Sirkon keramikasının doqquz dəqiq qəlibləmə prosesi

Sirkon keramikasının doqquz dəqiq qəlibləmə prosesi
Qəlibləmə prosesi keramika materiallarının bütün hazırlıq prosesində əlaqələndirici rol oynayır və keramika materiallarının və komponentlərinin performans etibarlılığını və istehsal təkrarlanmasını təmin etməyin açarıdır.
Cəmiyyətin inkişafı ilə ənənəvi keramikanın ənənəvi əl ilə yoğurma üsulu, təkər formalaşdırma üsulu, grouting üsulu və s. artıq müasir cəmiyyətin istehsal və zəriflik ehtiyaclarını ödəyə bilmir, buna görə də yeni bir qəlibləmə prosesi yarandı. ZrO2 incə keramika materialları aşağıdakı 9 növ qəlibləmə prosesində (2 növ quru üsul və 7 növ yaş üsul) geniş istifadə olunur:

1. Quru qəlibləmə

1.1 Quru presləmə

Quru presləmə keramika tozunu müəyyən bir gövdə formasına gətirmək üçün təzyiqdən istifadə edir. Onun mahiyyəti ondan ibarətdir ki, xarici qüvvənin təsiri altında toz hissəcikləri qəlibdə bir-birinə yaxınlaşır və müəyyən bir formanı saxlamaq üçün daxili sürtünmə ilə möhkəm birləşir. Quru preslənmiş yaşıl gövdələrdə əsas qüsur, tozlar arasındakı daxili sürtünmə və tozlar ilə qəlib divarı arasındakı sürtünmə səbəbindən yaranan spallationdur və nəticədə gövdə daxilində təzyiq itkisinə səbəb olur.

Quru presin üstünlükləri yaşıl gövdənin ölçüsünün dəqiq olması, əməliyyatın sadə olması və mexanikləşdirilmiş əməliyyatın həyata keçirilməsinin rahat olmasıdır; yaşıl quru presində nəmlik və bağlayıcı maddənin miqdarı azdır, qurutma və bişirmə zamanı büzülmə azdır. Əsasən sadə formalı məhsullar yaratmaq üçün istifadə olunur və aspekt nisbəti azdır. Qəlib aşınmasının yaratdığı istehsal xərclərinin artması quru presin dezavantajıdır.

1.2 İzostatik presləmə

İzostatik presləmə ənənəvi quru presləmə əsasında hazırlanmış xüsusi bir qəlibləmə üsuludur. Elastik qəlibin içərisindəki toza bütün istiqamətlərdən bərabər təzyiq göstərmək üçün maye ötürmə təzyiqindən istifadə edir. Mayenin daxili təzyiqinin ardıcıllığına görə toz bütün istiqamətlərdə eyni təzyiqə malikdir, buna görə də yaşıl gövdənin sıxlığındakı fərqin qarşısını almaq olar.

İzostatik presləmə yaş torba izostatik presləmə və quru torba izostatik presləmə kimi iki yerə bölünür. Yaş torba izostatik presləmə mürəkkəb formalı məhsullar yarada bilər, lakin yalnız fasilələrlə işləyə bilər. Quru torba izostatik presləmə avtomatik fasiləsiz işləməyi həyata keçirə bilər, lakin yalnız kvadrat, dəyirmi və boruşəkilli kəsiklər kimi sadə formalı məhsullar yarada bilər. İzostatik presləmə vahid və sıx yaşıl gövdə əldə edə bilər, kiçik atəş büzülməsi və bütün istiqamətlərdə vahid büzülmə ilə, lakin avadanlıq mürəkkəb və bahalıdır və istehsal səmərəliliyi yüksək deyil və yalnız xüsusi tələblərə malik materialların istehsalı üçün uyğundur.

