アルミナセラミックスの射出成形技術

 

発売日：[2023/10/26]
 

アルミナセラミックスは、紧密セラミックス、特别セラミックス、またはハイテクセラミックスとも呼ばれる。それは高度に精選された质料を採用し、特别な製造技術に基づいて生産され、化学組成と優れた机能を持つセラミックスを正確に制御することができる。現在、アルミナセラミックスは主に高技術と先端工業、例えばマイクロエレクトロニクス、原子炉、宇宙飛行、磁気流体発電、野生骨と野生関節などの面で操纵されている。アルミナセラミックスの製造工程において、以下の3つの请求を満たすべきである。①精選した质料は高純度のものを選び、粒子はできるだけ細くしなければならない。②化学成份を厳格に制御する。製造過程において不純物の混入と成份自体の揮発を避免し、焼結物の粒子度、界面、気孔などに対して厳格に制御し、品質の安靖と再現性を達成しなければならない。③正確な外形と寸法。アルミナセラミック製部品は通俗的に加工を経ずに间接操纵され、特にセラミック電子部品には高い精度が请求されている。
アルミナセラミックスと通俗のセラミックスは成份と製造技術に大きな差がある。通俗の陶瓷器は质料の調製、素材の成形と窯の焼成の3つの工程を経て製造された、アルミナセラミックスは粉末焼結法で製造されることが多い。成形技術の面では、セラミックスの硬度は極めて高く、堵截加工が困難であるため、特に自動車エンジン中の過給機ロータ、骨格、歯などの生物セラミックス製品のような複雑な外形の非対型製品については、成形焼結後に实现品となり、再加工する须要はない。この请求を満たすために、人々は高份子资料工業の射出成形技術を模倣してプラスチック部品を生産する体例、アルミナセラミックス製品を加工して、満足な効果を得た。
セラミックス射出成形技術は、セラミックス粉末资料に熱可塑性樹脂、熱软化性樹脂、可塑剤及び減摩剤を增加し、セラミックス粉末资料を粘性弾性体にし、その後、加熱混練後のスラリーをノズルから金型内に射出し、冷却软化させることである。通俗的に操纵される熱可塑性樹脂はポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレンであり、增加量は10〜30%である。この技術は複雑な外形の製品成形の精度と信頼性を大幅に向上させた。
一、射出成形設備
射出成形機は、通俗に、可塑化装配（または射出装配）、型締装配、油圧装配、および電子、電源制御装配から構成される。そのタイプは、可塑化装配の外部構造によって、プランジャ式と並列プロペラ式に分けることができる。最近几年、後者の利点が多いと考えられている。
射出成形機は電子、電源制御装配を中枢とし、油圧装配を駆動しながら可塑装配、型締装配を順次動作させる。その作業手順は：セラミックス质料は漏斗から入れて、シリンダブロックに入って、质料はシリンダブロックの端部を送ると同時に、溶融、攪拌を行って、シリンダブロックの端部のノズルを通じて金型のキャビティに射出してブランクを獲得する。海内の先進的な制御システムは、オシロスコープ、プラズマ、エレクトロルミネッセンス、液晶などの画面表现体例、およびグラフィックコンソール体例または2つの組み合わせを設計する複合コンソール体例を採用している。
金型资料は通俗的に高潔度、耐摩耗性、耐食性ともに優れた合金鋼を用いている。金型設計はセラミックスの高份子システムの流動特征に合致しなければならない。成形体の収縮を減少させ、金型内の空気が成形体に巻き込まれないようにするため、金型は放出口の制御を考慮しなければならない。環状製品では、グリッドの反対側に溶着紋が生じやすいので、グリッドの地位にも注重しなければならない。射出成形前提を最適化するためには、金型、バレル等の温度办理と金型内の圧力センサによるきめ細かい办理が须要である。また、金型には冷却溝があり、冷却と加熱ができ、温度調節器によって金型の温度を必然に保つことができ、成形体の精度を高めるのに有効である。质料には有機资料を多用するため、ブランクに熱割れが生じないようにカーボンスラグを残さず脱脂することも主要な課題である。
二、技術
セラミックスの射出成形道理はプラスチックの射出成形と根基的に同じである。プラスチック内に大批のセラミック粉末を夹杂しているだけです。射出成形前提を改良するためには、操纵质料と分歧する有機资料を選択し、增加量を選択する须要があります。緻密で均一な射出成形体を得るためには、セラミックス粉末の濃度が高い。しかし、高すぎると成形机能が悪くなる。混練ブランクの流動性を改良するためには、分离剤高份子系の粘度を低下させるべきである。前処理として主要なのはセラミックス粉末の分离性を高めることであり、高份子の流動性を高めるためには適切な可塑剤と潤滑剤を增加する须要がある。
