Керамические методы формования — это способы формования керамики, которые используются для изготовления повседневной посуды от чайников до инженерной керамики, такой как компьютерные детали. Техника гончарного ремесла включает гончарный круг, скольжение и многое другое.
Способы формования порошков керамического сырья в сложные формы желательны во многих областях техники. Например, такие способы требуются для изготовления современных высокотемпературных конструкционных деталей, таких как компоненты теплового двигателя, рекуператоры и тому подобное, из порошков керамического сырья. Типичные детали, производимые с помощью этой производственной операции, включают рабочие колеса из нержавеющей стали, бронзы, сложные режущие инструменты, инструменты для формования пластмасс и другие. Типичные используемые материалы: дерево, металл, вода, штукатурка, эпоксидная смола и STL, диоксид кремния и диоксид циркония.
Эта производственная операция хорошо известна благодаря обеспечению инструментов стабильностью размеров, качеством поверхности, плотностью и однородностью. Например, в процессе литья под давлением литая деталь имеет высокую концентрацию сырья с небольшим количеством добавки, что улучшает однородность. Кроме того, гипсовая форма вытягивает воду из разлитого шликера для уплотнения и формирования отливки на поверхности формы. Это формирует плотный бросок.
Скольжение литья
Есть много формовочных технологий для изготовления керамики, но один из примеров — скользящая. Это где скольжения или, жидкая глина, наливают в гипсовую форму. Вода в слипе вытягивается в стенки гипсовой формы, оставляя внутренний слой твердой глины, которая быстро затвердевает. После высыхания твердую глину также можно удалить. Шликер, используемый при литье слипом, часто разжижается с помощью вещества, которое уменьшает потребность в дополнительной воде для смягчения скольжения; это предотвращает чрезмерную усадку, которая возникает, когда высыхает кусок, содержащий много воды.
Способы литья под давлением обеспечивают превосходное качество поверхности, плотность и однородность при литье керамического сырья высокой чистоты по сравнению с другими технологиями литья керамики, такими как гидравлическое литье, поскольку литая деталь представляет собой керамическое сырье с более высокой концентрацией с небольшим количеством добавок. Скольжение представляет собой суспензию порошка тонкого сырья в жидкости, такой как вода или спирт, с небольшими количествами вторичных материалов, таких как диспергаторы, поверхностно-активные вещества и связующие вещества. В технике гончарного изготовления керамики используется гипсовый блок или форма для фляги. Гипсовая форма вытягивает воду из разлитого шликера для уплотнения и формирования отливки на поверхности формы. Это формирует плотную отливку, удаляя вредные воздушные зазоры и сводя к минимуму усадку в конечном процессе спекания.
Производство добавок
Для производства сложных форм в небольших количествах аддитивное производство (АМ) представляет собой эффективный подход и является предметом значительных исследований и разработок. В отличие от аддитивного производства полимерных материалов, область применения керамики AM остается довольно ограниченной из-за проблем обработки материалов. Коммерчески доступное оборудование для керамики AM в основном основано на послойном спекании порошков и редко является экономически эффективным. Однако трудности при обработке керамических изделий означают, что технологии AM могут быть привлекательными в ситуациях, когда объемы производства слишком малы, чтобы производить формы для скольжения методом литья. В частности, аддитивное производство керамики из предшественников полимеров с использованием методов, включающих стереолитографию, с последующим пиролизом с получением керамики, полученной из полимера,
Литье керамических оболочек
Технологии литья керамических оболочек с использованием кремнезема, диоксида циркония и других огнеупорных материалов в настоящее время используются в промышленности по производству металлических деталей для «чистого литья», создавая точные литейные формы для литья расплавленного металла. Техника включает в себя последовательное мокрое погружение и нанесение сухого порошка или штукатурки для создания слоя оболочки формы. Способ литья в оболочку в целом известен стабильностью размеров и используется во многих процессах литья сетки для аэрокосмической и других отраслей промышленности при литье в расплавленный металл. Автоматизированные установки используют множество восковых рисунков на деревьях, большие смесители для суспензии и псевдоожиженные порошковые слои для автоматического погружения.
Техническая керамика
При формовании технических керамических материалов из сухих порошков, подготовленных для обработки, способ формования в требуемую форму зависит от способа подготовки материала, а также от размера и формы детали, которая должна быть сформирована. Материалы, подготовленные для формования сухого порошка, чаще всего формируются путем «сухого» прессования в механических или гидравлических прессах для прессования порошка, выбранных для необходимой силы и глубины заполнения порошка. Сухой порошок автоматически выгружается в неэластичную вставку из стали или карбида вольфрама в матрице и штампуется, а затем уплотняет порошок до формы матрицы. Если деталь должна быть большой и не иметь возможности передавать давление для равномерной плотности прессования, то можно использовать изостатическое прессование. При изостатическом прессовании порошок принимает форму гибкой мембраны, действующей в качестве пресс-формы, формирование формы и размера прессованного порошка. Изостатические прессы могут быть высокоскоростными, высокопроизводительными автоматическими прессами для таких деталей, как керамические изоляторы для свечей зажигания или пескоструйные сопла, или более медленными рабочими прессами с «мокрым мешком», которые намного более ручны в работе, но подходят, в частности, для больших обрабатываемых заготовок. или заготовки, которые будут разрезаны или иным образом сформированы во вторичных операциях до окончательной формы.
Если требуются технические керамические детали, где отношение длины к диаметру очень велико, можно использовать экструзию. Существует два типа керамических экструдеров, один из которых представляет собой поршневой тип с гидравлическим усилием, толкающим цилиндр, который, в свою очередь, проталкивает керамику через цилиндр с загруженным материалом в головку и через головку, которая образует экструдат. Второй тип экструдера представляет собой шнек или шнек, в котором шнек поворачивает, выталкивая материал в матрицу и через нее, что снова формирует деталь. В обоих типах экструзии сырье должно быть пластифицировано, чтобы позволить и стимулировать поток материала в процессе.
Сложные технические керамические детали обычно изготавливаются с использованием процесса литья под давлением или «горячего воска». Оба полагаются на термочувствительные пластификаторы, чтобы позволить материалу течь в матрицу. Затем деталь быстро охлаждают для удаления из матрицы. Керамическое литье очень похоже на пластиковое литье под давлением с использованием различных полимеров для пластификации. При горячем восковом формовании в основном используется парафиновый воск.
Другие техники
Существует также несколько традиционных технологий ручного изготовления, таких как защемление, мягкая плита, жесткая плита и конструкция катушки.
Другие методы включают в себя продевание животного или искусственного волокна шерсти через бумажную глиняную накладку для создания слоев материала. Результат можно обернуть поверх форм или разрезать, высушить, а затем соединить с жидкой и мягкой бумажной глиной.
При формировании очень тонких листов керамического материала обычно используется «литье ленты». Это включает в себя налив скольжения (который содержит полимерное «связующее» для придания ему прочности) на движущийся несущий ремень, а затем пропускание его под неподвижное «ракельное лезвие» для регулировки толщины. Затем движущееся скольжение высушивается на воздухе, и сформированная таким образом «лента» снимается с несущей ленты, разрезается на прямоугольные формы и подвергается дальнейшей обработке. Можно сложить до 100 слоев ленты, чередующихся со слоями проводящего металлического порошка. Затем они спекаются («обжигаются») для удаления полимера и, таким образом, образуют «многослойные» конденсаторы, датчики и т. Д. По мнению Д. У. Ричерсона из Американского керамического общества, более миллиарда таких конденсаторов изготавливается каждый день.
Гелевое литье — еще одна техника, используемая для создания инженерной керамики.