Освоение керамического производства: процесс, вызовы и решения

Сегодня термин «керамика» охватывает гораздо более широкий спектр материалов, включая металлические оксиды, нитриды и карбиды. Эти материалы применяются от бытовых изделий до высокопроизводительных инструментов для промышленности.

Помимо высокой твердости, керамика устойчива к термическим и химическим воздействиям, что делает её идеальной для применений, где продукт подвергается высоким механическим или тепловым нагрузкам.

В этой статье мы раскроем 3 ключевых аспекта, на которые стоит фокусироваться в производственном процессе керамики:

• Керамические методы формовки,
• Процесс синтерирования, и
• Проблемы, которые могут возникнуть в производстве.

После прочтения вы сможете лучше контролировать весь производственный процесс и эффективнее устранять потенциальные проблемы.

1. Необходимые методы формовки керамики

Методы формовки керамики включают лепку на круге, сливную ливку, ленточную ливку, фриз-кастинг, прессовку под давлением, горячее изостатическое прессование (HIP) и другие.

Методы формовки керамических порошков в сложные формы востребованы во многих технологических областях. Они необходимы для производства передовых высокотемпературных конструкционных деталей таких как компоненты тепловых двигателей и турбины.

Материалы, используемые в этих процессах помимо керамики: дерево, металл, вода, гипс, эпоксидные смолы — большинство из них удалится при обжиге.

Эти методы формовки известны тем, что обеспечивают инструментам и компонентам размеровую стабильность, качество поверхности, высокую плотность и микроструктурную однородность.

2. Самый важный процесс синтерирования

Основной принцип синтерирования прост, но детали критически важны.

2.1 Химический принцип процесса синтерирования

Температура обжига ниже точки плавления керамики.

После изготовления сухого полуфабриката его обжигают в печи. Здесь процесс диффузии атомов и молекул вызывает кардинальные изменения в основных микроструктурных характеристиках.

Эти изменения включают постепенное устранение пористости, обычно вызванное усадкой материала и общей уплотнением. Таким образом, поры в изделии могут закрыться, что приводит к повышению плотности материала, тем самым значительно увеличивая прочность и износостойкость.

Финальная микроструктура и физические свойства продукта связаны с формой структурного шаблона или предшественника продукта, созданного в начале химического синтеза и физической формовки.

Поэтому химическая обработка порошков и полимеров играет важную роль в синтезе промышленных керамик, стекол и стеклокерамики.

2.2 Методы улучшения качества продукта при синтерировании

Существует множество способов улучшить качество при синтерировании. Наиболее распространенная практика — применение давления к полуфабрикату, делая его очень плотным с самого начала, тем самым сокращая время синтерирования.

Органические связующие, такие как поливиниловый спирт, иногда добавляют для сближения частиц полуфабриката; эти связующие сгорают при 200–350 °C.

Иногда при прессовании добавляют органические смазки. Обычно эти методы комбинируют: добавляют связующее и смазку в порошок, затем прессуют полуфабрикат.

Формирование химических добавок — отдельная сложная задача, играющая ключевую роль в производстве высокопроизводительной керамики. Такая керамика широко используется в электронных устройствах, конденсаторах, катушках индуктивности, датчиках и т.д.

3. Проблемы, возникающие в производственном процессе

В производстве могут возникать проблемы. Рассмотрим три основные и их решения.

А. Деформация

Деформация изделия — самый частый и серьезный дефект в керамической промышленности: цилиндр некруглый, геометрическая форма нерегулярно изменяется.

Основная причина — неправильный метод сушки в печи. Кроме того, быстрый нагрев при разогреве и обжиге также вызывает деформацию. Слишком высокие температуры обжига приводят к массовым дефектам деформации.

Б. Треснуты

Причина трещин на поверхности — слишком быстрый рост температуры разогрева с последующим немедленным остыванием, вызывающим неравномерную усадку внутри и снаружи изделия.

В. Пенистость (пузыри)

Пузыри на поверхности вызваны главным образом недостаточным окислением разложения в керамическом теле и глазури, а также неполным удалением продуктов сгорания.

В тесте для глазури содержание сульфатов и органических примесей также является главной причиной пенистости.

Это вопросы контроля качества керамики. Оставляйте комментарии и обращайтесь к нам при вопросах!

Примечание: Мы не владеем правами на изображения. Если они принадлежат вам, свяжитесь с нами — мы удалим их максимально быстро.