Tecnología especial de fabricación de cerámica
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Métodos especiales de moldeo de cerámica, tipos y cantidades de aglutinantes
Ejemplos de aglutinantes utilizados en métodos de moldeo
Mil presiones butiral de polivinilo, etc. 1~5
La resina acrílica fundida 1~3
5~15 está hecha de metilcelulosa por extrusión.
Polipropileno inyectado, etc. 10~25
Preparación de policarboxilato de amonio 0~3 mediante método de prensado isostático.
Los aglutinantes se pueden dividir en lubricantes, plastificantes, dispersantes, tensioactivos (con funciones dispersantes y lubricantes), etc. Para satisfacer las necesidades de moldeo, se suele utilizar una combinación de diversos materiales orgánicos. Al seleccionar un adhesivo, se deben considerar los siguientes factores:
1) El adhesivo debe poder humedecerse con el polvo. Cuando la tensión superficial crítica (yoc) o la energía libre superficial (yos) del polvo es mayor que la tensión superficial (yoc) del aglutinante, se puede humedecer bien.
2) Un buen aglutinante se humedece completamente fácilmente con el polvo y tiene una fuerte adherencia. Cuando el polvo humedece el adhesivo, se produce una interacción gravitacional entre las fuerzas intermoleculares y se produce un enlace rojo (enlace primario) entre el adhesivo y el polvo. Al mismo tiempo, se produce cohesión (unión secundaria) dentro de las moléculas del adhesivo debido a los efectos de orientación, inducción y dispersión. Aunque el agua puede mojar completamente la madera de álamo, es muy volátil, tiene un peso molecular pequeño y una fuerza cohesiva baja, por lo que no es un adhesivo muy bueno. Según el orden de combinación de varios materiales orgánicos, se pueden ordenar según la base de la siguiente manera:
A CONH A>-con H2>A COOH>-OH>-NO2>-cooc2h 5> ;COOCH5>-CHO>= CO>-CH3>= CH2>-CH2
3) El peso molecular del aglutinante debe ser moderado. Para humedecerse completamente, el peso molecular es pequeño, pero la cohesión es débil. A medida que aumenta el peso molecular, aumenta la capacidad de unión. Sin embargo, cuando el peso molecular es demasiado grande, la fuerza de cohesión circundante es demasiado grande y no puede humedecerse, deformando fácilmente el cuerpo verde. Para facilitar el movimiento de los segmentos intramoleculares, se debe agregar un plastificante apropiado en este momento para hacer que el adhesivo sea más suave y más fácil de formar y al mismo tiempo sea fácil de humedecer.
4) Para garantizar la calidad del producto, también es necesario evitar que las personas mezclen impurezas de aglutinantes, materias primas y procedimientos de preparación, causando defectos dañinos en los productos.
En la preparación de las materias primas se utilizan métodos mecánicos como trituración y mezcla junto con aglutinantes y dispersantes para conseguir la dispersión y evitar al máximo la aglomeración de partículas. Los aglutinantes se ven afectados por factores como el tipo y el peso molecular, las propiedades de la superficie de las partículas y la solubilidad del disolvente. , y se adsorbe en la superficie de las partículas de materia prima, evitando la aglomeración de materias primas en polvo mediante el efecto de estabilización tridimensional. Durante el proceso de moldeo, el aglutinante imparte plasticidad a las materias primas, retiene agua y mejora la resistencia y facilidad de construcción del cuerpo moldeado. En general, el aglomerante necesita descomponerse y volatilizarse mediante calentamiento durante el proceso de desengrase porque dificulta la sinterización de la cerámica. Por lo tanto, es necesario elegir materiales orgánicos que sean fáciles de dispersar y eliminar y que no contengan sales inorgánicas ni iones metálicos nocivos para garantizar la calidad del producto. Los materiales cerámicos especiales, como el nitruro de silicio, tienen excelentes propiedades como alta resistencia, alta resistencia al desgaste, baja densidad (ligero), resistencia al calor y resistencia a la corrosión, y son adecuados para la fabricación de cerámicas para automóviles, como impulsores de alimentación de turbinas, quemadores basculantes y auxiliares. Cámaras de combustión. Estas piezas requieren formas complejas, dimensiones de alta precisión y alta confiabilidad. Defectos internos (grietas, poros, cuerpos extraños, etc.). ) y no se permiten defectos superficiales.
