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Spritzgusstechnologie von Aluminiumoxidkeramik



Datum:[2023/10/26]
Aluminiumoxidkeramik wird auch als Präzisionskeramik, Spezialkeramik oder Hightech-Keramik bezeichnet. Es handelt sich um eine Keramik, die ausgesuchte Rohstoffe verwendet und nach speziellen Herstellungsverfahren mit präziser Kontrolle der chemischen Zusammensetzung und ausgezeichneter Leistung hergestellt wird. Derzeit wird Aluminiumoxidkeramik hauptsächlich in Hightech- und Spitzenindustrien verwendet, wie Mikroelektronik, Kernreaktoren, Luft- und Raumfahrt, magnetische Fluidstromerzeugung, künstliche Knochen und künstliche Gelenke. Bei der Herstellung von Aluminiumoxidkeramik sollten die folgenden drei Anforderungen erfüllt werden. ① Die ausgewählten Rohstoffe sollten hochrein sein, und die Partikel sollten so fein wie möglich sein; ② Strenge Kontrolle der chemischen Zusammensetzung. Während des Herstellungsprozesses ist es notwendig, Verunreinigungen vom Mischen und der Verflüchtigung der Komponenten selbst zu verhindern und die Partikelgröße, Grenzfläche, Porosität usw. der gesinterten Teile streng zu kontrollieren, um stabile Qualität und Reproduzierbarkeit zu erreichen; ③ Genaue Form und Größe. Aluminiumoxid-Keramikteile werden in der Regel nicht verarbeitet und direkt verwendet, insbesondere keramische elektronische Geräte, die eine hohe Genauigkeit erfordern.
Es gibt signifikante Unterschiede in Zusammensetzung und Herstellungsprozess zwischen Aluminiumoxidkeramik und gewöhnlicher Keramik. Gewöhnliche Keramik wird durch drei Prozesse hergestellt: Rohstoffvorbereitung, Knüppelformung und Ofenfeuerung; Die meisten Aluminiumoxidkeramiken werden im Pulversinterverfahren hergestellt. In der Umformtechnik ist es aufgrund der extrem hohen Härte der Keramik schwierig zu schneiden und zu verarbeiten, insbesondere für nicht ausgerichtete Produkte mit komplexen Formen, wie Turboladerrotoren, Knochen, Zähne und andere biokeramische Produkte in Automobilmotoren. Nach dem Umformen und Sintern werden sie ohne weitere Verarbeitung zu fertigen Produkten. Um diese Anforderung zu erfüllen, imitierten die Menschen die Spritzgießtechnologie der Polymermaterialindustrie, um Kunststoffteile und verarbeitete Aluminiumoxidkeramikprodukte herzustellen und zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen.
Keramische Spritzgießtechnologie beinhaltet die Zugabe von thermoplastischem Harz, Duroplastharz, Weichmacher und Reibungsmittel zu Keramikpulver, wodurch es zu einem zähflüssigen elastischen Körper wird. Dann wird der erhitzte und gemischte Schlamm von der Düse in die Metallform eingespritzt, gekühlt und erstarrt. Häufig verwendete thermoplastische Harze umfassen Polyethylen, Polystyrol und Polypropylen, mit einer Zusatzmenge von 10-30%. Diese Technologie hat die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Formung komplexer geformter Produkte erheblich verbessert.
1,1,Spritzgießgeräte
Spritzgießmaschinen bestehen im Allgemeinen aus Plastifiziervorrichtungen (oder Spritzvorrichtungen), Klemmvorrichtungen, Öldruckvorrichtungen sowie elektronischen und Leistungssteuergeräten. Entsprechend der inneren Struktur der Plastifiziervorrichtung kann sie in Kolbentyp und Parallelpropellertyp unterteilt werden. In den letzten Jahren wird allgemein angenommen, dass letztere mehr Vorteile hat.
Die Spritzgießmaschine ist um elektronische und Leistungssteuerungsgeräte zentriert, die die Öldruckvorrichtung antreiben und gleichzeitig die Plastifiziervorrichtung und die Klemmvorrichtung nacheinander arbeiten lassen. Die Arbeitsweise ist wie folgt: Keramische Rohstoffe werden durch einen Trichter in den Zylinderkörper eingespeist. Während die Rohstoffe in das Ende des Zylinderkörpers zugeführt werden, werden sie geschmolzen und gerührt und dann durch die Düse am Ende des Zylinderkörpers in den Hohlraum der Metallform eingespritzt, um den Rohling zu erhalten. Fortschrittliche Steuerungssysteme im Ausland verwenden Bildschirmdarstellungsmethoden (z. B. Oszilloskope, Plasma, Elektrolumineszenz und Flüssigkristall) sowie die Gestaltung grafischer Steuerpulte oder einer Kombination aus beiden.
