Geavanceerde productie: keramisch spuitgieten in opkomst

Toepassing van Keramische injectie vormtechnologie

Met de snelle ontwikkelingP.mDankzij de CIM-technologie worden keramische spuitgietproducten in sommige opzichten toegepast

1. Een derde van de Zwitserse horlogekasten wordt geproduceerd met behulp van keramische poederspuitgiettechnologie. Het materiaal dat hiervoor wordt gebruikt, is zirkonia, een keramisch materiaal dat nooit slijt.
2. Japan heeft zirkonia-vezelconnectoren met een binnendiameter van 0,015 mm geïndustrialiseerd.
3. In de Verenigde Staten zijn ze begonnen met de productie van haartrimmers van zirkoniumoxide en de toepassing van siliciumnitridecomponenten in motoren.
4. Ontwikkelde keramische bekleding van precisie dubbel helix mixer en keramische spuitmonden met dubbele draden in het State Key Laboratory van Poedermetallurgie van de Centrale Zuid-Technische Universiteit van China. De zirkoonsensor werd succesvol ontwikkeld door de School of Materials Science and Technology van de Huazhong University of Science and Technology met behulp van CIM-technologie.

Basisprocesstroomschema van keramisch spuitgieten

Poeder, bindmiddel, dispergeermiddel, smeermiddel -- mengen -- ontgassen granuleren -- injectie -- ontvetten -- Sinteren -- Producttesten

Keramische spuitgiettechnologie voor keramische poedervereisten

1. Poeder moet speciaal worden voorbereid voor een hoge vuldichtheid en lage kosten.
2. Het poeder klontert niet.
3. De vorm van het poeder is hoofdzakelijk bolvormig.
4. Er is voldoende wrijving tussen het poeder om vervorming of instorting van de staaf te voorkomen nadat het bindmiddel is verwijderd. In de meeste gevallen moet de natuurlijke hellingshoek groter zijn dan 55°;
5. Om snel sinteren mogelijk te maken, moet de gemiddelde deeltjesgrootte klein zijn, doorgaans kleiner dan 1 μm;
6. Het poeder zelf is dicht, zonder interne poriën;
7. Het oppervlak van het poeder is schoon en reageert niet chemisch met het bindmiddel.

Spuitgietbindmiddelsysteem

Bindmiddelen bij spuitgieten hebben twee basisfuncties.

Ten eerste kan het poeder gelijkmatig worden gemengd in de spuitgietfase en kan het poeder na verhitting goed vloeibaar zijn;

Ten tweede kan het bindmiddel de vorm van het lichaam behouden na het spuitgieten en tijdens het ontvetten.

Bindmiddel is de kern en sleutel in de poederspuitgiettechnologie, en elke verbetering en doorbraak in het spuitgietproces gaat gepaard met de geboorte van een nieuw verbindingssysteem. Omdat de deeltjesgrootte van het poeder bij CIM kleiner is dan bij metaalpoederspuitgieten, is de vloeibaarheid van het poeder zelf slecht en is de opening tussen het poeder en het bindmiddel na het mengen zeer klein, wat resulteert in moeilijk ontvetten, wat hogere eisen stelt aan het bindmiddel. Daarom moet een keramisch bindmiddel voor spuitgieten aan de volgende voorwaarden voldoen:

1. Goede mobiliteit. De viscositeit van spuitgieten moet matig zijn. Is de viscositeit te hoog, dan kan het poeder niet effectief in het bindmiddel worden gedispergeerd. Het is niet alleen moeilijk te mengen, maar ook moeilijk om een ​​gelijkmatig gemengde staaf te verkrijgen, wat gemakkelijk vormfouten veroorzaakt. Een te lage viscositeit veroorzaakt delaminatie van keramisch poeder en bindmiddel. De viscositeit mag niet te veel fluctueren met de temperatuur, anders zullen er fouten optreden.

2. Het bindmiddel moet het poeder goed kunnen bevochtigen en een goede hechting hebben. Om de bevochtigende werking van het bindmiddel te verbeteren, moeten doorgaans oppervlakteactieve stoffen worden toegevoegd om de viscositeit van het mengsel te verlagen en de vloeibaarheid te verhogen. Tegelijkertijd bevochtigt het bindmiddel de deeltjes, waardoor capillaire kracht ontstaat die de deeltjes adsorbeert en vervorming van het materiaal voorkomt. Om de stabiliteit van de staaf te garanderen, moet het poeder inert zijn ten opzichte van het bindmiddel.

3. Het bindmiddel bestaat uit meercomponenten organisch materiaal. Het is moeilijk voor één enkel organisch bindmiddel om aan de vloeibaarheidseisen te voldoen, en nadat een van de componenten is ontvet, ontstaat er een open porositeit, waardoor het resterende bindmiddel wordt uitgesloten. De praktijk heeft uitgewezen dat de ontvettingssnelheid van meercomponentenbindmiddelen veel sneller is dan die van ééncomponentenbindmiddelen, en dat de defecten veel minder zijn. Uiteraard zijn organische polymeren en meercomponentenbindmiddelen compatibel.

