Yüksek sertliği, yüksek sıcaklık direnci, korozyon direnci ve mükemmel elektrik yalıtımı nedeniyle alümina seramikler, havacılık, elektronik ambalaj, tıbbi cihazlar ve aşınmaya- dirençli parçalar gibi{0}} ileri teknoloji üretim alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu uygulamalarda şekillendirme süreci seramiğin nihai performansını, boyutsal doğruluğunu ve güvenilirliğini belirleyen kritik bir adımdır. Şekillendirme, alümina tozunun belirli bir şekil ve boyutta yeşil bir gövdeye hazırlanması işlemini ifade eder. Sonraki kurutma veya sinterleme sırasında deformasyonu veya çatlamayı önlemek için, yaş gövdenin mümkün olduğu kadar yüksek yoğunluğa ve iyi bir tekdüzeliğe sahip olması gerekir.
Alümina Seramik Şekillendirme Yöntemlerinin Sınıflandırılması
Seramik şekillendirme işlemleri, işlenmemiş malzemenin akış özelliklerine göre kuru şekillendirme ve ıslak şekillendirme olarak sınıflandırılabilir; ıslak şekillendirme ayrıca plastik şekillendirme ve koloidal şekillendirme olarak ikiye ayrılır.
Kuru Şekillendirme
Kuru şekillendirmede işlenmemiş parça çok az su içerir veya hiç su içermez (%6'dan az) ve diğer bağlayıcıların veya yağlayıcıların içeriği genellikle %1-2'yi aşmaz. İşlem, tozun bir kalıba yerleştirilmesini ve tozun şekillendirilmesi için harici mekanik kuvvetin uygulanmasını içerir. Seramik yeşil gövde, seramik parçacıkları arasındaki sürtünmeyle bir arada tutularak belirli bir boyut ve şekil korunur. Yeşil gövde, boşluk, sıvı faz (bağlayıcı) ve havadan oluşan kompozit bir sistemdir.
01 Kuru Presleme
Kuru presleme, ilk önce tozun su veya bir bağlayıcı ile karıştırılarak granüller oluşturulmasını, ardından granüle edilmiş tozun bir kalıba yerleştirilmesini ve belirli bir güç ve şekle sahip yeşil bir gövde oluşturmak için basınç uygulanmasını içerir. Kuru preslemenin avantajları arasında basit işlem, kolay kullanım, büyük-ölçekli endüstriyel üretime uygunluk, yüksek ham yoğunluk ve sinterlenmiş ürünün az miktarda çekmesi yer alır. Bununla birlikte, kuru preslemede tek eksenli presleme kullanıldığı için yeşil gövde, numune kalınlığı arttıkça daha belirgin hale gelen önemli bir yoğunluk düzensizliği sergiler. Ayrıca tozdaki topaklanmalar, toz hazırlama sırasında ortadan kaldırılamaz, bu da ince seramiklerin üretilmesini zorlaştırır.
02 İzostatik Presleme
İzostatik presleme, tozun deforme olabilen bir kauçuk kalıba yerleştirilmesini ve ardından parçayı oluşturmak için gazlı veya sıvı bir ortam aracılığıyla farklı eksenlerden eşit basınç uygulanmasını içerir. Kuru presleme ile karşılaştırıldığında izostatik presleme, kuru preslenmiş yaş gövdelerin yoğunluk düzensizliği sorununu çözen ve toz parçacıklarının hareket mesafesini azaltan, böylece şekillendirme hızını artıran çok eksenli preslemeyi kullanır. Ancak izostatik preslemenin yüksek ekipman maliyeti, karmaşık bakım ve kusurlara (örneğin yüzey düzensizlikleri, sıkıştırma çatlakları) yatkınlık gibi dezavantajları vardır. Büyük boyutlu ürünler için izostatik presleme "fil ayağı"na veya dışarıdan içeriye doğru yoğunluk gradyanlarına eğilimlidir. Şu anda, Çin'de izostatik presleme yoluyla üretilen alümina seramikler esas olarak seramik anten kaportaları, yüksek frekanslı terminal yalıtım seramik manşonları vb. için kullanılmaktadır.
