ცირკონიუმის კერამიკის ცხრა ზუსტი ჩამოსხმის პროცესი

ცირკონიუმის კერამიკის ცხრა ზუსტი ჩამოსხმის პროცესი
ჩამოსხმის პროცესი დამაკავშირებელ როლს ასრულებს კერამიკული მასალების მომზადების მთელ პროცესში და წარმოადგენს კერამიკული მასალებისა და კომპონენტების მუშაობის საიმედოობისა და წარმოების განმეორებადობის უზრუნველყოფის გასაღებს.
საზოგადოების განვითარებასთან ერთად, ტრადიციული კერამიკის ტრადიციული ხელით მოზელვის მეთოდი, ბორბლის ფორმირების მეთოდი, ნაკერების დამზადების მეთოდი და ა.შ. აღარ აკმაყოფილებს თანამედროვე საზოგადოების წარმოებისა და დახვეწის მოთხოვნილებებს, ამიტომ დაიბადა ჩამოსხმის ახალი პროცესი. ZrO2-ის წვრილი კერამიკული მასალები ფართოდ გამოიყენება ჩამოსხმის შემდეგ 9 ტიპის პროცესებში (2 ტიპის მშრალი მეთოდი და 7 ტიპის სველი მეთოდი):

1. მშრალი ჩამოსხმა

1.1 მშრალი დაწურვა

მშრალი დაწნეხვის მეთოდით კერამიკული ფხვნილის სხეულის გარკვეული ფორმის მისაღებად წნევა გამოიყენება. მისი არსი იმაში მდგომარეობს, რომ გარე ძალის ზემოქმედებით, ფხვნილის ნაწილაკები ყალიბში ერთმანეთს უახლოვდებიან და გარკვეული ფორმის შესანარჩუნებლად შინაგანი ხახუნით მყარად ერწყმიან ერთმანეთს. მშრალი დაწნეხვის მეთოდით დაწნეხილი მწვანე სხეულების მთავარი დეფექტი არის დაფქვა, რაც გამოწვეულია ფხვნილებს შორის შინაგანი ხახუნით და ფხვნილებსა და ყალიბის კედელს შორის ხახუნით, რაც იწვევს სხეულის შიგნით წნევის დაკარგვას.

მშრალი დაწნეხვის უპირატესობებია: მწვანე სხეულის ზომა ზუსტია, ოპერაცია მარტივია და მოსახერხებელია მექანიზებული ოპერაციის განსახორციელებლად; მწვანე მშრალ დაწნეხვაში ტენიანობისა და შემკვრელის შემცველობა ნაკლებია, ხოლო გაშრობისა და გამოწვის შეკუმშვა მცირეა. იგი ძირითადად გამოიყენება მარტივი ფორმის პროდუქტების ფორმირებისთვის და მცირე ასპექტის თანაფარდობაა. მშრალი დაწნეხვის ნაკლი არის ყალიბის ცვეთის გამო გაზრდილი წარმოების ღირებულება.

1.2 იზოსტატიკური დაწნეხვა

იზოსტატიკური დაწნეხვა ტრადიციული მშრალი დაწნეხვის საფუძველზე შემუშავებული სპეციალური ფორმირების მეთოდია. ის იყენებს სითხის გადაცემის წნევას, რათა ელასტიური ყალიბის შიგნით არსებულ ფხვნილზე ყველა მხრიდან თანაბრად გადანაწილდეს წნევა. სითხის შიდა წნევის კონსისტენციის გამო, ფხვნილს ყველა მიმართულებით ერთი და იგივე წნევა აქვს, ამიტომ შესაძლებელია მწვანე სხეულის სიმკვრივის სხვაობის თავიდან აცილება.