2. Yaş formalaşdırma

2.1 Gil ilə doldurma
Qatılaşdırma qəlibləmə prosesi lent tökməyə bənzəyir, fərq ondadır ki, qəlibləmə prosesi fiziki susuzlaşdırma prosesini və kimyəvi laxtalanma prosesini əhatə edir. Fiziki susuzlaşdırma məsaməli gips qəlibinin kapilyar təsiri ilə məhluldakı suyu kənarlaşdırır. Səth CaSO4-ün həll olması nəticəsində əmələ gələn Ca2+ məhlulun ion gücünü artırır və nəticədə məhlulun flokulyasiyasına səbəb olur.
Fiziki susuzlaşdırma və kimyəvi laxtalanmanın təsiri altında keramika toz hissəcikləri gips qəlib divarına çökür. Gipsin hazırlanması mürəkkəb formalı böyük miqyaslı keramika hissələrinin hazırlanması üçün uyğundur, lakin yaşıl gövdənin keyfiyyəti, o cümlədən forma, sıxlıq, möhkəmlik və s. zəifdir, işçilərin əmək intensivliyi yüksəkdir və avtomatlaşdırılmış əməliyyatlar üçün uyğun deyil.

2.2 İsti tökmə
İsti qəliblə tökmə, isti qəliblə tökmə üçün məhlul əldə etmək məqsədilə keramika tozunu bağlayıcı maddə (parafin) ilə nisbətən yüksək temperaturda (60~100℃) qarışdırmaqdan ibarətdir. Məhlul sıxılmış havanın təsiri altında metal qəlibə yeridilir və təzyiq saxlanılır. Mum blankı əldə etmək üçün soyudulur, sökülür, mum blankı yaşıl gövdə əldə etmək üçün inert tozun qorunması altında parafinsizləşdirilir və yaşıl gövdə çini halına gətirilmək üçün yüksək temperaturda sinterləşdirilir.

İsti tökmə üsulu ilə əmələ gələn yaşıl gövdə dəqiq ölçülərə, vahid daxili quruluşa, daha az qəlib aşınmasına və yüksək istehsal səmərəliliyinə malikdir və müxtəlif xammallar üçün uyğundur. Mum şlamının və qəlibin temperaturu ciddi şəkildə idarə olunmalıdır, əks halda bu, aşağı enjeksiyaya və ya deformasiyaya səbəb olacaq, buna görə də böyük hissələrin istehsalı üçün uyğun deyil və iki mərhələli bişirmə prosesi mürəkkəbdir və enerji istehlakı yüksəkdir.

2.3 Lent tökmə
Lent tökmə, keramika tozunu çox miqdarda üzvi bağlayıcı, plastifikator, dispersant və s. ilə tam qarışdıraraq axıcı özlülüklü bir məhlul əldə etmək, məhlulu tökmə maşınının bunkerinə əlavə etmək və qalınlığı idarə etmək üçün kazıyıcıdan istifadə etməkdir. O, qidalandırıcı burun vasitəsilə konveyer lentinə axır və quruduqdan sonra film boşluğu əldə edilir.

Bu proses plyonka materiallarının hazırlanması üçün uyğundur. Daha yaxşı elastiklik əldə etmək üçün çox miqdarda üzvi maddə əlavə olunur və proses parametrlərinə ciddi nəzarət edilməlidir, əks halda asanlıqla soyulma, zolaqlar, aşağı plyonka möhkəmliyi və ya çətin soyulma kimi qüsurlara səbəb ola bilər. İstifadə olunan üzvi maddə zəhərlidir və ətraf mühitin çirklənməsinə səbəb olacaq və ətraf mühitin çirklənməsini azaltmaq üçün mümkün qədər toksik olmayan və ya daha az toksik sistemdən istifadə edilməlidir.

2.4 Gel enjeksiyon qəlibləmə
Gel inyeksiya qəlibləmə texnologiyası ilk dəfə 1990-cı illərin əvvəllərində Oak Ridge Milli Laboratoriyasının tədqiqatçıları tərəfindən icad edilən yeni bir kolloid sürətli prototipləmə prosesidir. Əsasında yüksək möhkəmlikli, yan tərəfə bağlı polimer-həlledici gellərə polimerləşən üzvi monomer məhlullarının istifadəsi dayanır.

Üzvi monomerlərin məhlulunda həll edilmiş keramika tozunun bir qarışığı qəlibə tökülür və monomer qarışığı jelləşmiş hissə əmələ gətirmək üçün polimerləşir. Yan tərəfə bağlı polimer-həlledici yalnız 10%-20% (kütlə payı) polimer ehtiva etdiyindən, həlledicini gel hissəsindən qurutma mərhələsi ilə çıxarmaq asandır. Eyni zamanda, polimerlərin yan tərəfə bağlılığı səbəbindən polimerlər qurutma prosesi zamanı həlledici ilə birlikdə miqrasiya edə bilmirlər.