4. Het bindmiddel heeft een hoge thermische geleidbaarheid en een lage thermische uitzettingscoëfficiënt. Dit voorkomt niet alleen defecten veroorzaakt door thermische spanning, maar vermindert ook de thermische schok op het lichaam en vermindert de defecten.

5. Bovendien mag het bindmiddel niet giftig, niet vervuilend, niet vluchtig en niet vochtabsorberend zijn en mogen de cyclische verwarmingsprestaties niet veranderen.

Vergelijking van de voor- en nadelen van verschillende bindmiddelsystemen

Verschillende veel voorkomende bindmiddelen in CIM zijn samengesteld

De meest voorkomende bindmiddelen die de laatste jaren wereldwijd veelvuldig worden gebruikt in diverse keramische poederspuitgiettechnieken. Zoals uit de tabel blijkt, behoren de bindmiddelen die bij CIM worden gebruikt voornamelijk tot de thermoplastische meercomponentensystemen.

Bereiding van CIM-mengsel

Een mengsel is een mengsel van poeder en bindmiddel. In het gehele spuitgietproces is de bereiding van het mengsel van poeder en polymeerbindmiddel een van de belangrijkste stappen. Het proces vereist dat het mengsel een goede homogeniteit, goede reologische eigenschappen en goede ontvettingseigenschappen heeft.

Voor de gekozen mengtechnologie is het vooral belangrijk om de snelheid, temperatuur en tijd op elkaar af te stemmen. Als de mengsnelheid en -temperatuur echter te laag zijn, kan de mengtijd, hoe lang deze ook is, niet uniform zijn.

Het reologische probleem van PIM is voornamelijk de evaluatie en karakterisering van de viscositeit van het mengsel.

Spuitgieten

Het doel van spuitgieten is het verkrijgen van een CIM-vormlichaam zonder defecten en met een uniforme deeltjesverdeling in de gewenste vorm. Het bereide mengsel kan over het algemeen worden geïnjecteerd in een gewone kunststofspuitgietmachine of in een speciale poederspuitgietmachine. De parameters van het spuitgietproces omvatten doorgaans de injectietemperatuur, injectiedruk, injectiesnelheid, drukhoudtijd, drukhoudtijd, koeltijd en matrijstemperatuur. Als de procesparameters niet goed worden gecontroleerd, kunnen er gemakkelijk diverse defecten ontstaan. Injectiedefecten kunnen niet worden geëlimineerd in het daaropvolgende proces, dus dit proces moet strikt worden gecontroleerd, wat cruciaal is voor het verbeteren van de productopbrengst en het materiaalgebruik.

Zirkonium spuitgietonderdelen

Controle van defecten in het keramische spuitgietproces

De beheersing van defecten in het spuitgietproces kan vanuit twee perspectieven worden bekeken: enerzijds wordt de relatie tussen giettemperatuur, druk en tijd bepaald; anderzijds de stroming van het materiaal in de matrijsholte tijdens het vullen. Omdat de meeste CIM-producten kleine onderdelen zijn met complexe vormen en hoge precisie-eisen, heeft de stroming van het materiaal in de matrijsholte te maken met matrijsontwerpaspecten, waaronder de locatie van de toevoerpoort, de lengte van het stromingskanaal, de locatie van het ontluchtingsgat, enz. Dit vereist een duidelijk begrip van de parameters van de stromingseigenschappen van het materiaal, de temperatuur in de matrijsholte en de verdeling van restspanning.

Keramisch sinteren

De sinterproces wordt hoofdzakelijk gebruikt om de korrelgroottegroei van keramiek te regelen, de vereiste fasematerialen te verkrijgen en de hoge sinterdichtheid en dichte keramische gesinterde lichamen te garanderen.

Het sinterproces heeft twee belangrijke parameters: sintertemperatuur en sintertijd

Nieuw keramisch spuitgietproces

Poederco-injectiegieten (PCM) is een nieuwe ontwikkeling in poederspuitgieten. Deze techniek maakt gebruik van een dubbelloops spuitgietmachine om achtereenvolgens twee verschillende poeder/bindmiddelmengsels in de matrijsholte te spuiten. Dit proces maakt het mogelijk om de oppervlaktebehandeling al tijdens het spuitgieten uit te voeren, in plaats van nadat het eindproduct is bereid. De voorbereiding en oppervlaktebehandeling van het product kunnen in één proces worden voltooid, wat op zichzelf al zeer aantrekkelijk is vanuit technisch en economisch oogpunt.

Lagedruk-spuitgiettechnologie: wat het injectieproces zelf betreft, is het lagedruk-spuitgietproces beter dan het hogedruk-spuitgietproces. De toevoer van de algemene viscositeit tussen 1,5 en 4,0 Pa.s kan worden voltooid met 0,8 MPa perslucht, waardoor het hydraulische systeem, de injectiezuiger en het drijfstangsysteem in traditionele apparatuur kunnen worden verwijderd. De voordelen van een lagedrukinjectiezone zijn: een lage drukgradiënt in de injectiezone, geringe slijtage van de matrijs, een antiaanbakwerking van de matrijs en het vermijden van vervuiling door slijtage van de injectiezuiger en het niet scheiden van poeder/bindmiddel. Bovendien zijn het energieverbruik, de compacte afmetingen van de apparatuur, de eenvoudige constructie en de lage kosten laag.