På grunn av sin høye hardhet, høye temperaturbestandighet, korrosjonsmotstand og utmerkede elektriske isolasjon, er alumina-keramikk mye brukt i- avanserte produksjonsfelt som romfart, elektronisk emballasje, medisinsk utstyr og slitebestandige-deler. I disse applikasjonene er formingsprosessen et kritisk trinn som bestemmer den endelige ytelsen, dimensjonsnøyaktigheten og påliteligheten til keramikken. Forming refererer til prosessen med å forberede aluminapulver til en grønn kropp med en viss form og størrelse. For å unngå deformasjon eller sprekkdannelse under etterfølgende tørking eller sintring, kreves det at grønnlegemet har så høy tetthet og god jevnhet som mulig.
Klassifisering av alumina keramiske formingsmetoder
Keramiske formingsprosesser kan klassifiseres i henhold til flyteegenskapene til emnet i tørrforming og våtforming, med våtforming videre delt inn i plastforming og kolloidal forming.
Tørr forming
Ved tørrforming inneholder emnet lite eller intet vann (mindre enn 6 %), og innholdet av andre bindemidler eller smøremidler overstiger vanligvis ikke 1 %–2 %. Prosessen innebærer å plassere pulveret i en form og påføre ekstern mekanisk kraft for å forme pulveret. Den keramiske grønne kroppen holdes sammen av friksjon mellom keramiske partikler, og opprettholder en viss størrelse og form. Den grønne kroppen er et sammensatt system som består av emnet, flytende fase (bindemiddel) og luft.
01 Tørrpressing
Tørrpressing innebærer først å blande pulveret med vann eller et bindemiddel for å danne granuler, deretter plassere det granulerte pulveret i en form og påføre trykk for å danne en grønn kropp med en viss styrke og form. Fordelene med tørrpressing inkluderer enkel prosess, enkel betjening, egnethet for stor-industriproduksjon, høy grønn tetthet og liten krymping av det sintrede produktet. Men fordi tørrpressing bruker uniaksial pressing, viser den grønne kroppen betydelig ujevnhet i tetthet-, noe som blir mer uttalt når prøvetykkelsen øker. Dessuten kan ikke agglomerater i pulveret elimineres under pulverfremstilling, noe som gjør det vanskelig å produsere fin keramikk.
02 Isostatisk pressing
Isostatisk pressing innebærer å plassere pulver i en deformerbar gummiform og deretter påføre likt trykk fra forskjellige akser via et gassformig eller flytende medium for å danne delen. Sammenlignet med tørrpressing, bruker isostatisk pressing multiaksial pressing, som løser tetthetsproblemet med ujevnhet i tørrpressede grønnlegemer og reduserer reiseavstanden til pulverpartikler, og øker dermed formingshastigheten. Imidlertid har isostatisk pressing ulemper som høy utstyrskostnad, komplekst vedlikehold og mottakelighet for defekter (f.eks. overflateuregelmessigheter, kompresjonssprekker). For store produkter er isostatisk pressing utsatt for "elefantfot" eller tetthetsgradienter fra utsiden og innover. For tiden brukes alumina-keramikk produsert ved isostatisk pressing i Kina hovedsakelig til keramiske radomer, høyfrekvente terminalisolerende keramiske hylser, etc.
Tradisjonell våtforming
Sammenlignet med tørrforming, kan våtforming unngå agglomerering av pulver, redusere eller til og med eliminere defekter i den grønne kroppen, og forbedre påliteligheten til keramiske produkter, noe som gir en pålitelig rute for å produsere fin keramikk eller keramiske filmer. Våtforming inkluderer generelt følgende trinn: (1) syntese eller blanding av keramisk pulver; (2) fremstilling av keramisk slurry; (3) størkning av slurryen; (4) tørking for å fjerne løsningsmiddel; (5) sintring for å oppnå keramikk. Nøkkelpunktene i våtforming er tilberedning av den keramiske slurryen og tørking av den grønne kroppen.
01 Slipstøping
Slipstøping innebærer å jevnt dispergere keramisk pulver i et flytende medium for å danne en keramisk slurry, og deretter helle slurryen i en gipsform. Kapillærkraften til gipsformen absorberer løsningsmidlet fra slurryen, og får keramikken til å stivne og danne en grønn kropp med en viss form og størrelse. Slipstøping krever at slurryen har utmerket flyt og stabilitet. I tillegg må formen ha god permeabilitet for å lette fjerning av det flytende mediet fra det grønne legemet. Slipstøping har fordeler som enkel prosess, lave produksjonskostnader og enkel prosesskontroll. Formingstiden er imidlertid lang, grønntettheten og styrken er lav, og defekter som sprekker og nålehull er tilbøyelige til å oppstå. Basert på slip-støping har forskere utviklet forbedrede metoder som sentrifugal slip-støping, trykkslip-støping og filterpressing.
