Zirkoniozko zeramiken bederatzi zehaztasun-moldaketa prozesu
Moldeatze-prozesuak lotura-eginkizuna du zeramikazko materialen prestaketa-prozesu osoan, eta funtsezkoa da zeramikazko materialen eta osagaien errendimenduaren fidagarritasuna eta ekoizpenaren errepikagarritasuna bermatzeko.
Gizartearen garapenarekin, zeramika tradizionalen eskuzko oratzeko metodo tradizionalak, gurpilen bidezko eraketa metodoak, junturak egiteko metodoak eta abarrek ezin dituzte gizarte modernoaren ekoizpen eta fintze beharrak ase, beraz, moldekatze prozesu berri bat sortu zen. ZrO2 zeramikazko material finak oso erabiliak dira honako 9 moldekatze prozesu mota hauetan (2 metodo lehor mota eta 7 metodo heze mota):
1. Moldeatze lehorra
1.1 Prentsaketa lehorra
Prentsatze lehorrak presioa erabiltzen du zeramikazko hautsa gorputzaren forma jakin batean prentsatzeko. Bere funtsa da kanpoko indarraren eraginez, hauts partikulak elkarrengana hurbiltzen direla moldean, eta barne-marruskaduraren bidez sendo konbinatzen direla forma jakin bat mantentzeko. Lehorretik prentsatutako gorputz berdeen akats nagusia espalazioa da, hautsen arteko barne-marruskaduraren eta hautsen eta moldearen hormaren arteko marruskaduraren ondorioz gertatzen dena, eta horrek gorputzaren barruko presio-galera eragiten du.
Prentsatze lehorraren abantailak hauek dira: gorputz berdearen tamaina zehatza da, funtzionamendua erraza da eta funtzionamendu mekanizatua egitea komenigarria da; prentsatze lehor berdean hezetasun eta aglutinatzaile edukia txikiagoa da, eta lehortze eta erretzean uzkurdura txikia da. Batez ere forma sinpleko produktuak eratzeko erabiltzen da, eta alderdi-erlazioa txikia da. Moldearen higadurak eragindako ekoizpen-kostuaren igoera da prentsatze lehorraren desabantaila.
1.2 Prentsa isostatikoa
Prentsa isostatikoa prentsaketa lehor tradizionalean oinarrituta garatutako formazio-metodo berezi bat da. Fluidoen transmisio-presioa erabiltzen du molde elastikoaren barruko hautsari presioa modu uniformean aplikatzeko, norabide guztietatik. Fluidoaren barne-presioaren koherentziari esker, hautsak presio bera jasaten du norabide guztietan, beraz, gorputz berdearen dentsitate-aldea saihestu daiteke.
Prentsa isostatikoa poltsa hezeko prentsa isostatikoan eta poltsa lehorreko prentsa isostatikoan banatzen da. Poltsa hezeko prentsa isostatikoak forma konplexuak dituzten produktuak sor ditzake, baina tarteka bakarrik funtziona dezake. Poltsa lehorreko prentsa isostatikoak funtzionamendu jarraitu automatikoa lor dezake, baina forma sinpleak dituzten produktuak bakarrik sor ditzake, hala nola sekzio karratuak, biribilak eta hodi-formakoak. Prentsa isostatikoak gorputz berde uniforme eta trinkoa lor dezake, uzkurdura txikiarekin eta norabide guztietan uzkurdura uniformearekin, baina ekipamendua konplexua eta garestia da, eta ekoizpen-eraginkortasuna ez da altua, eta eskakizun bereziak dituzten materialak ekoizteko bakarrik da egokia.
2. Hezetasunezko konformazioa
2.1 Juntura
Moldeatze-prozesua zinta-galdaketaren antzekoa da, aldea da moldeatze-prozesuak deshidratazio fisikoaren prozesua eta koagulazio kimikoaren prozesua barne hartzen dituela. Deshidratazio fisikoak igeltsu porotsuzko moldearen kapilaritate-ekintzaren bidez kentzen du lohi-ura. Gainazaleko CaSO4-aren disoluzioak sortutako Ca2+-ak lohi-indarraren indar ionikoa handitzen du, eta horrek lohiaren flokulazioa eragiten du.