Geleneksel Islak Şekillendirme
Kuru şekillendirmeyle karşılaştırıldığında ıslak şekillendirme, toz topaklanmasını önleyebilir, ham gövdedeki kusurları azaltabilir ve hatta ortadan kaldırabilir ve seramik ürünlerin güvenilirliğini artırarak ince seramik veya seramik filmler üretmek için güvenilir bir yol sunabilir. Islak şekillendirme genellikle aşağıdaki adımları içerir: (1) seramik tozunun sentezi veya karıştırılması; (2) seramik bulamacının hazırlanması; (3) bulamacın katılaştırılması; (4) solventi çıkarmak için kurutma; (5) seramiğin elde edilmesi için sinterleme. Islak şekillendirmede anahtar noktalar seramik bulamacının hazırlanması ve yaş gövdenin kurutulmasıdır.
01 Kayma Döküm
Kayma döküm, bir seramik bulamacı oluşturmak için seramik tozunun sıvı bir ortamda eşit şekilde dağıtılmasını ve ardından bulamacın bir alçı kalıba dökülmesini içerir. Alçı kalıbın kılcal kuvveti, solventi bulamaçtan emerek seramiğin katılaşmasına ve belirli bir şekil ve boyutta yeşil bir gövde oluşturmasına neden olur. Kaydırmalı döküm, bulamacın mükemmel akışkanlığa ve stabiliteye sahip olmasını gerektirir. Ek olarak, sıvı ortamın yaş gövdeden uzaklaştırılmasını kolaylaştırmak için kalıbın iyi bir geçirgenliğe sahip olması gerekir. Slip dökümün basit proses, düşük üretim maliyeti ve kolay proses kontrolü gibi avantajları vardır. Ancak şekillendirme süresi uzun, ham yoğunluğu ve mukavemeti düşük, çatlama ve iğne delikleri gibi kusurların oluşması muhtemeldir. Araştırmacılar, kayan döküme dayanarak, santrifüjlü kayan döküm, basınçlı kayan döküm ve filtre presleme gibi gelişmiş yöntemler geliştirdiler.
02 Bant Dökümü
Bant dökümünde kullanılan seramik bulamacı, seramik tozu, plastikleştirici, dağıtıcı ve çözücüden oluşan viskoz, zayıf akışlı bir karışımdır. Havası alındıktan sonra bulamaç bir bant döküm makinesine yerleştirilir, bir rakle bıçağıyla taşıyıcı bant üzerine belirli bir kalınlığa kadar yayılır, kurutulur ve ince bir film oluşturacak şekilde soyulabilir. Daha sonra yeşil gövde ürün boyutlarına göre işlenir. Bant dökümü için bulamaç, seramik tozunun topaklanmalar veya çözünmemiş bağlayıcılar olmadan düzgün bir şekilde dağılmasını gerektirir. Yeşil gövde hazırlığı sırasında bant dökümü, eşit olmayan kalınlık, pürüzlü yüzey, yara izleri ve kusurlar gibi sorunlara eğilimlidir. Bant dökümü esas olarak entegre devre alt katmanlarında, alt katmanlar için alt katman malzemelerinde, kapasitörlerde ve düşük voltajlı varistörlerde yaygın olarak uygulanan ince seramik plakalar üretmek için kullanılır.
Yeni Kolloidal Şekillendirme Süreçleri
Kolloidal şekillendirme, yüksek katı maddeli, düşük viskoziteli bir seramik bulamacı elde etmek için seramik tozunun bir solvent içinde eşit şekilde dağıtılmasını içerir; bu daha sonra bir kalıba dökülür ve belirli bir şekil ve boyuta sahip yeşil bir gövde elde etmek için çeşitli yöntemlerle katılaştırılır. Son yıllarda, bu tür şekillendirme yöntemlerinde, jel döküm, doğrudan pıhtılaşma dökümü ve kendiliğinden pıhtılaşma dökümü gibi çeşitli türetilmiş proseslere yol açan önemli ilerlemeler kaydedilmiştir.
01 Jel Döküm
Jel döküm, geleneksel ıslak şekillendirmeyi polimer kimyasıyla birleştirir. Organik monomerler, seramik parçacıklarını ve solvent moleküllerini ağda kilitleyen ve seramik bulamacının katılaşmasına ve yeşil bir gövde oluşturmasına neden olan üç boyutlu bir polimer ağı oluşturmak için belirli koşullar altında polimerizasyona tabi tutulur. Bu yöntem yalnızca geleneksel ıslak şekillendirmenin (kayma döküm, enjeksiyonlu kalıplama) avantajlarını devralmakla kalmaz, aynı zamanda sorunlarının büyük ölçüde üstesinden gelerek onu pratik olarak değerli bir seramik şekillendirme işlemi haline getirir.
