Техники формования керамики

Методы формования керамики — это способы формирования керамики , которые используются для изготовления всего: от посуды, такой как чайники, до инженерной керамики, такой как детали компьютеров. К методам гончарного дела относятся гончарный круг , шликерное литье и многие другие.

Способы придания порошкам керамического сырья сложной формы востребованы во многих областях техники. Например, такие способы необходимы для производства современных высокотемпературных конструкционных деталей, таких как компоненты тепловых двигателей, рекуператоры и т.п., из порошков керамического сырья. Типичные детали, производимые с помощью этого производственного процесса, включают рабочие колеса из нержавеющей стали, бронзы, сложные режущие инструменты, инструменты для пластиковых форм и другие. Типичные используемые материалы: дерево, металл, вода, гипс, эпоксидная смола и STL, диоксид кремния и диоксид циркония.

Этот производственный процесс хорошо известен тем, что обеспечивает инструменты с размерной стабильностью, качеством поверхности, плотностью и однородностью. Например, в процессе шликерного литья отлитая деталь имеет высокую концентрацию сырья с небольшим количеством добавок, что улучшает однородность. Кроме того, гипсовая форма вытягивает воду из залитого шликера, уплотняя и формируя отливку на поверхности формы. Это образует плотный слепок.

Скользящее литье

Существует множество методов формования керамики, но одним из примеров является шликерное литье . Здесь шликер или жидкую глину форму заливают в гипсовую . Вода из шликера вытягивается в стенки гипсовой формы, оставляя внутренний слой твердой глины, которая быстро затвердевает. После высыхания твердую глину также можно удалить. Шликер, используемый при шликерном литье, часто разжижается с помощью вещества, которое уменьшает потребность в дополнительной воде для смягчения шликера (если не образование трещин требуется ); это предотвращает чрезмерную усадку, которая возникает при высыхании детали, содержащей много воды; Другой подход — сушить вещи медленно.

Методы шликерного литья обеспечивают превосходное качество поверхности, плотность и однородность при отливке керамического сырья высокой чистоты по сравнению с другими методами керамического литья, такими как гидравлическое литье, поскольку отлитая деталь представляет собой более высокую концентрацию керамического сырья с небольшим количеством добавок. Шликер представляет собой суспензию мелкодисперсного порошка сырья в жидкости, такой как вода или спирт, с небольшим количеством вторичных материалов, таких как диспергаторы, поверхностно-активные вещества и связующие вещества. В технике литья керамических изделий используются гипсовые блоки или формы для опоок. Гипсовая форма вытягивает воду из залитого шликера, уплотняя и формируя отливку на поверхности формы. Это формирует плотную отливку, удаляя вредные воздушные зазоры и сводя к минимуму усадку в процессе окончательного спекания.

Аддитивное производство

См. также Селективное лазерное спекание .

Для производства изделий сложной формы в небольших количествах аддитивное производство (АП) представляет собой эффективный подход и является предметом значительных исследований и разработок. В отличие от аддитивного производства полимерных материалов, область применения АД керамики остается весьма ограниченной из-за проблем обработки материалов. Коммерчески доступное оборудование для АМ керамики в основном основано на послойном спекании порошков и редко бывает экономически эффективным. Однако трудности обработки керамических изделий означают, что методы AM могут быть привлекательными в ситуациях, когда объемы производства слишком малы для эффективного производства форм для методов шликерного литья. В частности, аддитивное производство керамики из прекерамических полимеров с использованием методов, включая стереолитографию , с последующим пиролизом для получения керамики, полученной из полимеров , представляет собой новый подход к решению проблемы аддитивного производства керамики.

Литье керамической оболочки

Методы литья керамических оболочек с использованием диоксида кремния, циркония и других огнеупорных материалов в настоящее время используются в промышленности металлических деталей для «сетчатого литья», формируя прецизионные оболочковые формы для литья расплавленного металла. Этот метод включает последовательное мокрое погружение и сухое порошковое покрытие или штукатурку для создания слоя оболочки формы. Метод литья оболочки в целом известен стабильностью размеров и используется во многих процессах сетчатого литья в аэрокосмической и других отраслях промышленности при литье расплавленного металла. На автоматизированных предприятиях используются несколько восковых рисунков на деревьях, большие смесители для суспензии и жидкие порошковые слои для автоматического погружения.