Deshidratazio fisikoaren eta koagulazio kimikoaren eraginpean, zeramikazko hauts partikulak igeltsuzko moldearen horman metatzen dira. Gehigarrizko zigilatzea egokia da forma konplexuko zeramikazko pieza handiak prestatzeko, baina gorputz berdearen kalitatea, forma, dentsitatea, erresistentzia eta abar barne, eskasa da, langileen lan-intentsitatea handia da eta ez da egokia eragiketa automatizatuetarako.
2.2 Injekzio beroa
Molde beroa zeramika hautsak aglutinatzaile batekin (parafina) nahastean datza, tenperatura nahiko altuan (60~100℃) molde berorako lohia lortzeko. Lohia aire konprimituaren eraginpean metalezko molde batean injektatzen da, eta presioa mantentzen da. Hoztu eta desmoldeatzen da argizarizko huts bat lortzeko, argizarizko hutsari hauts geldo baten babespean argizari kentzen zaio gorputz berde bat lortzeko, eta gorputz berde hori tenperatura altuan sinterizatzen da portzelana bihurtzeko.
Molde bero bidez eratutako gorputz berdeak neurri zehatzak, barne-egitura uniformea, molde-higadura txikiagoa eta ekoizpen-eraginkortasun handia ditu, eta hainbat lehengaitarako egokia da. Argizari-lohiaren eta moldearen tenperatura zorrotz kontrolatu behar da, bestela injekzio edo deformazio txikiak eragingo baititu, beraz, ez da egokia pieza handiak fabrikatzeko, eta bi urratseko egosketa-prozesua konplexua da eta energia-kontsumo handia.
2.3 Zinta-igorpena
Zinta-galdaketa zeramika-hautsa aglutinatzaile organiko, plastifikatzaile, dispertsatzaile eta abar kopuru handi batekin nahastea da, likido likatsu jariakor bat lortzeko. Lodiera galdaketa-makinaren tolbara gehitu eta arraskagailu bat erabili lodiera kontrolatzeko. Zinta garraiatzailera isurtzen da elikatze-toberatik, eta lehortu ondoren film hutsa lortzen da.
Prozesu hau egokia da film-materialak prestatzeko. Malgutasun hobea lortzeko, materia organiko kopuru handia gehitzen da, eta prozesuaren parametroak zorrotz kontrolatu behar dira, bestela erraz sortuko baitira akatsak, hala nola zuritzea, marrak, filmaren erresistentzia baxua edo zuritzeko zailtasunak. Erabilitako materia organikoa toxikoa da eta ingurumen-kutsadura eragingo du, eta ahalik eta gehien sistema ez-toxikoa edo toxikotasun gutxiagokoa erabili behar da ingurumen-kutsadura murrizteko.
2.4 Gel injekzio bidezko moldeoa
Gel injekzio bidezko moldeo teknologia Oak Ridge Laborategi Nazionaleko ikertzaileek 1990eko hamarkadaren hasieran asmatutako prototipo azkarreko prozesu koloidal berri bat da. Bere muinean, polimero-disolbatzaile gel sendo eta alboetara lotutakoetan polimerizatzen diren monomero organikoen soluzioak erabiltzea dago.
Monomero organikoen soluzio batean disolbatutako zeramika hauts nahasketa bat molde batean isurtzen da, eta monomero nahasketa polimerizatu egiten da gelifikatutako pieza bat osatzeko. Albotik lotutako polimero-disolbatzaileak % 10-% 20 (masa-frakzioa) polimero baino ez duenez, erraza da disolbatzailea gel zatitik kentzea lehortze-urrats baten bidez. Aldi berean, polimeroen alboko konexioagatik, polimeroak ezin dira disolbatzailearekin migratu lehortze-prozesuan zehar.