Una de las tecnologías de moldeo que puede cumplir con estos requisitos de calidad es el moldeo por inyección de cerámica. La tecnología de moldeo por inyección de cerámica proviene del moldeo por inyección de materiales poliméricos. Se basa en las características de fusión a alta temperatura y solidificación de polímeros a baja temperatura, y el polímero se elimina después del moldeo. En comparación con la tecnología tradicional de procesamiento de cerámica, es mucho más simple, puede fabricar piezas cerámicas de alta precisión de varias formas complejas y es fácil de escalar y automatizar la producción.
CiM (método y dispositivo de moldeo por inyección de coloides cerámicos) inventado por el profesor Yang Jinlong del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Tsinghua se encuentra en el nivel líder en China.
La tecnología de moldeo por inyección de cerámica tiene muchas ventajas.
Su uso para preparar componentes cerámicos con formas complejas no solo tiene una alta precisión dimensional y un buen estado de la superficie, sino que también ahorra operaciones de posprocesamiento, reduce los costos de producción y acorta el ciclo de producción. También tiene las características de un alto grado de automatización y es adecuado para la producción en masa. El proceso generalmente incluye los siguientes pasos: selección de polvo cerámico, selección de aglutinante, mezcla uniforme de polvo cerámico y aglutinante, moldeo por inyección, desengrasado y sinterización. Hojear es clave.
La tecnología original de inyección de moldeo de cerámica consiste en mezclar una gran cantidad de resina polimérica con polvo cerámico para obtener una mezcla, que luego se coloca en una máquina de moldeo por inyección y se inyecta en el molde a una temperatura determinada, y luego se condensó rápidamente y se desmoldó para formar un cuerpo verde. Esta tecnología es adecuada para preparar productos con alta resistencia corporal, alta precisión dimensional, menos procesamiento mecánico y cuerpos verdes uniformes, y es adecuada para la producción en masa. Tiene ventajas obvias para preparar productos con formas complejas y espesor fino. Sin embargo, debido a la gran cantidad de aglutinantes poliméricos, el desengrasado del cuerpo cerámico se ha convertido en un problema insuperable. El cuerpo se deforma fácilmente y se forman poros.
Los aglutinantes pueden rellenar el polvo con la forma deseada y tener un impacto importante en todo el proceso. Un aglutinante ideal debe tener las siguientes características:
1) La viscosidad del aglutinante puro a la temperatura de moldeo es inferior a 1 Pa·s, no se separa del polvo al fluir y tiene suficiente resistencia y dureza. después de enfriar;
2) Es inerte y no reacciona con el polvo;
3) Se descompone por encima de la temperatura de mezcla del moldeo y los productos de descomposición no son tóxicos ni no. -corrosivo y con poca ceniza residual;
4) Bajo coeficiente de expansión y baja tensión residual causada por la expansión térmica o cristalización;
5) Cumple con los requisitos de protección ambiental, barato, seguro, no higroscópico, no contiene componentes volátiles y tiene una larga vida útil.
La mayoría de los adhesivos utilizados se pueden dividir en tres categorías: adhesivos a base de cera o aceite, adhesivos a base de agua y soluciones de polímeros sólidos. Los aglutinantes a base de cera suelen contener de 3 a 4 componentes, y el polímero controla la viscosidad del flujo, la resistencia del cuerpo verde (cuerpo verde antes de la sinterización) y las propiedades desengrasantes. Las cadenas moleculares cortas proporcionan una buena formabilidad y minimizan la orientación en los elementos moldeados. La cera o el aceite es el relleno principal y se elimina durante las etapas iniciales del desengrasado. Los tensioactivos se utilizan para mejorar la compatibilidad entre el polvo y el aglutinante. Los plastificantes se utilizan para ajustar las propiedades de fluidez de los polímeros. Los adhesivos a base de agua contienen polímeros, geles o vidrio soluble en agua. Este aglutinante suele moldearse a baja presión para evitar la separación del polvo y el aglutinante y reducir el desgaste del molde y la tensión residual. Debido a que el agua se elimina fácilmente, esto permite crear piezas más gruesas. La solidificación o gelificación de la solución aglutinante imparte resistencia al cuerpo verde. Antes de la sinterización, el agua se evapora o se sublima del cuerpo verde para minimizar la distorsión. Nueva formulación adhesiva utilizando solución de polímero sólido de poliestireno para evitar deformaciones. Los rellenos primarios se eliminan mediante impregnación con solución. Dado que la estructura esquelética del poliestireno no se debilita, se evita la deformación del producto bruto. Las principales cargas son pequeñas moléculas orgánicas, que tienen anillos de benceno y grupos polares. El anillo de benceno lo hace soluble en poliestireno cuando se mezcla, mientras que el grupo polar lo hace soluble en solventes como agua o alcohol cuando se desengrasa.