Das Formmaterial besteht im Allgemeinen aus legiertem Stahl mit ausgezeichneter Sauberkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Das Formdesign sollte den Fließeigenschaften des keramischen Polymersystems entsprechen. Um die Schrumpfung des geformten Körpers zu reduzieren und zu verhindern, dass Luft in den geformten Körper gezogen wird, sollte die Form erwägen, den Austragsausgang zu steuern. Bei kreisförmigen Produkten werden Fusionslinien leicht auf der gegenüberliegenden Seite des Gitters gebildet, daher ist es auch wichtig, auf die Position des Gitters zu achten. Um die Spritzgießbedingungen zu optimieren, ist es notwendig, sich auf ein Temperaturmanagement von Formen, Materialfässern usw. und ein sorgfältiges Management der Drucksensoren innerhalb der Formen zu verlassen. Darüber hinaus sollte es Kühlschlitze auf der Form geben, die abkühlen und erhitzen können, und sich auf Temperaturregler zu verlassen, um die Formtemperatur konstant zu halten, ist sehr effektiv, um die Genauigkeit der Form zu verbessern. Aufgrund des umfangreichen Einsatzes organischer Materialien in Rohstoffen ist auch die Entfettung ohne Kohlenstoffrückstände ein wichtiges Thema, um Heißrissbildung des Rohlings zu verhindern.
2,Prozess
Das Prinzip des keramischen Spritzgießens ist im Grunde das gleiche wie das des Kunststoffspritzgießens. Es ist nur eine große Menge an Keramikpulver, das in den Kunststoff gemischt wird. Um die Spritzgießbedingungen zu verbessern, ist es notwendig, organische Materialien auszuwählen, die den verwendeten Rohstoffen entsprechen, und die Menge der Zugabe auszuwählen. Um eine dichte und gleichmäßige Spritzgussform zu erhalten, sollte die Konzentration von Keramikpulver höher sein. Aber zu hoch führt zu schlechter Formbarkeit. Um die Fließfähigkeit von gemischten Knüppeln zu verbessern, sollte die Viskosität des Dispergierpolymersystems reduziert werden. Als Vorbehandlung ist es wichtig, die Dispergierbarkeit von Keramikpulvern zu verbessern. Um die Fließfähigkeit von Polymeren zu verbessern, müssen geeignete Weichmacher und Schmierstoffe zugesetzt werden.
Die Partikelgröße von keramischen Rohstoffen beträgt in der Regel 1 μ m. Fügen Sie einen Klebstoff (auch Additiv genannt) hinzu, mischen Sie gründlich und rühren Sie um. Der Prozessablauf des Spritzgießens ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Während des Rührvorgangs wird das Keramikpulver befeuchtet und mit Klebstoff beschichtet, wodurch ein einheitlicher Verbund gebildet wird, bevor das Spritzgießen fortgesetzt werden kann. Und es erfordert Kühlen, Trocknen und Zerkleinern, um Partikel zu erhalten, die für die Zuführung in den Spritzgießmaschinentrichter geeignet sind.
Es gibt vier technische Fragen, die während des gesamten Prozesses beachtet und gemeistert werden sollten.
1. Liquidität der Rohstoffe
Die Keramikpartikel, die im Spritzgießen verwendet werden, bestehen im Allgemeinen aus 80-90% (wichtiges Verhältnis, das gleiche unten) Pulver und 10-20% Bindemittel. Das Bindemittel wird während des Entfettungsprozesses entfernt, so dass die minimale Menge an Zugabe angemessen ist. Es ist jedoch zu beachten, dass eine unzureichende Zugabe den Formungseffekt beeinflusst. Darüber hinaus verschlechtert sich die Fließfähigkeit keramischer Partikel, wenn die Partikelgröße abnimmt und die Form von der Kugelform abweicht. Daher sollte die Liquidität mit der einfachsten Methode getestet werden.
2. Fehler, die durch Umformbedingungen entstehen
Sind die Umformbedingungen nicht korrekt, können verschiedene Defekte auftreten. Die wichtigste ist die Fusionsschweißlinie, die anfällig für Defekte ist, wenn die geformte Form Durchgangslöcher oder Sacklöcher hat. Daher ist es notwendig, auf das Design der Form zu achten, insbesondere auf die Art, Position, Größe und Anzahl der Öffnungen. Gleichzeitig sollte auf das Gleichgewicht zwischen der Spritztemperatur und der Geschwindigkeit des Spritzgießens geachtet werden.
