Producție avansată: turnarea prin injecție a ceramicii în creștere

Aplicarea tehnologiei de turnare prin injecție ceramică

Odată cu dezvoltarea rapidă a tehnologiei CIM, produsele de turnare prin injecție ceramică au fost aplicate în unele aspecte

1. O treime din carcasele de ceasuri elvețiene sunt produse folosind tehnologia de turnare prin injecție cu pulbere ceramică, iar materialul este zirconia, un material ceramic care nu se poartă niciodată.
2. Japonia are conectori industrializați din fibră de zirconiu cu diametrul interior al găurii de 0,015 mm.
3. Statele Unite au realizat producția de mașini de tuns din zirconiu și aplicarea componentelor din nitrură de siliciu în motoare.
4. A dezvoltat căptușeală ceramică a mixerului cu dublu helix de precizie și a duzelor ceramice cu filete duble în Laboratorul cheie de stat de metalurgie a pulberilor din Universitatea Central South de Tehnologie din China. Senzorul de zirconiu a fost dezvoltat cu succes de Școala de Știința și Tehnologia Materialelor a Universității de Știință și Tehnologie Huazhong folosind tehnologia CIM.

Diagramă de bază a procesului de turnare prin injecție ceramică

Pulbere, liant, dispersant, lubrifiant -- amestecare -- degazare granulare -- injectare -- degresare -- sinterizare -- Testarea produsului

Tehnologia de turnare prin injecție a ceramicii pentru cerințele de pulbere ceramică

1. Pulberea ar trebui să fie special pregătită pentru o densitate de umplere limită ridicată și un cost scăzut;
2. Pulberea nu se aglomerează;
3. Forma pulberii este în principal sferică;
4. Există suficientă frecare între pulbere pentru a evita deformarea sau prăbușirea țaglei după îndepărtarea liantului. În cele mai multe cazuri, unghiul pantei naturale trebuie să fie mai mare de 55°;
5. Pentru a facilita sinterizarea rapidă, acesta ar trebui să aibă o dimensiune medie mică a particulei, în general mai mică de 1 μm;
6. Pulberea în sine este densă, fără pori interni;
7. Suprafața pulberii este curată și nu reacționează chimic cu liantul.

Sistem de liant prin turnare prin injecție

Lianții în turnare prin injecție au două funcții de bază.

În primul rând, pulberea poate fi amestecată uniform în etapa de turnare prin injecție, iar pulberea poate avea o fluiditate bună după încălzire;

În al doilea rând, liantul poate menține forma corpului după turnarea prin injecție și în timpul degresării.

Se poate spune că liantul este nucleul și cheia în tehnologia de turnare prin injecție a pulberii, iar fiecare îmbunătățire și descoperire a procesului de turnare prin injecție este însoțită de nașterea unui nou sistem de lipire. În CIM, deoarece dimensiunea particulelor de pulbere este mai mică decât cea a turnării prin injecție a pulberii metalice, fluiditatea pulberii în sine este slabă, iar decalajul dintre pulbere și liant după amestecare este foarte mic, rezultând o degresare dificilă, ceea ce impune cerințe mai exigente pentru liant. Prin urmare, ca liant ceramic de turnare prin injecție, trebuie îndeplinite următoarele condiții:

1. Mobilitate bună. Vâscozitatea turnării prin injecție ar trebui să fie moderată, vâscozitatea este prea mare, pulberea nu poate fi dispersată eficient în liant, nu este doar dificil de amestecat, ci și dificil de a obține o țagla amestecată uniform, care este ușor de a produce defecte de turnare; Vâscozitatea prea scăzută va provoca delaminarea pulberii ceramice și a liantului, iar vâscozitatea nu poate fluctua prea mult cu temperatura, altfel vor apărea defecte.

2. Liantul trebuie să poată umezi bine pudra și să aibă un efect bun de aderență asupra pulberii. De obicei, pentru a îmbunătăți performanța de umectare a liantului, trebuie adăugate unele substanțe active de suprafață pentru a reduce vâscozitatea amestecului și a crește fluiditatea acestuia. În același timp, liantul udă particulele pentru a produce forță capilară pentru a absorbi particulele și a împiedica corpul să se deformeze. Pentru a asigura stabilitatea țaglei, pulberea trebuie să fie inertă față de liant.

3. Liantul este compus din materie organică multicomponentă. Este dificil ca un singur liant organic să îndeplinească cerințele de fluiditate și, după ce unul dintre componente este degresat, se formează o porozitate deschisă, care conduce la excluderea liantului rămas. Practica a demonstrat că rata de degresare a liantului multicomponent este mult mai rapidă decât cea a liantului monocomponent și defectele sunt mult mai mici. Desigur, polimerii organici cu lianți multicomponenti sunt compatibili.