იზოსტატიკური დაწნეხვა იყოფა სველი ტომრის იზოსტატიკური და მშრალი ტომრის იზოსტატიკური დაწნეხვის მეთოდებად. სველი ტომრის იზოსტატიკური დაწნეხვის მეთოდით შესაძლებელია რთული ფორმების მქონე პროდუქტების ფორმირება, თუმცა მისი მუშაობა მხოლოდ წყვეტილად შეიძლება. მშრალი ტომრის იზოსტატიკური დაწნეხვის მეთოდით შესაძლებელია ავტომატური უწყვეტი მუშაობის განხორციელება, თუმცა შესაძლებელია მხოლოდ მარტივი ფორმების, მაგალითად, კვადრატული, მრგვალი და მილისებური განივი კვეთის მქონე პროდუქტების ფორმირება. იზოსტატიკური დაწნეხვის მეთოდით შესაძლებელია ერთგვაროვანი და მკვრივი მწვანე სხეულის მიღება, მცირე შეკუმშვით გამოწვის დროს და ყველა მიმართულებით ერთგვაროვანი შეკუმშვით, თუმცა აღჭურვილობა რთული და ძვირია, წარმოების ეფექტურობა კი მაღალი არ არის და მხოლოდ სპეციალური მოთხოვნების მქონე მასალების წარმოებისთვისაა შესაფერისი.

2. სველი ფორმირება

2.1 ღარებით დამუშავება
ჩამოსხმის პროცესი ლენტით ჩამოსხმის მსგავსია, განსხვავება ისაა, რომ ჩამოსხმის პროცესი მოიცავს ფიზიკურ დეჰიდრატაციას და ქიმიურ კოაგულაციას. ფიზიკური დეჰიდრატაცია ფოროვანი თაბაშირის ყალიბის კაპილარული მოქმედების გზით აშორებს წყალს ნალექიდან. ზედაპირული CaSO4-ის გახსნით წარმოქმნილი Ca2+ ზრდის ნალექის იონურ სიძლიერეს, რაც იწვევს ნალექის ფლოკულაციას.
ფიზიკური დეჰიდრატაციისა და ქიმიური კოაგულაციის ზემოქმედებით, კერამიკული ფხვნილის ნაწილაკები ილექება თაბაშირის ყალიბის კედელზე. ნაკერების დატანა გამოდგება რთული ფორმების მქონე დიდი ზომის კერამიკული ნაწილების დასამზადებლად, თუმცა, მწვანე სხეულის ხარისხი, მათ შორის ფორმა, სიმკვრივე, სიმტკიცე და ა.შ., ცუდია, მუშაკთა შრომის ინტენსივობა მაღალია და ის არ არის შესაფერისი ავტომატიზირებული ოპერაციებისთვის.

2.2 ცხელი ჩამოსხმა
ცხელი ჩამოსხმის მეთოდი გულისხმობს კერამიკული ფხვნილის შერევას შემკვრელთან (პარაფინთან) შედარებით მაღალ ტემპერატურაზე (60~100℃) ცხელი ჩამოსხმისთვის განკუთვნილი სუსპენზიის მისაღებად. სუსპენზია შეკუმშული ჰაერის ზემოქმედებით შეჰყავთ ლითონის ყალიბში და წნევა შენარჩუნებულია. გაგრილების შემდეგ მიიღება ცვილის ფორმის ბლანკი, ცვილის ფორმის ბლანკი დეცილდება ინერტული ფხვნილის დაცვით, რათა მივიღოთ მწვანე სხეული, ხოლო მწვანე სხეული მაღალ ტემპერატურაზე იწვება ფაიფურის მისაღებად.

ცხელი ჩამოსხმის მეთოდით დამზადებულ მწვანე კორპუსს აქვს ზუსტი ზომები, ერთგვაროვანი შიდა სტრუქტურა, ობის ნაკლები ცვეთა და მაღალი წარმოების ეფექტურობა და შესაფერისია სხვადასხვა ნედლეულისთვის. ცვილის სუსპენზიისა და ყალიბის ტემპერატურა მკაცრად უნდა იყოს კონტროლირებადი, წინააღმდეგ შემთხვევაში ეს გამოიწვევს ინექციის დაქვეითებას ან დეფორმაციას, ამიტომ ის არ არის შესაფერისი დიდი ნაწილების დასამზადებლად. ორეტაპიანი გამოწვის პროცესი რთულია და მაღალია ენერგიის მოხმარება.

