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氧化锆陶瓷注射成型技术

来源:www.taocibang.net作者:氧化锆陶瓷棒更新时间:2015-12-16 点击:

氧化锆陶瓷又叫精密陶瓷、特种陶瓷或高技术陶瓷。它是采用高度精选的原料,按照特殊的制造工艺生产,能精确控制化学组成和具有优异热电和物理性能的新型陶瓷。目前,氧化锆陶瓷主要使用在高技术和尖端工业,如微电子、核反应堆、航天、磁流体发电、人工骨和人工关节等方面。

氧化锆陶瓷在制造工艺上,应当满足以下三方面的要求。

精选的原料要选用高纯度的,颗粒应尽可能的细;

严格控制化学成分。制造过程中要防止杂质混入和成分本身的挥发,对烧结件的颗粒度、界面、气孔等要严格控制,以达到质量稳定和具有再现性;

精确的形状和尺寸。氧化锆陶瓷制件一般不经加工,直接使用,特别是陶瓷电子器件要求较高的精度。

氧化锆陶瓷棒
氧化锆陶瓷棒

氧化锆陶瓷和普通陶瓷在成分和制造工艺上都有很大的差别。普通陶瓷经过原料配制、坯料成型和窑炉烧成三道工序制成;而氧化锆陶瓷大多采用粉末烧结法制造。在成型技术方面,由于陶瓷的硬度极高,难于切割加工,特别对于形状复杂的非对型制品,如汽车发动机中的增压器转子,骨骼、牙齿等生物陶瓷制品,在成型烧结以后即为成品,无需再加工。为了满足这一要求,人们模仿高分子材料工业的注射成型技术生产塑料零件的方法,加工氧化锆陶瓷制品,取得了满意的效果。

陶瓷注射成型技术,是在陶瓷粉料中加入热塑性树脂、热固性树脂,增塑剂和减摩剂,使陶瓷粉料成为粘性弹体,然后将加热混炼后的料浆从喷口射入金属模内,冷却固化即成。常用的热塑性树脂有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯,加入量为10-30%。这一技术很大程度地提高了形状复杂产品成型的精度和可靠性。一、注射成型设备

注射成型机一般由增塑装置(或注射装置)、合模装置、油压装置以及电子、电源控制装置组成。其类型根据增塑装置内部结构的不同,可以分为柱塞式和并联螺旋桨式。近年来,一般认为后者优点较多。

注射成型机是以电子、电源控制装置为中枢,在驱动油压装置的同时使增塑装置、合模装置顺次工作。其工作程序是:陶瓷原料由漏斗放入,进入缸体,原料在送人缸体端部的同时,进行熔化、搅拌,经缸体端部的喷嘴注射至金属模具的型腔中获得坯件。国外先进的控制系统采用屏幕显示方式(如利用示波管、等离子、电致发光、液晶),以及设计图形控制台方式或二者组合的复合控制台方式。

模具材料一般采用高洁度、耐磨性、耐腐蚀性均优良的合金钢。模具设计应当符合陶瓷一高分子系统的流动特性。为了减少成型体的收缩,避免模具体内空气卷入成型体,因此模具要考虑控制放出口。在环状制品上,栅的对侧易产生熔合纹,所以也要注意栅的位置。为了使注塑条件最优化,需要依靠模具、料筒等的温度管理和模具内的压力传感器进行细致的管理。此外,模具上应有冷却槽,可以冷却和加热,依靠温度调节器使模具温度保持恒定,对提高成型体的精度很有效。由于原料中要大量使用有机材料,为了不使毛坯产生热裂,不剩碳渣地进行脱脂也是一个重要课题。二、工艺

陶瓷的注塑成型原理和塑料的注塑成型基本相同。只是塑料内混合大量的陶瓷粉末。为了改进注塑成型条件,必须选择与使用原料匹配的有机材料,并要选定添加量。为了获得致密又均匀的注塑成型体,陶瓷粉末的浓度要高些。但过高将使成型性能变差。为改进混炼坯料的流动性,应降低分散剂高分子系的粘度。作为前处理很重要的是提高陶瓷粉末的分散性,为了提高高分子的流动性,需添加适当的增塑剂和润滑剂

