지르코니아 세라믹의 9가지 정밀 성형 공정

지르코니아 세라믹의 9가지 정밀 성형 공정
성형 공정은 세라믹 재료의 전체 준비 과정에서 연결 역할을 하며, 세라믹 재료 및 부품의 성능 신뢰성과 생산 반복성을 보장하는 핵심입니다.
사회가 발전함에 따라 전통 도자기의 전통적인 손 반죽 방법, 휠 성형 방법, 그라우팅 방법 등은 더 이상 현대 사회의 생산 및 개선 요구를 충족시킬 수 없으므로 새로운 성형 공정이 탄생했습니다.ZrO2 파인 세라믹 재료는 다음과 같은 9가지 유형의 성형 공정(건식 2가지 유형, 습식 7가지 유형)에 널리 사용됩니다.

1. 건식성형

1.1 건식 프레싱

건식 압축은 압력을 사용하여 세라믹 분말을 신체의 특정 모양으로 압축합니다.그 본질은 외력의 작용으로 분말 입자가 금형 내에서 서로 접근하고 내부 마찰에 의해 단단히 결합되어 특정 모양을 유지한다는 것입니다.건식 압착 성형체의 주요 결함은 파쇄인데, 이는 분말 사이의 내부 마찰과 분말과 금형 벽 사이의 마찰로 인해 본체 내부의 압력 손실을 초래합니다.

건식 프레싱의 장점은 성형체의 크기가 정확하고 작업이 간단하며 기계화 작업을 실현하는 것이 편리하다는 것입니다.그린 건식 프레싱의 수분 및 바인더 함량이 적고 건조 및 소성 수축이 작습니다.주로 단순한 형상의 제품을 형성하는 데 사용되며 종횡비가 작습니다.금형 마모로 인한 생산 비용 증가는 건식 프레싱의 단점입니다.

1.2 등압성 압축

Isostatic Pressing은 전통적인 건식 프레싱을 기반으로 개발된 특수 성형 방법입니다.유체 전달 압력을 이용하여 탄성 금형 내부의 분말에 모든 방향에서 균일한 압력을 가합니다.유체 내부 압력의 일관성으로 인해 분말은 모든 방향에서 동일한 압력을 견디므로 성형체 밀도의 차이를 피할 수 있습니다.

등방압 프레싱은 습식백 등방압 프레싱과 건식백 등방압 프레싱으로 구분됩니다.Wet Bag 등압성형은 복잡한 모양의 제품을 형성할 수 있지만 간헐적으로만 작동할 수 있습니다.드라이 백 등압 프레싱은 자동 연속 작업을 실현할 수 있지만 정사각형, 원형 ​​및 관형 단면과 같은 단순한 모양의 제품만 성형할 수 있습니다.등압성형은 소성수축이 적고 모든 방향에서 균일한 수축률을 가지며 균일하고 치밀한 압분체를 얻을 수 있으나, 장비가 복잡하고 고가이며 생산효율이 높지 않아 특수한 소재의 생산에만 적합하다. 요구 사항.

2. 습식성형

2.1 그라우팅
그라우팅 성형 공정은 테이프 캐스팅과 유사하지만, 성형 공정에는 물리적 탈수 공정과 화학적 응고 공정이 포함된다는 점이 다릅니다.물리적 탈수는 다공성 석고 주형의 모세관 작용을 통해 슬러리 내의 수분을 제거합니다.표면 CaSO4가 용해되어 생성된 Ca2+는 슬러리의 이온 강도를 증가시켜 슬러리의 응집을 유발합니다.
물리적 탈수 및 화학적 응고 작용으로 세라믹 분말 입자가 석고 주형 벽에 침전됩니다.그라우팅은 형상이 복잡한 대형 세라믹 부품의 제조에 적합하지만 형상, 밀도, 강도 등을 포함한 성형체의 품질이 좋지 않고 작업자의 노동 강도가 높아 적합하지 않습니다. 자동화된 운영을 위해.

2.2 열간 다이캐스팅
열간 다이캐스팅은 세라믹 분말과 바인더(파라핀)을 비교적 높은 온도(60~100℃)에서 혼합하여 열간 다이캐스팅용 슬러리를 얻는 공정입니다.슬러리는 압축 공기의 작용으로 금형에 주입되고 압력이 유지됩니다.왁스 블랭크를 얻기 위해 냉각, 탈형, 왁스 블랭크를 불활성 분말의 보호 하에 탈납하여 그린 바디를 얻고, 그린 바디를 고온에서 소결하여 도자기로 만든다.