2.3 ფირის ჩამოსხმა
ლენტის ჩამოსხმა გულისხმობს კერამიკული ფხვნილის დიდი რაოდენობით ორგანულ შემკვრელებთან, პლასტიფიკატორებთან, დისპერსანტებთან და ა.შ. სრულად შერევას, რათა მივიღოთ დენადი ბლანტი სუსპენზია, სუსპენზია ემატება ჩამოსხმის მანქანის ბუნკერს და სისქის გასაკონტროლებლად გამოიყენება საფხეკი. ის მიედინება კონვეიერის ლენტაზე მიმწოდებელი საქშენის მეშვეობით და გაშრობის შემდეგ მიიღება ფირის ბლანკი.

ეს პროცესი შესაფერისია აპკის მასალების დასამზადებლად. უკეთესი მოქნილობის მისაღწევად, ემატება დიდი რაოდენობით ორგანული ნივთიერება და საჭიროა პროცესის პარამეტრების მკაცრი კონტროლი, წინააღმდეგ შემთხვევაში ადვილად შეიძლება გამოიწვიოს დეფექტები, როგორიცაა აქერცვლა, ზოლები, აპკის დაბალი სიმტკიცე ან ძნელად აქერცვლადი. გამოყენებული ორგანული ნივთიერება ტოქსიკურია და იწვევს გარემოს დაბინძურებას, ხოლო გარემოს დაბინძურების შესამცირებლად მაქსიმალურად უნდა იქნას გამოყენებული არატოქსიკური ან ნაკლებად ტოქსიკური სისტემა.

2.4 გელის ინექციური ჩამოსხმა
გელის ინექციური ჩამოსხმის ტექნოლოგია კოლოიდური სწრაფი პროტოტიპირების ახალი პროცესია, რომელიც პირველად ოუკ-რიჯის ეროვნული ლაბორატორიის მკვლევარებმა 1990-იანი წლების დასაწყისში გამოიგონეს. მის არსს წარმოადგენს ორგანული მონომერული ხსნარების გამოყენება, რომლებიც პოლიმერიზდება მაღალი სიმტკიცის, გვერდითი კავშირის მქონე პოლიმერ-გამხსნელ გელებად.

ორგანული მონომერების ხსნარში გახსნილი კერამიკული ფხვნილის სუსპენზია ყალიბში იყრება და მონომერების ნარევი პოლიმერიზდება გელისებრი ნაწილის წარმოსაქმნელად. ვინაიდან განივად დაკავშირებული პოლიმერ-გამხსნელი შეიცავს მხოლოდ 10%-20% (მასური ფრაქცია) პოლიმერს, გამხსნელის გელისებრი ნაწილიდან მოცილება გაშრობის საფეხურით მარტივია. ამავდროულად, პოლიმერების განივად დაკავშირებული კავშირის გამო, პოლიმერებს არ შეუძლიათ გამხსნელთან ერთად მიგრაცია გაშრობის პროცესში.

ამ მეთოდის გამოყენება შესაძლებელია ერთფაზიანი და კომპოზიტური კერამიკული ნაწილების დასამზადებლად, რომლებსაც შეუძლიათ რთული ფორმის, კვაზი-ბადის ზომის კერამიკული ნაწილების ფორმირება, ხოლო მისი „მშრალი სიმტკიცე“ 20-30 მპა ან მეტია, რომელთა ხელახლა დამუშავებაც შესაძლებელია. ამ მეთოდის მთავარი პრობლემა ის არის, რომ ემბრიონის სხეულის შეკუმშვის სიჩქარე შედარებით მაღალია გამკვრივების პროცესში, რაც ადვილად იწვევს ემბრიონის სხეულის დეფორმაციას; ზოგიერთ ორგანულ მონომერს აქვს ჟანგბადის ინჰიბირება, რაც იწვევს ზედაპირის აქერცვლას და ცვენას; ტემპერატურით გამოწვეული ორგანული მონომერის პოლიმერიზაციის პროცესის გამო, ტემპერატურის რხევა იწვევს შინაგანი სტრესის არსებობას, რაც იწვევს ბლანკების გატეხვას და ა.შ.

2.5 პირდაპირი გამყარების ინექციური ჩამოსხმა
პირდაპირი გამყარების ინექციური ჩამოსხმა არის ETH Zurich-ის მიერ შემუშავებული ჩამოსხმის ტექნოლოგია: გამხსნელი წყალი, კერამიკული ფხვნილი და ორგანული დანამატები სრულად არის შერეული ელექტროსტატიკურად სტაბილური, დაბალი სიბლანტის, მაღალი მყარი შემცველობის სუსპენზიის მისაღებად, რომლის შეცვლაც შესაძლებელია სუსპენზიის pH-ის ან ელექტროლიტების კონცენტრაციის გამაძლიერებელი ქიმიკატების დამატებით, შემდეგ სუსპენზია შეჰყავთ არაფოროვან ყალიბში.