02 Tapecasting
Den keramiske slurryen som brukes i båndstøping er en viskøs, lite flytende blanding av keramisk pulver, mykner, dispergeringsmiddel og løsemiddel. Etter avlufting plasseres slurryen på en tape-støpemaskin, spres med et rakelblad til en viss tykkelse på en bæretape, tørkes og skrelles av for å danne en tynn film. Den grønne kroppen maskineres deretter i henhold til produktdimensjoner. Oppslemmingen for tapestøping krever jevn dispersjon av det keramiske pulveret uten agglomerater eller uoppløst bindemiddel. Under forberedelse av grønn kropp er tapestøping utsatt for problemer som ujevn tykkelse, ru overflate, arr og defekter. Tape-støping brukes hovedsakelig til å produsere tynne keramiske plater, mye brukt i integrerte kretssubstrater, substratmaterialer for substrater, kondensatorer og lavspentvaristorer.
Nye kolloidale formingsprosesser
Kolloidal forming innebærer en jevn dispergering av keramisk pulver i et løsningsmiddel for å oppnå en keramisk slurry med høy faststoff og lav viskositet, som deretter helles i en form og størknes ved forskjellige metoder for å oppnå en grønn kropp med en viss form og størrelse. I de senere år har det blitt gjort betydelige fremskritt i slike formingsmetoder, noe som har ført til flere avledede prosesser, slik som gelstøping, direkte koagulasjonsstøping og spontan koagulasjonsstøping.
01 Gelstøping
Gelcasting kombinerer tradisjonell våtforming med polymerkjemi. Organiske monomerer gjennomgår polymerisering under visse forhold for å danne et tredimensjonalt polymernettverk, som låser de keramiske partiklene og løsemiddelmolekylene i nettverket, noe som får den keramiske slurryen til å størkne og danne en grønn kropp. Denne metoden arver ikke bare fordelene med tradisjonell våtforming (slipstøping, sprøytestøping), men overvinner også i stor grad problemene deres, noe som gjør den til en praktisk talt verdifull keramisk formingsprosess.
The greatest challenge in gelcasting is preparing a high‑solids (>50 vol.%), men keramisk slurry med lav viskositet. Fluiditeten til slurryen bestemmes hovedsakelig av dispergerbarheten og stabiliteten til pulveret i løsningsmidlet, som kan oppnås ved å velge et passende dispergeringsmiddel og kontrollere slurryens pH. En annen utfordring er å kontrollere størkningen av slurryen. Polymerisasjonsbetingelsene til den valgte organiske monomeren og tverrbinderen bør være lett å kontrollere. Det organiske innholdet i den grønne kroppen bør være så lav som mulig, og den resulterende grønne kroppen bør ha høy styrke. Den organiske tilsetningen ved gelstøping er generelt mindre enn 5 vekt%, så det kreves ikke noe separat bindemiddelutbrenningstrinn. Den oppnådde grønne kroppen har høy styrke og jevn struktur. Gelcasting tilbyr fordeler som nesten-nett-forming, evnen til å produsere kompleksformede produkter, og evnen til å produsere store produkter.
02 Direkte koagulasjonsstøping
Direkte koagulasjonsstøping er en ny keramisk formingsteknikk utviklet basert på gelstøping. Den bruker metoder som enzymkatalyse, pH-kontroll av den keramiske slurryen eller elektrolyttkonsentrasjonskontroll for å justere dobbeltlagsavstøtingen mellom keramiske partikler, destabilisere suspensjonsstabiliteten til den keramiske slurryen og forårsake in-situ størkning av de keramiske partiklene til å danne en grønn kropp. Mekanismen for væske-faststoff-transformasjon innebærer å justere van der Waals-attraksjonen og den elektrostatiske frastøtningen som genereres av dobbeltlaget. Ved å endre størrelsen på van der Waals kraft og elektrostatisk frastøtning, kontrolleres størkningen av slurryen: når van der Waals-attraksjonen dominerer, har slurryen en tendens til å størkne; når elektrostatisk frastøtning dominerer, har slurryen en tendens til å spre seg. Faststoffmengden av slurryen for direkte koagulasjonsstøping bør ikke være mindre enn 55 vol.% slik at størkning kan oppnås ved å justere slurryens pH. Størkningsbetingelsene er lett kontrollerbare og oppnåelige. Direkte koagulasjonsstøping produserer grønne kropper med høy tetthet, god ensartethet, lavt organisk innhold og evnen til å danne kompleksformede produkter. Imidlertid er prosessen kompleks, grønnstyrken er relativt lav, og metoden mangler universalitet.
03 Spontan koagulasjonsstøping
Spontan koagulasjonsstøping er en ny keramisk formingsprosess utviklet av Shanghai Institute of Ceramics i 2011. Den bruker vannløselige isobutylenbaserte kopolymerer som både dispergeringsmiddel og bindemiddel for å fremstille keramiske grønne kropper. Spontan koagulasjonsstøping ligner på gelstøping i oppslemningsfremstilling, formingsmetode og grønnkroppsegenskaper. Forskjellen er at ved spontan koagulasjonsstøping fungerer den vannløselige isobutylenbaserte kopolymeren som både dispergeringsmiddel og bindemiddel, og oppnår størkning ved å bygge bro med lange molekylkjeder. I motsetning oppnår gelstøping størkning gjennom polymerisering av monomermolekyler og tverrbindere for å danne et tredimensjonalt nettverk som fanger keramiske partikler. Fordelene med spontan koagulasjonsstøping inkluderer lavt organisk innhold, størkning ved romtemperatur, enkel betjening og lave produksjonskostnader.