av pulver och bindemedel. I hela formsprutningsprocessen är beredningen av pulver- och polymerbindemedelsblandningen ett av de viktigaste stegen. Processen kräver att blandningen har god homogenitet, goda reologiska egenskaper och goda avfettningsegenskaper.

För den valda blandningstekniken är huvudrollen att matcha hastighet, temperatur och tid. Men om blandningshastigheten och temperaturen är för låg, oavsett hur lång blandningstiden inte kan vara enhetlig.

Det reologiska problemet med PIM är huvudsakligen utvärderingen och karakteriseringen av blandningens viskositet.

Formsprutning

Syftet med formsprutning är att erhålla en CIM-formande kropp utan defekter och enhetligt partikelarrangemang i önskad form. Den beredda blandningen kan vanligtvis injiceras i den vanliga plastformsprutningsmaskinen eller kan injiceras i den speciella pulverinsprutningsmaskinen. Formningsprocessparametrar inkluderar i allmänhet insprutningstemperatur, insprutningstryck, insprutningshastighet, tryckhållningstryck, tryckhållningskylningstid och formtemperatur. Om processparametrarna inte är korrekt kontrollerade är det lätt att skapa olika defekter. Injektionsdefekter kan inte elimineras i den efterföljande processen, så denna process måste kontrolleras strikt, vilket är avgörande för att förbättra produktutbytet och materialutnyttjandet.

Zirconia formsprutningsdelar

Kontroll av defekter i keramisk formsprutning

Kontrollen av defekter i formsprutningsprocessen kan betraktas ur två aspekter: å ena sidan är förhållandet mellan formningstemperatur, tryck och tid inställt; Den andra aspekten är flödet av foder i formhålan vid fyllning. Eftersom de flesta CIM-produkter är små delar med komplexa former och höga precisionskrav, involverar blandningsflödet i formhåligheten formkonstruktionsfrågor, inklusive platsen för matningsporten, längden på flödeskanalen, placeringen av ventilationshålet, etc., vilket kräver en tydlig förståelse av parametrarna för blandningsflödesegenskapen, temperaturen i formhåligheten och fördelningen av restspänningar.

Keramisk sintring

Sintringsprocessen är huvudsakligen för att kontrollera kornstorlekstillväxten av keramer, erhålla de nödvändiga fasmaterialen och säkerställa den höga sintringsdensiteten och den täta keramiska sintrade kroppen.

Sintringsprocessen två viktiga parametrar: sintringstemperatur och sintringstid

Ny keramisk formsprutningsprocess

Powder co-injection molding (PCM) är en ny utveckling av pulver formsprutning.Denna teknik använder en formsprutningsmaskin med dubbla cylinder för att successivt injicera två olika pulver/bindemedelsblandningar i formhåligheten. Denna process gör att ytbehandlingen kan utföras under formsprutning, snarare än efter att den färdiga produkten är förberedd. Beredningen och ytbehandlingen av produkten kan genomföras i en enda process, vilket i sig är mycket attraktivt ur teknisk och ekonomisk synvinkel.

Lågtrycksformsprutningsteknik, när det gäller själva injektionsprocessen, är lågtrycksinsprutningsprocessen bättre än högtrycksinjektion.Matningen av den allmänna viskositeten mellan 1,5-4,0Pa.s kan kompletteras med 0,8Mpa tryckluft, som kan ta bort hydraulsystemet, insprutningskolven och vevstakesystemet i den traditionella utrustningen. Det kan ses att fördelarna med lågtrycksinjektion är låg tryckgradient i injektionsgrönt, litet mögelslitage, non-stick mögelmatning, undvikande av matningsföroreningar orsakade av slitaget på injektionskolven och icke-separering av pulver/bindemedel. Dessutom finns det låg energiförbrukning, liten utrustningsstorlek, enkel struktur och låg kostnad.