პროცესის განმავლობაში აკონტროლეთ ქიმიური რეაქციების მიმდინარეობა. ინექციური ჩამოსხმის წინ რეაქცია ნელა მიმდინარეობს, სუსპენზიის სიბლანტე დაბალია, ხოლო ინექციური ჩამოსხმის შემდეგ რეაქცია დაჩქარებულია, სუსპენზია მყარდება და თხევადი სუსპენზია მყარ სხეულად გარდაიქმნება. მიღებულ მწვანე სხეულს კარგი მექანიკური თვისებები აქვს და სიმტკიცემ შეიძლება 5 კპა-ს მიაღწიოს. მწვანე სხეული ყალიბიდან იცლება, შრება და სინთეზირდება სასურველი ფორმის კერამიკული ნაწილის მისაღებად.

მისი უპირატესობა ის არის, რომ მას არ სჭირდება ან მხოლოდ მცირე რაოდენობით ორგანული დანამატები (1%-ზე ნაკლები) სჭირდება, მწვანე სხეულს ცხიმის მოცილება არ სჭირდება, მწვანე სხეულის სიმკვრივე ერთგვაროვანია, ფარდობითი სიმკვრივე მაღალია (55%~70%) და მას შეუძლია დიდი ზომის და რთული ფორმის კერამიკული ნაწილების წარმოქმნა. მისი ნაკლი ის არის, რომ დანამატები ძვირია და რეაქციის დროს, როგორც წესი, აირი გამოიყოფა.

2.6 ინექციური ჩამოსხმა
ინექციური ჩამოსხმა დიდი ხანია გამოიყენება პლასტმასის პროდუქტებისა და ლითონის ყალიბების ჩამოსხმისას. ეს პროცესი იყენებს თერმოპლასტიკური ორგანული ნივთიერებების დაბალ ტემპერატურაზე გამყარებას ან თერმომყარი ორგანული ნივთიერებების მაღალ ტემპერატურაზე გამყარებას. ფხვნილი და ორგანული მატარებელი შერეულია სპეციალურ შემრევ მოწყობილობაში და შემდეგ შეჰყავთ ფორმაში მაღალი წნევის ქვეშ (ათეულებიდან ასობით მპა-მდე). ჩამოსხმის მაღალი წნევის გამო, მიღებულ ბლანკებს აქვთ ზუსტი ზომები, მაღალი სიგლუვე და კომპაქტური სტრუქტურა; სპეციალური ჩამოსხმის მოწყობილობის გამოყენება მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს წარმოების ეფექტურობას.

1970-იანი წლების ბოლოს და 1980-იანი წლების დასაწყისში კერამიკული ნაწილების ჩამოსხმისთვის გამოიყენებოდა ინექციური ჩამოსხმის პროცესი. ეს პროცესი გულისხმობს უნაყოფო მასალების პლასტმასის ჩამოსხმას დიდი რაოდენობით ორგანული ნივთიერების დამატებით, რაც კერამიკული პლასტმასის ჩამოსხმის გავრცელებული პროცესია. ინექციური ჩამოსხმის ტექნოლოგიაში, თერმოპლასტიკური ორგანული ნივთიერებების (როგორიცაა პოლიეთილენი, პოლისტიროლი), თერმომყარი ორგანული ნივთიერებების (როგორიცაა ეპოქსიდური ფისი, ფენოლური ფისი) ან წყალში ხსნადი პოლიმერების, როგორც მთავარი შემკვრელის გამოყენების გარდა, აუცილებელია გარკვეული რაოდენობის პროცესის დამხმარე საშუალებების, როგორიცაა პლასტიფიკატორები, საპოხი მასალები და შემაერთებელი აგენტები, დამატება კერამიკული ინექციური სუსპენზიის სითხის გასაუმჯობესებლად და ინექციური ჩამოსხმის კორპუსის ხარისხის უზრუნველსაყოფად.