陶瓷原料的粒度一般为1μm,加入粘结剂(或称为添加剂),经充分混合、搅拌。注射成型的工艺流程见下图。

在搅拌过程中,陶瓷粉末被粘结剂润湿和包复,全部成为均匀的复合物才可进行注射成型。且需要冷却、干燥、粉碎后,才获得适合注射成型机漏斗进料的颗粒。整个工艺中应注意和掌握的技术问题有以下四个方面。

原料的流动性

注射成型所用的陶瓷颗粒一般由80-90(重要比,下同)的粉末和1020%的粘结剂组成。粘结剂在脱脂工序中去掉,因此添加量以最低限度为宜,但应注意若添加量不足会影响成型效果。此外,陶瓷颗粒的流动性在粒度越小、形状越偏离球形时越差。因此,应用尽可能简便的方法对流动性进行测试。

成型条件产生的缺陷

成型条件如果不正确,会产生各种缺陷。其中最关键的是熔焊线条,若成型体带有通孔或盲孔,则容易出现这种缺陷。因此,必需注意模具的设计,特别是开口的类型、位置、大小及个数。同时应注意注射成型的注射温度和速度间的平衡。

此外,为了避免发生表面粗糙、裂纹、长条痕、变形等缺陷。在成型困难的情况下,可在注射成型机中装设自适应控制器,进行细微的控制。

脱脂

本工序又称去掉粘结剂,通常升温速度为3~5℃/b,约进行510日,但在0.5MPa压力的保护气氛下进行时,40小时可结束脱脂。

烧结

热工等参数可根据陶瓷的种类而定。烧结中的线收缩率约为15-20%,形状比较复杂或壁较厚的工作,容易在烧结中产生裂纹,应注意防止。

三、添加剂

这是注射成型技术中最重要的问题之一。不同成型方法所需的添加剂特性也不同。如注射成型要求脱脂、流动性、胶溶性、强度、收缩;挤压要求可塑性、胶溶性、强度、润滑;冷等静压(橡胶模压)要求润滑、制粒性、强度;机械压制要求润滑制粒性、强度、脱模等。同时,对于不同的制品也要选用不同的粘接剂。

注射成型技术对添加剂的要求如下。

胶溶性:各种成型方法都尽量采用较少的添加剂为宜,可以采用解胶性(胶溶性)添加剂,这对减少生产周期和产品成本均有利。特别是有利于以后去掉粘结剂。

流动性:注射成型要求在高压下的流动性。使用树脂系粘结剂注射效果良好,原因是使用树脂系的时候,应当注意保持粘度和缓慢地进行注射。

膨胀与收缩:由于注射成型使用了大量的粘结剂,致使毛坯收缩大,影响尺寸精度和几何形状,并容易形成气孔。因此,可以选用石腊一类膨胀收缩小的物质作添加剂。这类物质要比松香等非结晶物质的膨胀——收缩影响小

注射成型技术,日本早在五十年代曾采用氧化铝块陶瓷作内燃机的点火塞。以后在小型复杂的零件中相继用于生产。近年来,人们积极从事各种耐热、耐磨损零件的开发研究,例如,柴油发动机的涡流腔机头已经实现陶瓷化,就是采用注射成型技术制造的。

据报道,日本东京大学生产技术研究所试验成功了只用水进行的冷冻注射成型法。这是利用水具有的流动性和冻结性来实现陶瓷的固体化和脱模。在预先冷却到-510℃的模具内填充05℃左右的坯料,填充的同时坯料从内壁面冻结,当内部冻结达到脱模强度时,毛坯即可以模中取出。由于不必象前述那样使用大量有机添加剂,因此无需长时间的脱脂工序,所以能够大大地;缩短生产时间,从而为降低成本、增加产量创造了有利条件

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