Bu üsuldan mürəkkəb formalı, kvazi-tor ölçülü keramika hissələri əmələ gətirə bilən tək fazalı və kompozit keramika hissələrinin istehsalı üçün istifadə etmək olar və onun yaşıl möhkəmliyi 20-30Mpa və ya daha yüksəkdir və təkrar emal edilə bilər. Bu metodun əsas problemi, sıxlaşma prosesi zamanı embrion gövdəsinin büzülmə sürətinin nisbətən yüksək olmasıdır ki, bu da embrion gövdəsinin deformasiyasına asanlıqla səbəb olur; bəzi üzvi monomerlərdə oksigen inhibisiyası var ki, bu da səthin soyulmasına və düşməsinə səbəb olur; temperaturun yaratdığı üzvi monomer polimerləşmə prosesi səbəbindən temperaturun qırılması daxili gərginliyin mövcudluğuna səbəb olur ki, bu da boşluqların qırılmasına və s. səbəb olur.

2.5 Birbaşa bərkimə enjeksiyon qəlibləməsi
Birbaşa bərkimə enjeksiyon qəlibləməsi ETH Sürix tərəfindən hazırlanmış bir qəlibləmə texnologiyasıdır: həlledici su, keramika tozu və üzvi qatqılar elektrostatik cəhətdən sabit, aşağı özlülüklü, yüksək bərk tərkibli məhlul əmələ gətirmək üçün tam qarışdırılır və bu məhlulun pH dəyəri və ya elektrolit konsentrasiyasını artıran kimyəvi maddələr əlavə etməklə dəyişdirilə bilər, sonra məhlul məsaməli olmayan qəlibə vurulur.

Proses zamanı kimyəvi reaksiyaların gedişatını idarə edin. Enjeksiyon qəlibləmədən əvvəlki reaksiya yavaş-yavaş aparılır, məhlulun özlülüyü aşağı səviyyədə saxlanılır və enjeksiyon qəlibləmədən sonra reaksiya sürətlənir, məhlul bərkiyir və maye məhlul bərk cismə çevrilir. Əldə edilən yaşıl cisim yaxşı mexaniki xüsusiyyətlərə malikdir və möhkəmliyi 5 kPa-ya çata bilər. Yaşıl cisim istənilən formada keramika hissəsi yaratmaq üçün əridilir, qurudulur və sinterlənir.

Üstünlükləri ondan ibarətdir ki, az miqdarda üzvi qatqıya ehtiyac duymur və ya yalnız ona ehtiyac duyur (1%-dən az), yaşıl gövdənin yağsızlaşdırılmasına ehtiyac yoxdur, yaşıl gövdənin sıxlığı vahiddir, nisbi sıxlığı yüksəkdir (55% ~ 70%) və böyük ölçülü və mürəkkəb formalı keramika hissələri əmələ gətirə bilir. Dezavantajı qatqıların baha olması və reaksiya zamanı ümumiyyətlə qazın ayrılmasıdır.

2.6 Enjeksiyon qəlibləmə
Enjeksiyon qəlibləmə uzun müddətdir ki, plastik məhsulların qəliblənməsində və metal qəliblərin qəliblənməsində istifadə olunur. Bu prosesdə termoplastik üzvi maddələrin aşağı temperaturda bərkidilməsi və ya termoset üzvi maddələrin yüksək temperaturda bərkidilməsi istifadə olunur. Toz və üzvi daşıyıcı xüsusi qarışdırma avadanlığında qarışdırılır və sonra yüksək təzyiq altında (onlarla yüzlərlə MPa) qəlibə yeridilir. Böyük qəlibləmə təzyiqi səbəbindən əldə edilən boşluqlar dəqiq ölçülərə, yüksək hamarlığa və kompakt quruluşa malikdir; xüsusi qəlibləmə avadanlığının istifadəsi istehsal səmərəliliyini xeyli artırır.