Darüber hinaus, um Defekte wie Oberflächenrauheit, Risse, längliche Markierungen und Verformungen zu vermeiden. In schwierigen Umformsituationen können adaptive Regler zur Feinsteuerung in die Spritzgießmaschine eingebaut werden.
3. Defattierung
Dieser Prozess, auch bekannt als Entfernen des Klebstoffs, erwärmt sich normalerweise mit einer Rate von 3-5 ℃/b für etwa 5-10 Tage. Bei einer Schutzatmosphäre mit einem Druck von 0,5MPa kann die Entfettung jedoch innerhalb von 40 Stunden abgeschlossen werden.
4. Sintern
Die thermischen und anderen Parameter können je nach Art der Keramik bestimmt werden. Die lineare Schrumpfrate beim Sintern beträgt etwa 15-20%, und die Arbeit mit komplexen Formen oder dicken Wänden ist anfällig für Risse beim Sintern, und es sollte darauf geachtet werden, dies zu verhindern.
3,Additive
Dies ist eines der wichtigsten Themen in der Spritzgießtechnik. Auch die Additiveigenschaften, die für verschiedene Umformverfahren benötigt werden, variieren. Wenn das Spritzgießen Entfetten, Fließfähigkeit, Klebstofflöslichkeit, Stärke und Schrumpfung erfordert; Extrusion erfordert Plastizität, Klebstofflöslichkeit, Stärke und Schmierung; Kaltes isostatisches Pressen (Gummiformen) erfordert Schmierung, Granulation und Festigkeit; Mechanisches Pressen erfordert Schmierung, Granulation, Festigkeit, Entformung usw. Gleichzeitig sollten auch verschiedene Klebstoffe für verschiedene Produkte verwendet werden.
Die Anforderungen an Additive in der Spritzgießtechnik lauten wie folgt.
1. Klebstofflöslichkeit: Es ist ratsam, so wenig Additive wie möglich für verschiedene Umformmethoden zu verwenden, und es ist möglich, gelatinöse (Klebstofflöslichkeit) Additive zu verwenden, was für die Reduzierung von Produktionszyklen und Produktkosten vorteilhaft ist. Besonders vorteilhaft für das Entfernen des Klebers in der Zukunft.
2. Fließfähigkeit: Spritzgießen erfordert Fließfähigkeit unter hohem Druck. Der Injektionseffekt der Verwendung von harzbasierten Bindemitteln ist gut, da bei der Verwendung von harzbasierten Bindemitteln auf die Aufrechterhaltung der Viskosität und die langsame Injektion geachtet werden sollte.
3. Ausdehnung und Schrumpfung: Aufgrund der Verwendung einer großen Menge an Bindemittel im Spritzguss ist die Schrumpfung des Rohlings groß, beeinflusst Maßgenauigkeit und geometrische Form und bildet leicht Poren. Daher können Substanzen mit geringer Ausdehnung und Kontraktion wie Paraffin als Additive ausgewählt werden. Diese Art von Substanz hat einen geringeren Expansionskontraktionseffekt als nicht kristalline Substanzen wie Kolophonium.
Bereits in den 1950er Jahren verwendete Japan Keramik A12O3 als Zündkerze für Verbrennungsmotoren. Zukünftig wird es für die Fertigung von kleinen und komplexen Teilen nacheinander eingesetzt. In den letzten Jahren haben Menschen aktiv an der Entwicklung und Forschung verschiedener hitzebeständiger und verschleißfester Teile beteiligt. So wurde beispielsweise der Wirbelkammerkopf von Dieselmotoren verglast und spritzgießtechnisch gefertigt.
Berichten zufolge hat das Institut für Produktionstechnik der Universität Tokio in Japan kürzlich erfolgreich das "gefrorene Spritzgießverfahren" mit nur Wasser getestet. Dies wird erreicht, indem die Fließfähigkeit und Gefriereigenschaften von Wasser zum Erstarren und Entformen von Keramik genutzt werden. Füllen Sie die vorgekühlte Form mit Leerstellen an etwa 0-5 ℃. Gleichzeitig frieren die Rohlinge von der Innenwand ein. Wenn das innere Einfrieren die Entformungsstärke erreicht, können die Rohlinge aus der Form entfernt werden. Da es keine Notwendigkeit gibt, eine große Menge an organischen Zusatzstoffen zu verwenden, wie bereits erwähnt, gibt es keinen Bedarf für einen langen Entfettungsprozess, der die Leistung erheblich verbessern kann; Die Verkürzung der Produktionszeit schafft günstige Voraussetzungen zur Kostensenkung und Steigerung der Produktion.
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