Sản xuất tiên tiến: Công nghệ ép phun gốm đang phát triển

Ứng dụng của Tiêm gốm công nghệ đúc

Với sự phát triển nhanh chóngChiềuNhờ công nghệ CIM, các sản phẩm đúc phun gốm đã được ứng dụng trong một số khía cạnh

1. Một phần ba vỏ đồng hồ Thụy Sĩ được sản xuất bằng công nghệ đúc phun bột gốm và vật liệu là zirconia, một loại vật liệu gốm không bao giờ bị mòn.
2. Nhật Bản đã công nghiệp hóa đầu nối sợi zirconia với đường kính lỗ bên trong là 0,015mm.
3. Hoa Kỳ đã hiện thực hóa việc sản xuất tông đơ cắt tóc bằng zirconia và ứng dụng các thành phần silicon nitride vào động cơ.
4. Đã phát triển lớp lót gốm của máy trộn xoắn kép chính xác và vòi phun gốm có ren kép tại Phòng thí nghiệm trọng điểm nhà nước Luyện kim bột của Đại học Công nghệ Trung Nam, Trung Quốc. Cảm biến zirconia đã được phát triển thành công bởi Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu, Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung bằng cách sử dụng Công nghệ CIM.

Biểu đồ quy trình cơ bản của quá trình ép phun gốm

Bột, chất kết dính, chất phân tán, chất bôi trơn -- trộn -- tách khí tạo hạt -- phun -- tẩy dầu mỡ -- Thiêu kết -- Kiểm tra sản phẩm

Công nghệ ép phun gốm cho nhu cầu bột gốm

1. Bột phải được chuẩn bị đặc biệt để có mật độ điền đầy giới hạn cao và chi phí thấp.
2. Bột không bị vón cục.
3. Hình dạng của bột chủ yếu là hình cầu.
4. Có đủ lực ma sát giữa bột để tránh phôi bị biến dạng hoặc sụp đổ sau khi chất kết dính được loại bỏ. Trong hầu hết các trường hợp, góc dốc tự nhiên phải lớn hơn 55°;
5. Để tạo điều kiện cho quá trình thiêu kết nhanh, vật liệu phải có kích thước hạt trung bình nhỏ, thường nhỏ hơn 1 μm;
6. Bản thân bột rất đặc, không có lỗ rỗng bên trong;
7. Bề mặt bột sạch và không phản ứng hóa học với chất kết dính.

Hệ thống chất kết dính ép phun

Chất kết dính trong quá trình ép phun có hai chức năng cơ bản.

Đầu tiên, bột có thể được trộn đều trong giai đoạn ép phun và bột có thể có độ lưu động tốt sau khi gia nhiệt;

Thứ hai, chất kết dính có thể duy trì hình dạng của vật thể sau khi ép phun và trong quá trình tẩy dầu mỡ.

Có thể nói, chất kết dính là cốt lõi và then chốt trong công nghệ ép phun bột, và mỗi cải tiến và đột phá của quy trình ép phun đều đi kèm với sự ra đời của một hệ thống liên kết mới. Trong CIM, do kích thước hạt bột nhỏ hơn so với ép phun bột kim loại, nên tính lưu động của bột kém, khoảng cách giữa bột và chất kết dính sau khi trộn rất nhỏ, dẫn đến việc tẩy dầu mỡ khó khăn, đặt ra những yêu cầu khắt khe hơn đối với chất kết dính. Do đó, là chất kết dính ép phun gốm, cần đáp ứng các điều kiện sau:

1. Độ linh động tốt. Độ nhớt của khuôn ép phun phải vừa phải, độ nhớt quá cao sẽ không phân tán bột hiệu quả trong chất kết dính, không chỉ khó trộn mà còn khó có được phôi trộn đều, dễ tạo ra khuyết tật đúc; độ nhớt quá thấp sẽ khiến bột gốm và chất kết dính bị tách lớp, độ nhớt không được dao động quá nhiều theo nhiệt độ, nếu không sẽ xảy ra khuyết tật.

2. Chất kết dính phải có khả năng làm ướt bột tốt và có hiệu ứng bám dính tốt với bột. Thông thường, để cải thiện hiệu suất làm ướt của chất kết dính, cần bổ sung một số chất hoạt động bề mặt để giảm độ nhớt của hỗn hợp và tăng tính lưu động của nó. Đồng thời, chất kết dính làm ướt các hạt để tạo ra lực mao dẫn hấp thụ các hạt và giữ cho vật liệu không bị biến dạng. Để đảm bảo độ ổn định của phôi, bột phải trơ so với chất kết dính.

3. Chất kết dính được cấu tạo từ vật liệu hữu cơ đa thành phần. Một chất kết dính hữu cơ đơn lẻ khó có thể đáp ứng được yêu cầu về độ lưu động, và sau khi một trong các thành phần được loại bỏ dầu mỡ, một lỗ rỗng sẽ hình thành, tạo điều kiện cho việc loại bỏ chất kết dính còn lại. Thực tế đã chứng minh rằng tốc độ loại bỏ dầu mỡ của chất kết dính đa thành phần nhanh hơn nhiều so với chất kết dính đơn thành phần, và các khuyết tật cũng ít hơn nhiều. Tất nhiên, các polyme hữu cơ có chất kết dính đa thành phần là tương thích.

4. Chất kết dính có độ dẫn nhiệt cao và hệ số giãn nở nhiệt thấp. Điều này không chỉ tránh được các khuyết tật do ứng suất nhiệt gây ra mà còn giảm sốc nhiệt cho cơ thể và giảm thiểu các khuyết tật.

