ייצור מתקדם: הזרקת קרמיקה במגמת עלייה

יישום טכנולוגיית הזרקה קרמית

עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית CIM, מוצרי הזרקת קרמיקה יושמו בהיבטים מסוימים

1. שליש מארזי השעונים השוויצרים מיוצרים בטכנולוגיית הזרקת אבקה קרמית, והחומר הוא זירקוניה, חומר קרמי שאינו נשחק לעולם.
2. ליפן יש מחברי סיבי זירקוניה מתועשים עם קוטר חור פנימי של 0.015 מ"מ.
3. ארצות הברית מימשה את הייצור של קוצץ שיער זירקוניה ואת היישום של רכיבי סיליקון ניטריד במנועים.
4. פיתחה בטנה קרמית של מערבל סליל כפול מדויק וחירי קרמיקה עם חוטים כפולים במעבדת המפתח הממלכתית למטלורגיית אבקות של אוניברסיטת מרכז דרום הטכנולוגיה של סין. חיישן הזירקוניה פותח בהצלחה על ידי בית הספר למדע וטכנולוגיה של חומרים של אוניברסיטת Huazhong למדע וטכנולוגיה באמצעות טכנולוגיית CIM.

תרשים זרימת תהליך בסיסי של הזרקת קרמיקה

אבקה, קלסר, חומר פיזור, חומר סיכה -- ערבוב -- גרגירה הסרת גז -- הזרקה -- הסרת שומנים -- סינטר -- בדיקת מוצר

טכנולוגיית הזרקה קרמית לדרישות אבקה קרמית

1. אבקה צריכה להיות מוכנה במיוחד עבור צפיפות מילוי גבול גבוהה ועלות נמוכה;
2. האבקה אינה מתאגרפת;
3. צורת האבקה היא בעיקרה כדורית;
4. יש מספיק חיכוך בין האבקה כדי למנוע דפורמציה או קריסה של הבילט לאחר הסרת הקלסר. ברוב המקרים, זווית השיפוע הטבעית צריכה להיות גדולה מ-55°;
5. על מנת להקל על סינטרה מהירה, עליו להיות בעל גודל חלקיקים ממוצע קטן, בדרך כלל פחות מ-1 מיקרומטר;
6. האבקה עצמה צפופה, ללא נקבוביות פנימיות;
7. פני האבקה נקיים ואינם מגיבים כימית עם הקלסר.

מערכת קלסרים בהזרקה

לקלסרים בהזרקה יש שתי תפקידים בסיסיים.

קודם כל, ניתן לערבב את האבקה באופן שווה בשלב ההזרקה, והאבקה יכולה להיות נזילות טובה לאחר חימום;

שנית, הקלסר יכול לשמור על צורת הגוף לאחר הזרקה ובמהלך הסרת שומנים.

ניתן לומר שהקלסר הוא הליבה והמפתח בטכנולוגיית הזרקת אבקה, וכל שיפור ופריצת דרך בתהליך ההזרקה מלווה בלידת מערכת הדבקה חדשה. ב-CIM, מכיוון שגודל חלקיקי האבקה קטן יותר מזה של הזרקת אבקת מתכת, נזילות האבקה עצמה ירודה, והפער בין האבקה לחומר הקושר לאחר הערבוב קטן מאוד, וכתוצאה מכך הסרת שומנים קשה, מה שמציב דרישות תובעניות יותר עבור הקלסר. לכן, כקלסר להזרקה קרמי, יש לעמוד בתנאים הבאים:

1. ניידות טובה. הצמיגות של הזרקה צריכה להיות מתונה, הצמיגות גבוהה מדי, לא ניתן לפזר את האבקה ביעילות בקלסר, זה לא רק קשה לערבב, אלא גם קשה להשיג בילט מעורבב אחיד, שקל לייצר פגמי דפוס; צמיגות נמוכה מדי תגרום לדה למינציה של אבקת קרמיקה וחומר קלסר, וצמיגות לא יכולה להשתנות יותר מדי עם הטמפרטורה, אחרת יתרחשו פגמים.

2. הקלסר חייב להיות מסוגל להרטיב היטב את האבקה ולהיות בעל אפקט הדבקה טוב על האבקה. בדרך כלל על מנת לשפר את ביצועי ההרטבה של הקלסר, יש להוסיף כמה חומרים פעילים על פני השטח כדי להפחית את צמיגות התערובת ולהגביר את נזילותה. במקביל, הקלסר מרטיב את החלקיקים כדי לייצר כוח נימי לספוח החלקיקים ולשמור על הגוף מפני דפורמציה. על מנת להבטיח את יציבות הבילט, האבקה צריכה להיות אינרטית ביחס לקלסר.

3. הקלסר מורכב מחומר אורגני מרובה רכיבים. קשה לקלסר אורגני יחיד לעמוד בדרישות הנזילות, ולאחר הסרת שומנים של אחד הרכיבים נוצרת נקבוביות פתוחה, התורמת להדרה של הקלסר שנותר. התרגול הוכיח שקצב הסרת השומנים של קלסר מרובה רכיבים מהיר בהרבה מזה של קלסר יחיד והפגמים הרבה פחות. כמובן, פולימרים אורגניים עם קלסרים מרובי רכיבים תואמים.

4. לקלסר מוליכות תרמית גבוהה ומקדם התפשטות תרמית נמוך. זה לא רק מונע את הפגמים הנגרמים מלחץ תרמי, אלא גם מפחית את ההלם התרמי לגוף ומפחית את הפגמים.