セラミック质料の粒度は通俗的に1μm、バインダー（または增加剤）を增加し、非常に夹杂、攪拌した。射出成形のプロセスフローを下図に示す。
攪拌中、陶瓷器粉末は接着剤に濡れて包復され、すべて均一な複合体になってから射出成形ができる。また、射出成形機の漏斗供給に適した粒子を得るには、冷却、乾燥、粉砕が须要である。
プロセス全部の中で注重し、掌握すべき技術問題は以下の4つの方面がある。
1、质料の流動性
射出成形に用いられるセラミックス粒子は、通俗に80〜90%（主要比、以下同じ）の粉末と10〜20%の結合剤からなる。接着剤は脱脂工程で撤除されるので、增加量は最低限が望ましいが、增加量が缺乏すると成形効果に影響することに注重すべきである。また、セラミックス粒子の流動性は、粒度が小さいほど、外形が球形からずれるほど悪くなる。そのため、できるだけ簡便な体例を用いて流動性を試験する。
2、成形前提による欠陥
成形前提が正しくないと、さまざまな欠陥が発生します。その中で最も主要なのは溶接線であり、成形体に貫通孔やブラインド孔があれば、このような欠陥が発生しやすい。そのため、金型の設計、特に開口のタイプ、地位、大きさ、個数に注重する须要があります。同時に射出成形の射出温度と速率のバランスに注重しなければならない。
また、外表粗さ、クラック、長尺痕、変形などの欠陥の発生を避けるために。成形が困難な場合は、射出成形機にアダプティブコントローラを装着し、微細な制御を行うことができる。
3、脱脂
本工程は接着剤撤除とも呼ばれ、凡是昇温速率は3 ~ 5℃/bで約5 ~ 10日行われるが、0.5 MPa圧力の保護雰囲気下で行うと、40時間で脱脂を終了することができる。
4、焼結
熱間加工などのパラメータは、セラミックスの種類に応じて決定することができる。焼結中の線収縮率は約15〜20%であり、外形が比較的に複雑または肉厚の作業であり、焼結中に亀裂が発生しやすく、避免に注重すべきである。
三、增加剤
これは射出成形技術における最も主要な問題の一つである。成形体例によって须要な增加剤の特征が異なります。射出成形には脱脂、流動性、ゲル溶性、強度、収縮が请求される、押出には可塑性、膠溶性、強度、潤滑が须要である、冷等静圧（ゴムプレス）には潤滑、造粒性、強度が请求される、機械プレスには潤滑造粒性、強度、離型などが请求される。同時に、異なる製品に対しても異なる接着剤を選択しなければならない。
射出成形技術による增加剤の请求は以下の通りである。
1、膠溶性：各成形体例はできるだけ少ない增加剤を採用するのが適当で、解膠性（膠溶性）增加剤を採用することができて、これは生産周期と製品コストを減らすのに有益である。特に後で接着剤を撤除するのに有益である。
2、流動性：射出成形には高圧下での流動性が请求される。樹脂系接着剤を用いた射出効果は杰出であるが、樹脂系を用いた場合には粘度坚持と緩慢な射出に注重する须要があるためである。
3、膨張と収縮：射出成形に大批の接着剤を操纵したため、ブランクの収縮が大きく、寸法精度と幾何外形に影響し、気孔を构成しやすい。したがって、增加剤としては、石灰のような膨張収縮の小さいものを選択することができる。このような物質は、ロジンなどの非晶質物質よりも膨張−収縮の影響が小さい。
射出成形技術は、日本では50年月にA 12 O 3セラミックスを内燃機関の焚烧プラグとして採用していた。以降は小型で複雑な部品の中で相次いで生産に操纵されている。最近几年、ディーゼルエンジンの渦流キャビティヘッドは射出成形技術を用いて製造されたセラミック化されているなど、様々な耐熱・耐摩耗部品の開発研讨に積極的に従事している。
報道によると、先ごろ、日本の東京大先生産技術研讨所が水だけで行う「凍結射出成形法」を試験的に胜利した。これは水が持つ流動性と凍結性を操纵してセラミックスの固体化と離型を実現することである。予め−5〜10℃に冷却した金型内に0〜5℃水平のブランクを充填し、充填と同時にブランクを内壁面から凍結し、外部凍結が離型強度に達するとブランクは型中から取り出すことができる。前述のように大批の有機增加剤を操纵する须要がないため、長時間の脱脂工程が不要であるため、大幅に;生産時間を短縮することで、コストを削減し、生産量を増やすために有益な前提を作り出した。
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