Metodo hau fase bakarreko eta konpositezko zeramikazko piezak fabrikatzeko erabil daiteke, forma konplexuko eta ia sare-tamainako zeramikazko piezak sor ditzaketenak, eta bere erresistentzia berdea 20-30Mpa edo gehiagokoa da, eta berriro prozesatu daiteke. Metodo honen arazo nagusia da enbrioi-gorputzaren uzkurtze-tasa nahiko altua dela dentsifikazio-prozesuan, eta horrek erraz eragiten du enbrioi-gorputzaren deformazioa; monomero organiko batzuek oxigeno-inhibizioa dute, eta horrek gainazala zuritu eta erortzea eragiten du; tenperaturak eragindako monomero organikoen polimerizazio-prozesuaren ondorioz, tenperatura-bizarra egiteak barne-tentsioa sortzen du, eta horrek hutsuneak haustea eta abar eragiten du.
2.5 Zuzeneko solidotze-injekzio bidezko moldeoa
Solidotze zuzeneko injekzio bidezko moldeoa ETH Zurich-ek garatutako moldeo-teknologia bat da: disolbatzaile-ura, zeramika-hautsa eta gehigarri organikoak guztiz nahasten dira elektrostatikoki egonkorra den, biskositate baxuko eta solido-eduki handiko nahasketa bat osatzeko, eta nahasketa horren pHa edo elektrolitoen kontzentrazioa handitzen duten produktu kimikoak gehituz alda daiteke, eta ondoren, nahasketa molde ez-porotsu batean injektatzen da.
Prozesuan zehar erreakzio kimikoen aurrerapena kontrolatu. Injekzio bidezko moldeoa egin aurretik erreakzioa poliki egiten da, lohiaren biskositatea baxua mantentzen da, eta erreakzioa bizkortu egiten da injekzio bidezko moldeoa egin ondoren, lohia solidotu egiten da eta fluido-lohia gorputz solido bihurtzen da. Lortutako gorputz berdeak propietate mekaniko onak ditu eta erresistentziak 5 kPa-ra irits daiteke. Gorputz berdea desmoldeatu, lehortu eta sinterizatzen da nahi den formako pieza zeramiko bat osatzeko.
Bere abantailak hauek dira: ez duela gehigarri organikorik behar edo kopuru txiki bat bakarrik behar duela (% 1 baino gutxiago), gorputz berdeak ez du koipegabetzailerik behar, gorputz berdearen dentsitatea uniformea da, dentsitate erlatiboa handia da (% 55 ~ % 70) eta tamaina handiko eta forma konplexuko zeramikazko piezak sor ditzake. Bere desabantaila da gehigarriak garestiak direla eta, oro har, gasa askatzen dela erreakzioan zehar.
2.6 Injekzio bidezko moldeoa
Injekzio bidezko moldeoa aspalditik erabili izan da plastikozko produktuen moldeoan eta metalezko moldeen moldeoan. Prozesu honek termoplastiko organikoen tenperatura baxuko sendotzea edo termoegonkor organikoen tenperatura altuko sendotzea erabiltzen du. Hautsak eta euskarri organikoak nahasketa-ekipo berezi batean nahasten dira, eta ondoren moldean injektatzen dira presio handipean (hamarnaka eta ehunka MPa artean). Moldeo-presio handiari esker, lortutako hutsuneek neurri zehatzak, leuntasun handia eta egitura trinkoa dituzte; moldeo-ekipo bereziak erabiltzeak ekoizpen-eraginkortasuna asko hobetzen du.