Техническая керамика

При формовании технических керамических материалов из подготовленных к обработке сухих порошков способ формования необходимой формы зависит от способа подготовки материала, размеров и формы формуемой детали. Материалы, подготовленные для сухого порошкового формования, чаще всего формируются путем «сухого» прессования в механических или гидравлических прессах для прессования порошков, подобранных с учетом необходимого усилия и глубины заполнения порошка. Сухой порошок автоматически выгружается в негибкую вставку из стали или карбида вольфрама в матрице и пробивает, а затем уплотняет порошок до формы матрицы. Если деталь должна быть большой и неспособной передавать давление, обеспечивающее равномерную плотность прессования, можно использовать изостатическое прессование. При изостатическом прессовании порошок принимает форму гибкой мембраны, выполняющей роль формы, формирующей форму и размер прессуемого порошка. Изостатические прессы могут быть высокоскоростными и высокопроизводительными автоматическими прессами для таких деталей, как керамические изоляторы для свечей зажигания. или пескоструйные сопла, или более медленные прессы с «мокрым мешком», которые гораздо более ручны в эксплуатации, но особенно подходят для больших обрабатываемых заготовок или заготовок, которые будут разрезаны или иным образом сформированы в ходе вторичных операций до окончательной формы.

Если необходимы технические керамические детали с очень большим отношением длины к диаметру, можно использовать экструзию. Существует два типа керамических экструдеров: один поршневого типа, в котором гидравлическая сила толкает плунжер, который, в свою очередь, проталкивает керамику через цилиндр с загруженным материалом к ​​матрице и через нее, в которой формируется экструдат. Второй тип экструдера — это шнековый или шнековый тип, в котором винт вращается, пропуская материал через матрицу, что снова формирует деталь. В обоих типах экструзии сырье должно быть пластифицировано, чтобы обеспечить текучесть материала в процессе.

Сложные технические керамические детали обычно изготавливаются с использованием процесса литья под давлением или «литья из горячего воска». В обоих случаях используются термочувствительные пластификаторы, обеспечивающие поток материала в матрицу. Затем деталь быстро охлаждают для извлечения из матрицы. Литье керамики под давлением во многом похоже на литье пластмасс под давлением с использованием различных полимеров для пластификации. При литье горячего воска в основном используется парафин .

Другие методы

Существует также несколько традиционных методов ручного изготовления , таких как защемление , мягкая плита , твердая плита и конструкция катушки .

Другие методы включают продевание волокон животного или искусственного шерстяного волокна через бумажную глину для создания слоев материала. Результат можно обернуть формами или разрезать, высушить, а затем соединить с жидкой и мягкой глиной.

При формовании очень тонких листов керамического материала обычно используют «ленточное литье». Это включает в себя заливку шликера (который содержит полимерное «связующее» для придания ему прочности) на движущуюся несущую ленту, а затем пропускание его под неподвижный « ракель » для регулировки толщины. Затем подвижную накладку сушат на воздухе, а образовавшуюся таким образом «ленту» отделяют от несущей ленты, разрезают на прямоугольные формы и подвергают дальнейшей обработке. Можно уложить до 100 слоев ленты, чередующихся со слоями проводящего металлического порошка. Затем их спекают («обжигают») для удаления полимера и, таким образом, изготавливают «многослойные» конденсаторы, датчики и т. д. По данным Д. У. Ричерсона из Американского керамического общества , каждый день производится более миллиарда таких конденсаторов. (Около 100 в обычном сотовом телефоне и около тысячи в обычном автомобиле.)

Литье геля — еще один метод создания инженерной керамики.

См. также

• Литье в керамическую форму
• Меловая посуда