4. Liantul are o conductivitate termică ridicată și un coeficient scăzut de dilatare termică. Acest lucru nu numai că evită defectele cauzate de stresul termic, dar reduce și șocul termic asupra corpului și reduce defectele.

5. În plus, liantul trebuie să fie, de asemenea, netoxic, nepoluant, nevolatil, fără absorbție de umiditate, iar performanța de încălzire ciclică nu se modifică.

Comparația avantajelor și dezavantajelor diferitelor sisteme de liant

În CIM sunt compuși mai mulți lianți obișnuiți

În ultimii ani, cei mai tipici lianți folosiți adesea în diverse turnare prin injecție a pulberii ceramice din lume. După cum se poate observa din tabel, lianții utilizați în CIM aparțin în principal sistemului multicomponent termoplastic.

Prepararea amestecului CIM

Un amestec este un amestec de pulbere și liant. În întregul proces de turnare prin injecție, prepararea amestecului de liant de pulbere și polimer este unul dintre cei mai importanți pași. Procesul necesită ca amestecul să aibă o omogenitate bună, proprietăți reologice bune și caracteristici bune de degresare.

Pentru tehnologia de amestecare selectată, rolul principal este de a potrivi rata, temperatura și timpul. Cu toate acestea, dacă viteza de amestecare și temperatura sunt prea scăzute, indiferent cât de mult timpul de amestecare nu poate fi uniform.

Problema reologică a PIM este în principal evaluarea și caracterizarea vâscozității amestecului.

Turnare prin injecție

Scopul turnării prin injecție este de a obține un corp de formare CIM fără defecte și aranjare uniformă a particulelor în forma dorită. Amestecul preparat poate fi, în general, injectat în mașina obișnuită de turnat prin injecție de plastic sau poate fi injectat în mașina specială de injectare a pulberii. Parametrii procesului de turnare includ în general temperatura de injecție, presiunea de injecție, viteza de injecție, presiunea de menținere a presiunii, timpul de răcire pentru menținerea presiunii și temperatura matriței. Dacă parametrii procesului nu sunt controlați corespunzător, este ușor să se producă diverse defecte. Defectele de injectare nu pot fi eliminate în procesul următor, astfel încât acest proces trebuie controlat strict, ceea ce este esențial pentru îmbunătățirea randamentului produsului și a utilizării materialului.

Piese de turnare prin injecție din zirconiu

Controlul defectelor în procesul de turnare prin injecție a ceramicii

Controlul defectelor în procesul de turnare prin injecție poate fi considerat din două aspecte: pe de o parte, se stabilește relația dintre temperatura de turnare, presiune și timp; Celălalt aspect este fluxul de alimentare în cavitatea matriței la umplere. Deoarece majoritatea produselor CIM sunt piese mici cu forme complexe și cerințe de înaltă precizie, fluxul de amestec în cavitatea matriței implică probleme de proiectare a matriței, inclusiv locația orificiului de alimentare, lungimea canalului de curgere, locația orificiului de aerisire etc., ceea ce necesită o înțelegere clară a parametrilor proprietății de curgere a amestecului, temperatura în cavitatea matriței și distribuția tensiunii reziduale.

Sinterizare ceramică

Procesul de sinterizare este în principal pentru a controla creșterea granulometriei ceramicii, pentru a obține materialele de fază necesare și pentru a asigura o densitate mare de sinterizare și un corp ceramic dens sinterizat.

Procesul de sinterizare doi parametri importanți: temperatura de sinterizare și timpul de sinterizare

Nou proces de turnare prin injecție a ceramicii

Turnarea co-injecție de pulbere (PCM) este o nouă dezvoltare a turnării prin injecție de pulbere.Această tehnică folosește o mașină de turnat prin injecție cu două butoaie pentru a injecta succesiv două amestecuri diferite de pulbere/liant în cavitatea matriței. Acest proces permite ca tratarea suprafeței să fie efectuată în timpul turnării prin injecție, mai degrabă decât după prepararea produsului finit. Pregătirea și tratarea suprafeței produsului poate fi finalizată într-un singur proces, care este el însuși foarte atractiv din punct de vedere tehnic și economic.

Tehnologia de turnare prin injecție la presiune joasă, în ceea ce privește procesul de injecție în sine, procesul de injecție la presiune joasă este mai bun decât injecția la presiune înaltă.Alimentarea vâscozității generale între 1.5-4.0Pa.s poate fi completată cu aer comprimat de 0.8Mpa, care poate elimina sistemul hidraulic, pistonul de injecție și sistemul de biele din echipamentele tradiționale. Se poate observa că avantajele injecției la presiune joasă sunt gradient de presiune scăzut în verdele de injecție, uzură mică a matriței, alimentarea matriței antiaderente, evitând poluarea de alimentare cauzată de uzura pistonului de injecție și nesepararea pulberii/liantului. În plus, există un consum redus de energie, un echipament de dimensiuni reduse, o structură simplă și un cost redus.