1970-ci illərin sonu və 1980-ci illərin əvvəllərində keramika hissələrinin qəliblənməsinə enjeksiyon qəlibləmə prosesi tətbiq edilmişdir. Bu proses, geniş yayılmış keramika plastik qəlibləmə prosesi olan çox miqdarda üzvi maddə əlavə etməklə qısır materialların plastik qəliblənməsini həyata keçirir. Enjeksiyon qəlibləmə texnologiyasında, əsas bağlayıcı kimi termoplastik üzvi maddələrdən (məsələn, polietilen, polistirol), termoset üzvi maddələrdən (məsələn, epoksi qatranı, fenolik qatran) və ya suda həll olan polimerlərdən istifadə etməklə yanaşı, keramika enjeksiyon asqısının axıcılığını artırmaq və enjeksiyon qəliblənmiş gövdənin keyfiyyətini təmin etmək üçün müəyyən miqdarda plastikləşdiricilər, sürtkü yağları və birləşdirici maddələr kimi proses köməkçilərinin əlavə edilməsi lazımdır.

Enjeksiyon qəlibləmə prosesinin yüksək dərəcədə avtomatlaşdırma və qəlibləmə boşluğunun dəqiq ölçüsü kimi üstünlükləri var. Bununla belə, enjeksiyon qəliblənmiş keramika hissələrinin yaşıl gövdəsindəki üzvi tərkib 50% -ə qədər yüksəkdir. Sonrakı sinterləmə prosesində bu üzvi maddələrin aradan qaldırılması uzun müddət, hətta bir neçə gündən onlarla günə qədər çəkir və keyfiyyət qüsurlarına səbəb olmaq asandır.

2.7 Kolloid inyeksiya qəlibləmə
Əlavə edilən çox miqdarda üzvi maddə və ənənəvi enjeksiyon qəlibləmə prosesindəki çətinliklərin aradan qaldırılmasının çətinliyi problemlərini həll etmək üçün Tsinghua Universiteti keramikanın kolloid enjeksiyon qəlibləməsi üçün yeni bir proses təklif etdi və müstəqil olaraq qısır keramika şlamının inyeksiyasını həyata keçirmək üçün kolloid enjeksiyon qəlibləmə prototipi hazırladı.

Əsas ideya, kolloid qəlibləməni inyeksiya qəlibləmə ilə birləşdirmək, xüsusi inyeksiya avadanlığı və kolloid in-situ bərkitmə qəlibləmə prosesi ilə təmin edilən yeni bərkitmə texnologiyasından istifadə etməkdir. Bu yeni prosesdə üzvi maddənin 4% -dən az hissəsi istifadə olunur. Su əsaslı suspenziyada az miqdarda üzvi monomer və ya üzvi birləşmələr, qəlibə yeridildikdən sonra üzvi monomerlərin polimerləşməsini tez bir zamanda stimullaşdırmaq və keramika tozunu bərabər şəkildə bükən üzvi şəbəkə skeletini yaratmaq üçün istifadə olunur. Bunlar arasında təkcə dezinfeksiya müddəti əhəmiyyətli dərəcədə qısalmır, həm də dezinfeksiyanın çatlama ehtimalı əhəmiyyətli dərəcədə azalır.

Keramikanın enjeksiyon qəliblənməsi ilə kolloid qəlibləmə arasında böyük fərq var. Əsas fərq ondan ibarətdir ki, birincisi plastik qəlibləmə kateqoriyasına, ikincisi isə şlam qəliblənməsinə aiddir, yəni şlamın plastikliyi yoxdur və qısır materialdır. Şlamın kolloid qəlibləmədə plastikliyi olmadığı üçün ənənəvi keramika enjeksiyon qəlibləmə ideyası qəbul edilə bilməz. Kolloid qəlibləmə enjeksiyon qəlibləmə ilə birləşdirilərsə, keramika materiallarının kolloid injeksiyon qəliblənməsi xüsusi injeksiya avadanlığı və kolloid in-situ qəlibləmə prosesi ilə təmin edilən yeni bərkimə texnologiyasından istifadə etməklə həyata keçirilir.

Keramikanın kolloid inyeksiya ilə qəliblənməsinin yeni prosesi ümumi kolloid qəlibləmə və ənənəvi inyeksiya ilə qəlibləmədən fərqlənir. Yüksək dərəcədə qəlibləmə avtomatlaşdırmasının üstünlüyü kolloid qəlibləmə prosesinin keyfiyyətcə sublimasiyasıdır ki, bu da yüksək texnologiyalı keramikanın sənayeləşməsi üçün ümid olacaq.