The greatest challenge in gelcasting is preparing a high‑solids (>hacimce %50, ancak düşük viskoziteli seramik bulamacı. Bulamacın akışkanlığı temel olarak tozun solvent içindeki dağılabilirliği ve stabilitesi ile belirlenir; bu, uygun bir dağıtıcının seçilmesi ve bulamacın pH'ının kontrol edilmesiyle elde edilebilir. Diğer bir zorluk ise çamurun katılaşmasını kontrol etmektir. Seçilen organik monomerin ve çapraz bağlayıcının polimerizasyon koşulları kolayca kontrol edilebilir olmalıdır. Yeşil gövdedeki organik içerik mümkün olduğu kadar düşük olmalı ve ortaya çıkan yeşil gövdenin mukavemeti yüksek olmalıdır. Jel dökümde organik katkı genellikle ağırlıkça %5'ten azdır, dolayısıyla ayrı bir bağlayıcı yakma aşamasına gerek yoktur. Elde edilen yeşil gövde yüksek mukavemete ve düzgün bir yapıya sahiptir. Gelcasting, net şekle yakın şekillendirme, karmaşık şekilli ürünler üretme yeteneği ve büyük boyutlu ürünler üretme yeteneği gibi avantajlar sunar.
02 Direkt Koagülasyon Dökümü
Doğrudan pıhtılaşma dökümü, jel döküme dayalı olarak geliştirilmiş yeni bir seramik şekillendirme tekniğidir. Seramik parçacıkları arasındaki çift katmanlı itmeyi ayarlamak, seramik bulamacının süspansiyon stabilitesini dengesizleştirmek ve yeşil bir gövde oluşturmak üzere seramik parçacıklarının yerinde katılaşmasına neden olmak için enzim katalizi, seramik bulamacının pH kontrolü veya elektrolit konsantrasyonu kontrolü gibi yöntemler kullanır. Sıvı-katı dönüşüm mekanizması, van der Waals çekiminin ve çift katman tarafından üretilen elektrostatik itmenin ayarlanmasını içerir. Van der Waals kuvvetinin ve elektrostatik itmenin büyüklükleri değiştirilerek bulamacın katılaşması kontrol edilir: van der Waals çekimi hakim olduğunda, bulamaç katılaşma eğilimi gösterir; elektrostatik itme baskın olduğunda bulamaç dağılma eğilimi gösterir. Doğrudan pıhtılaşma dökümü için bulamacın katı madde yüklemesi hacimce %55'ten az olmamalıdır, böylece katılaşma bulamaç pH'ının ayarlanmasıyla elde edilebilir. Katılaşma koşulları kolaylıkla kontrol edilebilir ve ulaşılabilirdir. Doğrudan pıhtılaşma dökümü, yüksek yoğunluklu, iyi homojenliğe sahip, düşük organik içerikli ve karmaşık şekilli ürünler oluşturma kabiliyetine sahip yeşil gövdeler üretir. Ancak süreç karmaşıktır, yeşil güç nispeten düşüktür ve yöntem evrensellikten yoksundur.
03 Spontan Pıhtılaşma Dökümü
Kendiliğinden pıhtılaşma dökümü, Şangay Seramik Enstitüsü tarafından 2011 yılında geliştirilen yeni bir seramik şekillendirme işlemidir. Seramik yeşil gövdeleri hazırlamak için hem dağıtıcı hem de bağlayıcı olarak suda çözünür izobütilen bazlı kopolimerler kullanılır. Kendiliğinden pıhtılaşma dökümü, bulamaç hazırlama, şekillendirme yöntemi ve yeşil gövde özellikleri açısından jel döküme benzer. Aradaki fark, kendiliğinden pıhtılaşma dökümünde suda çözünür izobütilen bazlı kopolimerin hem dağıtıcı hem de bağlayıcı görevi görmesi ve uzun moleküler zincirler aracılığıyla katılaşmayı sağlamasıdır. Buna karşılık, jel döküm, seramik parçacıklarını yakalayan üç boyutlu bir ağ oluşturmak için monomer moleküllerinin ve çapraz bağlayıcıların polimerizasyonu yoluyla katılaşmayı başarır. Kendiliğinden pıhtılaşma dökümünün avantajları arasında düşük organik içerik, oda sıcaklığında katılaşma, basit kullanım ve düşük üretim maliyeti yer alır.