Los adhesivos comunes incluyen polipropileno (PP), polipropileno atáctico (APP), polietileno (PE), copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA) y poliestireno (PS), resina acrílica, etc. Entre ellos, el PE tiene una excelente moldeabilidad; el EVA tiene buena compatibilidad, fluidez y moldeabilidad con otras resinas; el APP tiene buena compatibilidad con otras resinas, buena fluidez y desengrase; Los aditivos incluyen parafina, parafina microcristalina, parafina modificada, parafina natural, ácido esteárico, agentes compuestos, etc. La fluidez de los materiales de moldeo se puede evaluar mediante el uso de probadores de punto de fluidez e indexadores de fusión de alta gama. Cuando hay gran cantidad de aglutinante el desengrasado tiende a disminuir. Cuando hay más parafina como aditivo el desengrasado es mejor. Si todos los materiales orgánicos no pueden volar en un rango de temperatura específico, afectará la sinterización de la cerámica, por lo que se deben considerar las características de descomposición térmica al seleccionar. La cordierita se utiliza ampliamente como portador de catalizadores de purificación de gases de escape de automóviles debido a sus excelentes propiedades materiales, como resistencia al calor, resistencia a la corrosión, porosidad y baja expansión térmica. El panal de cordierita utiliza la orientación de las partículas de materia prima para producir una estructura de panal con baja expansión térmica, que puede fabricarse mediante moldeo por extrusión.
Basándose en la composición molecular de la cordierita (2MgO 2Al2O3 5SiO2), se pueden utilizar como materias primas talco, caolín y alúmina. La arcilla utilizada para moldear ingresa a la cubierta desde el orificio de alimentación de la cubierta, se subdivide y se expande hasta formar una pared delgada antes de combinarse, obteniendo así calidad con buena ductilidad y adhesión.
Además, como panal después de la extrusión, para mantener la forma, el valor elástico del ladrillo es mayor, es decir, la selección del aglutinante debe optimizar la fluidez y la autoconservación del ladrillo.
La materia prima en polvo, aglutinante, aditivos (lubricante, tensioactivo, etc.) y agua se amasan mecánicamente, para luego extruirse de forma continua a través de una extrusora de tornillo o a través de una extrusora de pistón hidráulico. En términos generales, los adhesivos utilizados en el moldeo por extrusión pueden presentar una alta viscosidad siempre que se utilicen soluciones acuosas de baja concentración. Los más utilizados incluyen metilcelulosa (MC), carboximetilcelulosa (CMC), polioxietileno (PEO), alcohol polivinílico (PVA), hidroxietilcelulosa (HEC), etc. MC es fácilmente soluble en agua y gelifica rápidamente después de calentarlo. La CMC es fácilmente soluble en agua y tiene alta dispersabilidad y estabilidad. El PVA se utiliza ampliamente en diversas formas. El lubricante puede reducir la fricción entre los polvos y los tensioactivos pueden mejorar la humectabilidad del polvo crudo y el agua.
La falta de plasticidad y expansión del adobe hace que la extrusión sea menos lisa y aumenta los defectos superficiales. Por lo tanto, se debe evaluar el desempeño del adhesivo. Los métodos para evaluar la plasticidad del suelo de relleno incluyen la aplicación de torsión, compresión, tensión y otras tensiones, encontrar la relación entre tensión y deformación, utilizar reómetro capilar, viscoelasticidad, etc. Este método se puede utilizar para evaluar la autoconservación y la fluidez del adobe. Cuando se evalúa mediante el método viscoelástico, se puede concluir que cuando la cantidad de aglutinante aumenta hasta un cierto nivel, aumentan tanto la autoconservación como la fluidez. En otras palabras, un aumento de la cantidad de aglutinante contribuye a un aumento de la plasticidad de la materia prima.
Los materiales orgánicos son los principales aglutinantes de las cerámicas especiales. Una selección razonable de estos materiales orgánicos es la clave para garantizar la calidad del producto. En producción se debe realizar una selección exhaustiva en función de las características del polvo, la forma del producto y el método de moldeo.