5. בנוסף, על הקלסר להיות גם לא רעיל, לא מזהם, לא נדיף, לא ספיגת לחות, וביצועי החימום המחזוריים אינם משתנים.

השוואה בין היתרונות והחסרונות של מערכות קלסרים שונות

מורכבים מספר קלסרים נפוצים ב-CIM

בשנים האחרונות, הקלסרים האופייניים ביותר המשמשים לרוב בהזרקת אבקות קרמיקה שונות בעולם. כפי שניתן לראות מהטבלה, הקלסרים המשמשים ב-CIM שייכים בעיקר למערכת הרב-רכיבית התרמופלסטית.

הכנת תערובת CIM

תערובת היא תערובת של אבקה וחומר קלסר. בכל תהליך ההזרקה, הכנת תערובת האבקה והקלסר הפולימרי היא אחד השלבים החשובים ביותר. התהליך דורש מהתערובת תהיה הומוגניות טובה, תכונות ריאולוגיות טובות ומאפייני הסרת שומנים טובים.

עבור טכנולוגיית הערבוב שנבחרה, התפקיד העיקרי הוא להתאים את הקצב, הטמפרטורה והזמן. עם זאת, אם מהירות הערבוב והטמפרטורה נמוכות מדי, לא משנה כמה זמן זמן הערבוב לא יכול להיות אחיד.

הבעיה הריאולוגית של PIM היא בעיקר הערכה ואפיון של צמיגות התערובת.

הזרקה

מטרת ההזרקה היא להשיג גוף יוצר CIM ללא פגמים וסידור חלקיקים אחיד בצורה הרצויה. בדרך כלל ניתן להזריק את התערובת המוכנה למכונת הזרקת פלסטיק רגילה, או להזריק למכונת הזרקת אבקה מיוחדת. פרמטרים של תהליך הדפוס כוללים בדרך כלל טמפרטורת הזרקה, לחץ הזרקה, מהירות הזרקה, לחץ החזקת לחץ, זמן קירור החזקת לחץ וטמפרטורת התבנית. אם פרמטרי התהליך אינם נשלטים כראוי, קל לייצר פגמים שונים. לא ניתן לבטל פגמים בהזרקה בתהליך הבא, ולכן תהליך זה חייב להיות בשליטה קפדנית, דבר שהוא קריטי לשיפור תפוקת המוצר וניצול החומרים.

חלקי הזרקת זירקוניה

בקרת פגמים בתהליך הזרקת קרמיקה

השליטה בפגמים בתהליך ההזרקה יכולה להיחשב משני היבטים: מצד אחד נקבע היחס בין טמפרטורת היציקה, הלחץ והזמן; ההיבט הנוסף הוא זרימת ההזנה בחלל העובש בעת המילוי. מכיוון שרוב מוצרי ה-CIM הם חלקים קטנים בעלי צורות מורכבות ודרישות דיוק גבוהות, זרימת התערובת בחלל התבנית כרוכה בבעיות עיצוב של התבנית, לרבות מיקום פתח ההזנה, אורך תעלת הזרימה, מיקום חור האוורור וכו', מה שמצריך הבנה ברורה של הפרמטרים של תכונת זרימת התערובת, הטמפרטורה בחלל התבנית ופיזור הלחץ השיורי.

סינטר קרמי

תהליך הסינטרינג נועד בעיקר לשלוט בגידול גודל הגרגירים של קרמיקה, להשיג את חומרי הפאזה הנדרשים, ולהבטיח את צפיפות הסינטר הגבוהה וגוף הסינטר הקרמי הצפוף.

תהליך סינטר שני פרמטרים חשובים: טמפרטורת סינטר וזמן סינטר

תהליך חדש של הזרקה קרמית

דפוס הזרקת אבקה (PCM) הוא פיתוח חדש של הזרקת אבקה.טכניקה זו משתמשת במכונת הזרקה כפולה כדי להזריק ברציפות שתי תערובות אבקה/קלסר שונות לתוך חלל התבנית. תהליך זה מאפשר לבצע את טיפול פני השטח במהלך הזרקה, ולא לאחר הכנת המוצר המוגמר. ניתן להשלים את הכנת המוצר וטיפול פני השטח בתהליך אחד, שהוא עצמו מאוד אטרקטיבי מבחינה טכנית וכלכלית.

טכנולוגיית הזרקה בלחץ נמוך, מבחינת תהליך ההזרקה עצמו, תהליך הזרקה בלחץ נמוך עדיף על הזרקה בלחץ גבוה.ניתן להשלים את הזנת הצמיגות הכללית בין 1.5-4.0Pa.s על ידי אוויר דחוס של 0.8Mpa, שיכול להסיר את המערכת ההידראולית, בוכנת ההזרקה ומערכת מוט החיבור בציוד המסורתי. ניתן לראות כי היתרונות של הזרקה בלחץ נמוך הם שיפוע לחץ נמוך בירוק ההזרקה, בלאי עובש קטן, הזנת עובש נון-סטיק, הימנעות מזיהום ההזנה הנגרם משחיקת בוכנת ההזרקה ואי הפרדת אבקה/קלסר. בנוסף, ישנה צריכת אנרגיה נמוכה, גודל ציוד קטן, מבנה פשוט ועלות נמוכה.