열간 다이캐스팅으로 성형된 성형체는 정확한 치수, 균일한 내부 구조, 금형 마모가 적고 생산 효율성이 높으며 다양한 원료에 적합합니다.왁스 슬러리와 금형의 온도를 엄격하게 제어해야 합니다. 그렇지 않으면 주입이나 변형이 발생하여 대형 부품 제조에 적합하지 않으며 2단계 소성 공정이 복잡하고 에너지 소비가 높습니다.

2.3 테이프 캐스팅
테이프 캐스팅은 세라믹 분말을 다량의 유기 바인더, 가소제, 분산제 등과 완전히 혼합하여 유동성 점성 슬러리를 얻은 후 슬러리를 주조기의 호퍼에 첨가하고 스크레이퍼를 사용하여 두께를 조절하는 것입니다.공급 노즐을 통해 컨베이어 벨트로 흘러 나가고 건조 후 필름 블랭크가 얻어집니다.

이 공정은 필름 재료 준비에 적합합니다.더 나은 유연성을 얻기 위해 다량의 유기물을 첨가하고 공정 매개 변수를 엄격하게 제어해야 합니다. 그렇지 않으면 박리, 줄무늬, 낮은 필름 강도 또는 박리가 어려운 등의 결함이 쉽게 발생합니다.사용되는 유기물은 독성이 있어 환경오염을 유발하므로, 환경오염을 줄이기 위해 최대한 무독성이거나 독성이 적은 시스템을 사용해야 합니다.

2.4 젤 사출 성형
젤 사출 성형 기술은 1990년대 초 오크리지 국립 연구소(Oak Ridge National Laboratory) 연구원들이 처음 발명한 새로운 콜로이드 고속 프로토타이핑 공정입니다.그 핵심은 고강도의 측면 연결된 폴리머-용매 겔로 중합되는 유기 모노머 용액을 사용하는 것입니다.

유기 단량체 용액에 용해된 세라믹 분말의 슬러리를 주형에 주조하고, 단량체 혼합물이 중합되어 겔화된 부분을 형성합니다.측면 연결된 폴리머-용매에는 10%~20%(질량 분율) 폴리머만 포함되어 있으므로 건조 단계를 통해 겔 부분에서 용매를 쉽게 제거할 수 있습니다.동시에, 폴리머의 측면 연결로 인해 폴리머는 건조 과정에서 용매와 함께 이동할 수 없습니다.

이 방법은 복잡한 모양의 준망 크기 세라믹 부품을 형성할 수 있는 단상 및 복합 세라믹 부품을 제조하는 데 사용할 수 있으며, 그린 강도는 20-30Mpa 이상으로 높아 재처리가 가능합니다.이 방법의 주요 문제점은 치밀화 과정에서 배아체의 수축률이 상대적으로 높아 배아체의 변형이 쉽게 발생한다는 것입니다.일부 유기 단량체에는 산소 억제 기능이 있어 표면이 벗겨지고 떨어지게 됩니다.온도에 의한 유기 모노머 중합 공정으로 인해 온도 쉐이빙이 발생하면 내부 응력이 발생하여 블랭크가 파손되는 등의 현상이 발생합니다.

2.5 직접 응고 사출 성형
직접 응고 사출 성형은 ETH Zurich가 개발한 성형 기술입니다. 용제수, 세라믹 분말 및 유기 첨가제가 완전히 혼합되어 정전기적으로 안정하고 저점도이며 고고형분 함량이 높은 슬러리를 형성하며, 슬러리 pH 또는 화학 물질을 추가하여 변경할 수 있습니다. 전해질 농도를 높이는 방법으로 슬러리를 비다공성 금형에 주입합니다.

공정 중 화학 반응의 진행을 제어합니다.사출 성형 전의 반응은 천천히 진행되어 슬러리의 점도를 낮게 유지하고, 사출 성형 후에는 반응이 촉진되어 슬러리가 고형화되어 유동상의 슬러리가 고형체로 변한다.얻은 성형체는 우수한 기계적 특성을 가지며 강도는 5kPa에 도달할 수 있습니다.성형체는 탈형, 건조 및 소결되어 원하는 모양의 세라믹 부품을 형성합니다.