1970eko hamarkadaren amaieran eta 1980ko hamarkadaren hasieran, injekzio bidezko moldeo-prozesua zeramikazko piezen moldeoan aplikatu zen. Prozesu honek material antzuen plastikozko moldeoa gauzatzen du materia organiko kantitate handia gehituz, eta hori ohikoa da zeramikazko plastikozko moldeo-prozesu gisa. Injekzio bidezko moldeo-teknologian, termoplastiko organikoak (polietilenoa, poliestirenoa, adibidez), termoegonkorrak (epoxi erretxina, fenol erretxina, adibidez) edo uretan disolbagarriak diren polimeroak aglutinatzaile nagusi gisa erabiltzeaz gain, prozesu-laguntzaileen kantitate batzuk gehitu behar dira, hala nola plastifikatzaileak, lubrifikatzaileak eta akoplamendu-agenteak, zeramikazko injekzio-suspentsioaren jariakortasuna hobetzeko eta injekzio bidezko moldeatutako gorputzaren kalitatea bermatzeko.
Injekzio bidezko moldeo-prozesuak automatizazio-maila altua eta moldeo-pieza hutsaren tamaina zehatza bezalako abantailak ditu. Hala ere, injekzio bidezko moldeo-pieza zeramikoen gorputz berdean dagoen eduki organikoa % 50eko bolumen-mailakoa da. Denbora asko behar da, hainbat egun edo dozenaka egun ere, substantzia organiko horiek ondorengo sinterizazio-prozesuan ezabatzeko, eta erraza da kalitate-akatsak eragitea.
2.7 Koloideen injekzio bidezko moldeoa
Gehitutako materia organiko kopuru handiaren eta injekzio bidezko moldeo-prozesu tradizionalean dauden zailtasunak ezabatzeko zailtasunaren arazoak konpontzeko, Tsinghua Unibertsitateak zeramikaren injekzio bidezko moldeo koloidalerako prozesu berri bat proposatu zuen modu sortzailean, eta, modu independentean, injekzio bidezko moldeo koloidaleko prototipo bat garatu zuen zeramikazko lohi antzuaren injekzioa gauzatzeko.
Oinarrizko ideia koloidal moldekatzea injekzio bidezko moldekatzearekin konbinatzea da, injekzio ekipamendu jabeduna eta in situ solidotze koloidaleko moldekatzearen prozesuak eskaintzen duen sendatze teknologia berria erabiliz. Prozesu berri honek % 4 pisu baino gutxiago erabiltzen du materia organikoan. Uretan oinarritutako esekiduran dauden monomero organiko edo konposatu organiko kantitate txiki bat erabiltzen da moldean injektatu ondoren monomero organikoen polimerizazioa azkar eragiteko, sare organiko eskeleto bat osatzeko, zeramika hautsa uniformeki biltzen duena. Horien artean, ez bakarrik desgomatze denbora asko laburtzen da, baita desgomatzean pitzadurak gertatzeko aukera ere asko murrizten da.
Zeramikaren injekzio-moldeaketa eta koloidaleen moldeaketaren artean alde handia dago. Desberdintasun nagusia da lehenengoa plastikozko moldeaketaren kategorian sartzen dela, eta bigarrena, berriz, lohi-moldeaketaren kategorian, hau da, lohiak ez duela plastizitaterik eta material antzua dela. Lohiak ez duelako plastizitaterik koloidaleen moldeaketan, ezin da zeramikaren injekzio-moldeaketaren ideia tradizionala onartu. Moldeaketa koloidala injekzio-moldeaketarekin konbinatzen bada, zeramikazko materialen injekzio-moldeaketa koloidalean injekzio-ekipo jabedunak eta in situ moldeaketa koloidaleko prozesuak eskaintzen duen sendatze-teknologia berria erabiliz lortzen da.
Zeramiken injekzio bidezko moldeaketa koloidalaren prozesu berria moldeaketa koloidal orokorrarengandik eta injekzio bidezko moldeaketa tradizionalarekiko desberdina da. Moldekatze-automatizazio maila altuaren abantaila moldeaketa koloidalaren prozesuaren sublimazio kualitatiboa da, eta hori izango da goi-mailako zeramiken industrializazioaren itxaropena.
Argitaratze data: 2022ko urtarrilaren 18a