5. Ngoài ra, chất kết dính cũng phải không độc hại, không gây ô nhiễm, không bay hơi, không hấp thụ độ ẩm và hiệu suất gia nhiệt tuần hoàn không được thay đổi.

So sánh ưu điểm và nhược điểm của các hệ thống chất kết dính khác nhau

Một số chất kết dính phổ biến trong CIM được cấu thành

Trong những năm gần đây, các loại chất kết dính phổ biến nhất thường được sử dụng trong đúc phun bột gốm trên thế giới. Như có thể thấy từ bảng, chất kết dính được sử dụng trong CIM chủ yếu thuộc về hệ thống đa thành phần nhiệt dẻo.

Chuẩn bị hỗn hợp CIM

Hỗn hợp là hỗn hợp bột và chất kết dính. Trong toàn bộ quá trình ép phun, việc chuẩn bị hỗn hợp bột và chất kết dính polyme là một trong những bước quan trọng nhất. Quá trình này đòi hỏi hỗn hợp phải có độ đồng nhất tốt, tính lưu biến tốt và khả năng tẩy dầu mỡ tốt.

Đối với công nghệ trộn đã chọn, vai trò chính là phải phối hợp tốc độ, nhiệt độ và thời gian. Tuy nhiên, nếu tốc độ và nhiệt độ trộn quá thấp, dù thời gian trộn có dài đến đâu cũng không thể đồng đều.

Vấn đề lưu biến của PIM chủ yếu là đánh giá và mô tả đặc tính độ nhớt của hỗn hợp.

Ép phun

Mục đích của ép phun là tạo ra vật thể định hình CIM không có khuyết tật và có sự sắp xếp các hạt đồng đều theo hình dạng mong muốn. Hỗn hợp đã chuẩn bị thường có thể được phun vào máy ép phun nhựa thông thường hoặc có thể được phun vào máy ép phun bột chuyên dụng. Các thông số quy trình ép phun thường bao gồm nhiệt độ phun, áp suất phun, tốc độ phun, thời gian giữ áp suất, thời gian làm nguội giữ áp suất và nhiệt độ khuôn. Nếu các thông số quy trình không được kiểm soát đúng cách, rất dễ xảy ra các khuyết tật khác nhau. Các khuyết tật phun không thể được loại bỏ trong quy trình tiếp theo, vì vậy quy trình này phải được kiểm soát chặt chẽ, điều này rất quan trọng để cải thiện năng suất sản phẩm và hiệu suất sử dụng vật liệu.

Các bộ phận đúc phun Zirconia

Kiểm soát các khuyết tật trong quá trình đúc phun gốm

Việc kiểm soát khuyết tật trong quá trình ép phun có thể được xem xét từ hai khía cạnh: một mặt, mối quan hệ giữa nhiệt độ, áp suất và thời gian ép phun được thiết lập; mặt khác là dòng chảy của vật liệu trong khoang khuôn khi điền đầy. Do hầu hết các sản phẩm CIM là các chi tiết nhỏ, hình dạng phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao, nên dòng chảy của hỗn hợp trong khoang khuôn liên quan đến các vấn đề thiết kế khuôn, bao gồm vị trí của cổng nạp liệu, chiều dài kênh dòng chảy, vị trí lỗ thông hơi, v.v., đòi hỏi phải hiểu rõ các thông số về đặc tính dòng chảy của hỗn hợp, nhiệt độ trong khoang khuôn và sự phân bố ứng suất dư.

Thiêu kết gốm

Các quá trình thiêu kết chủ yếu được sử dụng để kiểm soát sự phát triển kích thước hạt của gốm sứ, thu được vật liệu pha cần thiết và đảm bảo mật độ thiêu kết cao và khối gốm thiêu kết đặc.

Quá trình thiêu kết có hai thông số quan trọng: nhiệt độ thiêu kết và thời gian thiêu kết

Quy trình ép phun gốm mới

Ép phun bột đồng thời (PCM) là một bước phát triển mới của công nghệ ép phun bột. Kỹ thuật này sử dụng máy ép phun hai nòng để phun liên tiếp hai hỗn hợp bột/chất kết dính khác nhau vào khoang khuôn. Quy trình này cho phép xử lý bề mặt trong quá trình ép phun, thay vì sau khi sản phẩm hoàn thiện đã được chuẩn bị. Việc chuẩn bị và xử lý bề mặt sản phẩm có thể được hoàn thành trong một quy trình duy nhất, điều này rất hấp dẫn về mặt kỹ thuật và kinh tế.

Công nghệ ép phun áp suất thấp, xét về bản chất quá trình ép phun, quá trình ép phun áp suất thấp tốt hơn quá trình ép phun áp suất cao. Việc cấp liệu có độ nhớt chung từ 1,5-4,0Pa.s có thể được hoàn thành bằng khí nén 0,8MPa, có thể loại bỏ hệ thống thủy lực, piston phun và hệ thống thanh truyền trong các thiết bị truyền thống. Có thể thấy ưu điểm của vùng phun áp suất thấp, độ dốc áp suất thấp trong quá trình phun xanh, mài mòn khuôn ít, cấp liệu khuôn chống dính, và tránh ô nhiễm do piston phun bị mài mòn và không tách bột/chất kết dính gây ra. Ngoài ra, còn có mức tiêu thụ năng lượng thấp, kích thước thiết bị nhỏ, cấu trúc đơn giản và chi phí thấp.