장점은 유기 첨가제가 필요하지 않거나 소량(1% 미만)만 필요하고, 생지 탈지할 필요가 없으며, 생지 밀도가 균일하고, 상대 밀도가 높다는 것입니다(55%~ 70%), 크고 복잡한 모양의 세라믹 부품을 형성할 수 있습니다.단점은 첨가제가 비싸고 일반적으로 반응 중에 가스가 방출된다는 것입니다.

2.6 사출 성형
사출 성형은 오랫동안 플라스틱 제품 성형과 금속 금형 성형에 사용되어 왔습니다.이 공정은 열가소성 유기물의 저온 경화 또는 열경화성 유기물의 고온 경화를 사용합니다.분말과 유기 담체를 특수 혼합 장비에서 혼합한 후 고압(수십~수백 MPa)으로 금형에 주입합니다.큰 성형 압력으로 인해 얻은 블랭크는 정확한 치수, 높은 부드러움 및 컴팩트한 구조를 갖습니다.특수 성형 장비를 사용하면 생산 효율성이 크게 향상됩니다.

1970년대 후반과 1980년대 초반에는 세라믹 부품 성형에 사출성형 공정이 적용됐다.본 공정은 일반적인 세라믹 플라스틱 성형공정인 유기물을 다량 첨가하여 불모재료의 플라스틱 성형을 구현하는 공정이다.사출 성형 기술에서는 열가소성 유기물(예: 폴리에틸렌, 폴리스티렌), 열경화성 유기물(예: 에폭시 수지, 페놀 수지) 또는 수용성 고분자를 주 바인더로 사용하는 것 외에도 일정량의 공정을 추가해야 합니다. 가소제, 윤활제, 커플링제 등의 보조제는 세라믹 사출 현탁액의 유동성을 향상시키고 사출 성형체의 품질을 보장합니다.

사출 성형 공정은 높은 수준의 자동화와 성형 블랭크의 정확한 크기라는 장점을 가지고 있습니다.그러나 사출 성형 세라믹 부품의 성형체에 함유된 유기물 함량은 50vol%에 달합니다.후속 소결 공정에서 이러한 유기물을 제거하는 데 며칠에서 수십 일까지 오랜 시간이 걸리고, 품질 불량이 발생하기 쉽다.

2.7 콜로이드 사출성형
다량의 유기물 첨가 문제와 기존 사출 성형 공정의 어려움을 해결하기 위해 청화대학교는 세라믹 콜로이드 사출 성형의 새로운 공정을 창의적으로 제안하고 콜로이드 사출 성형 프로토타입을 독자적으로 개발했습니다. 불모의 세라믹 슬러리 주입을 실현합니다.형성.

기본 아이디어는 콜로이드 현장 응고 성형 공정에서 제공되는 독점 사출 장비와 새로운 경화 기술을 사용하여 콜로이드 성형과 사출 성형을 결합하는 것입니다.이 새로운 공정은 4wt.% 미만의 유기물을 사용합니다.수성 현탁액에 소량의 유기 모노머 또는 유기 화합물을 사용하여 금형에 주입한 후 유기 모노머의 중합을 빠르게 유도하여 세라믹 분말을 고르게 감싸는 유기 망상 골격을 형성합니다.그 중, 검 제거 시간이 크게 단축될 뿐만 아니라, 검 제거의 균열 가능성도 크게 감소됩니다.

세라믹 사출 성형과 콜로이드 성형에는 큰 차이가 있습니다.가장 큰 차이점은 전자가 플라스틱 성형의 범주에 속하고 후자는 슬러리 성형에 속한다는 것입니다. 즉, 슬러리는 가소성이 없고 불모의 재료입니다.콜로이드 성형에서는 슬러리에 가소성이 없기 때문에 전통적인 세라믹 사출 성형 아이디어를 채택할 수 없습니다.콜로이드 성형과 사출성형을 결합하면 독자적인 사출장비와 콜로이드 In-Situ 성형 공정이 제공하는 새로운 경화기술을 이용하여 세라믹 재료의 콜로이드 사출성형을 실현할 수 있습니다.

세라믹 콜로이드 사출 성형의 새로운 공정은 일반 콜로이드 성형 및 기존 사출 성형과 다릅니다.높은 수준의 성형 자동화의 장점은 콜로이드 성형 공정의 질적 승화이며, 이는 첨단 세라믹 산업화의 희망이 될 것입니다.