ჩამოსხმის პროცესს აქვს ავტომატიზაციის მაღალი ხარისხი და ჩამოსხმის ბლანკის ზუსტი ზომა. თუმცა, ჩამოსხმული კერამიკული ნაწილების ნატურალურ კორპუსში ორგანული ნივთიერებების შემცველობა 50 მოცულობით%-ს აღწევს. შემდგომი შედუღების პროცესში ამ ორგანული ნივთიერებების ელიმინაციას დიდი დრო სჭირდება, თუნდაც რამდენიმე დღიდან ათეულ დღემდე, და ადვილია ხარისხის დეფექტების გამოწვევა.

2.7 კოლოიდური ინექციური ჩამოსხმა
ორგანული ნივთიერებების დიდი რაოდენობით დამატებული პრობლემებისა და ტრადიციული ინექციური ჩამოსხმის პროცესში არსებული სირთულეების აღმოფხვრის სირთულის გადასაჭრელად, ცინხუას უნივერსიტეტმა შემოქმედებითად შემოგვთავაზა კერამიკის კოლოიდური ინექციური ჩამოსხმის ახალი პროცესი და დამოუკიდებლად შეიმუშავა კოლოიდური ინექციური ჩამოსხმის პროტოტიპი უნაყოფო კერამიკული სუსპენზიის ფორმირების განსახორციელებლად.

ძირითადი იდეაა კოლოიდური ჩამოსხმის შერწყმა ინექციურ ჩამოსხმასთან, საკუთრების ინექციური აღჭურვილობისა და კოლოიდური ადგილზე გამყარების ჩამოსხმის პროცესით უზრუნველყოფილი ახალი გამყარების ტექნოლოგიის გამოყენებით. ეს ახალი პროცესი იყენებს ორგანული ნივთიერების 4 წონით%-ზე ნაკლებს. წყალზე დამზადებულ სუსპენზიაში ორგანული მონომერების ან ორგანული ნაერთების მცირე რაოდენობა გამოიყენება ორგანული მონომერების პოლიმერიზაციის სწრაფად ინდუცირებისთვის ფორმაში შეყვანის შემდეგ, ორგანული ქსელის ჩონჩხის წარმოქმნის მიზნით, რომელიც თანაბრად ფარავს კერამიკულ ფხვნილს. მათ შორის, არა მხოლოდ მნიშვნელოვნად მცირდება დეგუმინირების დრო, არამედ მნიშვნელოვნად მცირდება დეგუმინირების ბზარების გაჩენის შესაძლებლობაც.

კერამიკის ინექციურ ჩამოსხმასა და კოლოიდურ ჩამოსხმას შორის უზარმაზარი განსხვავებაა. მთავარი განსხვავება ისაა, რომ პირველი პლასტმასის ჩამოსხმის კატეგორიას მიეკუთვნება, ხოლო მეორე - სუსპენზიურ ჩამოსხმას, ანუ სუსპენზიას არ აქვს პლასტიურობა და წარმოადგენს უნაყოფო მასალას. რადგან კოლოიდურ ჩამოსხმაში სუსპენზიურ ჩამოსხმას არ აქვს პლასტიურობა, კერამიკული ინექციური ჩამოსხმის ტრადიციული იდეის გამოყენება შეუძლებელია. თუ კოლოიდური ჩამოსხმა ინექციურ ჩამოსხმასთან არის შერწყმული, კერამიკული მასალების კოლოიდური ინექციური ჩამოსხმა ხორციელდება საკუთრების ინექციური აღჭურვილობისა და კოლოიდური ადგილზე ჩამოსხმის პროცესით უზრუნველყოფილი ახალი გამყარების ტექნოლოგიის გამოყენებით.

კერამიკის კოლოიდური ჩამოსხმის ახალი პროცესი განსხვავდება ზოგადი კოლოიდური ჩამოსხმის და ტრადიციული ჩამოსხმისგან. ჩამოსხმის მაღალი ხარისხის ავტომატიზაციის უპირატესობა კოლოიდური ჩამოსხმის პროცესის ხარისხობრივი სუბლიმაციაა, რაც მაღალტექნოლოგიური კერამიკის ინდუსტრიალიზაციის იმედად იქცევა.