Обезжиривание и спекание при литье керамики под давлением контроль усадки и плотности

Обезжиривание и спекание при литье керамики под давлением: контроль усадки и плотности

После литья под давлением заготовка из керамики проходит только половину пути. Обезжиривание и спекание определяют конечные размеры, плотность и прочность. Большинство проблем с размерами, которые потом видны на чертеже, начинаются именно на этих двух термических операциях. В статье разобрано, что делает каждая стадия, какие дефекты возникают, как компенсируется усадка и какие записи стоит проверять при выборе поставщика. Общую картину производства дает обзор технологий точного производства.

Обезжиривание: чистое удаление связующего

Фидсток для литья керамики под давлением содержит 45-65% керамического порошка по объему, остальное связующее. Обезжиривание удаляет большую часть связующего перед спеканием, не допуская трещин и коробления.

• Каталитическое обезжиривание чаще всего используется в серийном производстве. Когда основа связующего полиоксиметилен (POM), пары азотной кислоты при 110-150°C деполимеризуют POM в формальдегид, который уходит из заготовки. Операция занимает часы, а не дни, и форма сохраняется хорошо.
• Термическое обезжиривание испаряет связующее медленным нагревом в несколько стадий. Оборудование простое, но цикл долгий, а толстые стенки рискуют получить трещины от запертого газа.
• Растворное обезжиривание обычно предшествует термическому. Оно удаляет восковые компоненты, чтобы термическая стадия шла быстрее.

Неполное обезжиривание оставляет углерод. В оксидной керамике, такой как диоксид циркония и оксид алюминия, углерод меняет цвет и плотность, и деталь может выйти из строя после спекания. Спросите поставщика, какой метод обезжиривания он использует и фиксирует ли потерю массы после этой операции. Такой ответ говорит больше, чем утверждение, что процесс отработан.

Спекание задает плотность и размер зерна

После обезжиривания деталь остается пористой. Спекание связывает частицы, выводит поры и усаживает деталь до конечного размера.

• Диоксид циркония (3Y-TZP) спекается на воздухе при 1400-1550°C и достигает плотности выше 99% от теоретической.
• Оксид алюминия (95% и выше) обычно спекается при 1550-1650°C; скорость нагрева и выдержка определяют размер зерна.
• Нитрид кремния относится к неоксидной керамике и требует азотной атмосферы с газостатическим спеканием при 1700-1800°C. Неверная атмосфера бракует партию.

Более долгое или горячее спекание не всегда лучше. Слишком высокая температура укрупняет зерно и снижает прочность; короткая выдержка дает низкую плотность. Равномерность температуры в печи и количество точек измерения важны, потому что детали в разных зонах одной загрузки могут отличаться по цвету и размеру. Рынок литья керамики под давлением продолжает расти; актуальные цифры приведены в отчете 360iResearch о литье керамики под давлением.

Компенсация усадки начинается в пресс-форме

Линейная усадка при спекании обычно составляет 15-25%, поэтому полость формы проектируют с увеличением на этот коэффициент. Коэффициент не берется из догадок. Он основан на данных партии порошка, содержании наполнителя в фидстоке и профиле спекания.

• Каждая поступающая партия порошка проходит проверку усадки до того, как коэффициент попадает в конструкцию формы.
• Для производственной партии используют одну партию порошка, а не смесь.
• Стабильный допуск после спекания обычно ±0,3-0,5%, для сложных форм закладывают ±0,5%.
• Для более жестких размеров после спекания добавляют шлифование или хонингование до уровня ±0,01 мм.

Конструктор тоже должен участвовать. Толщина стенки должна быть равномерной, желательно 0,5-5 мм, потому что большие перепады дают неравномерную усадку и коробление. Полная логика размеров при обезжиривании и спекании описана в нашем руководстве по серийному выпуску CIM, а выбор материала разобран в статье о литье диоксида циркония.

Частые дефекты и меры против них

Типичные дефекты обезжиривания и спекания сводятся к параметрам процесса:

Керамику после спекания почти нельзя доработать. Поэтому контроль процесса при обезжиривании и спекании важнее финальной проверки. Записи температурных кривых каждой загрузки и результаты замеров плотности поставщик должен предоставлять без напоминаний.

Что проверять при выборе поставщика

Перед отправкой чертежа проверьте три момента. Во-первых, выполняются ли фидсток, обезжиривание и спекание на собственном производстве; каждая внешняя операция ослабляет стабильность партий. Во-вторых, какое измерительное оборудование есть для контроля плотности, размеров и структуры. В-третьих, рассчитана ли система качества на серийный выпуск. Материалы и методы испытаний можно сверить со стандартами MPIF по порошковому литью под давлением. Yujiaxin Tech с 1998 года ведет собственную систему точного производства: фидсток, формование, обезжиривание и спекание, контроль размеров выполняются на одной площадке, действует сертификат ISO 9001. Перечень обрабатываемых деталей приведен на странице о продукции.

Выводы

Обезжиривание и спекание определяют успех проекта литья керамики под давлением. Оценивайте поставщика не по одному образцу, а по методу обезжиривания, возможностям печей, накопленным данным об усадке и записям процесса. Самый быстрый путь к достоверному ответу, отправить чертеж, годовой объем и ключевые допуски производителю. Инженеры Yujiaxin Tech рассматривают материал, форму и процесс вместе; вы можете запросить бесплатную техническую оценку со своим чертежом.