Liczba wyświetleń:0 Autor:Edytuj tę stronę Wysłany: 2023-02-02 Źródło:粉体圈儿
Wysokowydajne materiały ceramiczne o wysokiej twardości, wysokiej wytrzymałości, stabilnych właściwościach fizycznych i chemicznych, szeroko stosowane w półprzewodnikach, nowej energii, przemyśle lotniczym i innych dziedzinach.Doskonałe właściwości materiałów ceramicznych są ściśle powiązane z metodami ich formowania, dlatego staje się on gorącym punktem badawczym w różnych dziedzinach.W 1947 roku Howatt zaproponował Tapecasting, metodę wypalania arkuszy ceramicznych, która otworzyła nowy sposób wypalania materiałów ceramicznych.
Formowanie odlewnicze polega na wlaniu do zbiornika zaczynu ceramicznego o określonej lepkości.Pod wpływem naciągu taśmy folii zawiesinę rozprowadza się za pomocą skrobaka na cienką masę odlewniczą, a rozpuszczalnik zawarty w surówce usuwa się w środowisku grzewczym.Po wysuszeniu otrzymuje się arkusz ceramiczny.W porównaniu z innymi procesami formowania, formowanie odlewnicze ma następujące zalety: prosty proces, wysoka wydajność, duża skala, silna ciągłość, jest szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu produkcyjnego i badaniach naukowych, takich jak podłoże ceramiczne, kondensator wielowarstwowy i folia ogniwa paliwowego.Chociaż formowanie odlewnicze jest szeroko stosowane, w procesie suszenia blachy ceramicznej występuje wiele defektów.Dlatego konieczne jest podsumowanie czynników wpływających na powstawanie konwekcji.
W artykule opisano badania dotyczące technologii odlewania z przygotowaniem blach ceramicznych.Omówiono właściwości materiałów proszkowych stosowanych do odlewania, mechanizm działania dodatków organicznych na właściwości zaczynów oraz wpływ środowiska suszenia na właściwości pozorne blach ceramicznych.Podsumowano stan zastosowania arkusza ceramicznego.Przewiduje się przyszły trend rozwoju blachy ceramicznej.Proszek jest jednym z najważniejszych surowców w każdej technologii formowania.Wydajność wyrobów ceramicznych często zależy od właściwości samego proszku.Wpływ proszku ceramicznego na odlewanie konwekcyjne rozważa się głównie w następujący sposób:
① Rozmiar i morfologia.Im drobniejszy proszek, tym większa siła napędowa procesu spiekania, co sprzyja zagęszczeniu;
② Powierzchnia właściwa.Powierzchnia właściwa wpływa na interakcję proszku z dodatkami organicznymi, determinując tym samym optymalną zawartość dodatków organicznych.
③ Gęstość proszku.Wartość D50 proszku o dużej gęstości jest mała, aby zapewnić zawieszenie cząstek w zawiesinie.Ojalvo i in.wykorzystano wielkość ziarna 0,7 µm, powierzchnię właściwą 20,7 µg – 1, gęstość 2,559 g·cm – 3 i średnicę 1,5 µm.Pierwotna morfologia wąsa nie uległa uszkodzeniu po odlewaniu metodą przepływową, a wąs ułożony był kierunkowo, co sprzyjało jego wzmocnieniu.On i in.wykorzystali nano-al2o3 jako surowiec do przygotowania przezroczystych arkuszy ceramicznych metodą formowania odlewniczego.Blacha ceramiczna ma jednolitą teksturę, brak odkształceń i grubość bliską 0,1 mm.Z powyższych badań wynika, że o wyborze proszku ceramicznego decydują właściwości produktu.Po określeniu proszku kolejnym krokiem jest dobranie odpowiednich rozpuszczalników, spoiw i plastyfikatorów w celu przygotowania zaczynu ceramicznego nadającego się do odlewania.2 Formowanie odlewnicze z doborem rozpuszczalnika to proces formowania płynu, proszek powinien przypominać płyn z płynnością, dlatego konieczne jest wybranie odpowiedniego rozpuszczalnika i przygotowanie proszku do zawiesiny.Rozpuszczalnik musi spełniać następujące trzy cechy: rozpuścić proszek, ujednorodnić proszek i inne dodatki, szybko odparować i bez zanieczyszczeń.Zwykle wybiera się wodę, etanol, toluen, trichloroetan, aceton lub kombinację rozpuszczalników.
Ponieważ szybkość suszenia surowego kęsa odlewniczego jest ściśle powiązana z wydajnością produkcyjną, najlepszym wyborem jest wybór rozpuszczalnika charakteryzującego się szybkim ulatnianiem się i natychmiastowym odparowaniem podczas suszenia.Ceramika Si3N4 jest szeroko stosowana w złożonych konstrukcjach ze względu na jej doskonałe właściwości mechaniczne i właściwości wysokotemperaturowe.Do przygotowania skomplikowanych konstrukcji najczęściej wybiera się technologię odlewania.W zależności od różnych rozpuszczalników Wei i in.użył etanolu jako rozpuszczalnika, a Li i in.użyto wody jako rozpuszczalnika do przygotowania płatków ceramicznych Si3N4.Wadą wody jest wysoka temperatura parowania i słaba charakterystyka suszenia, dlatego należy rozwiązać wiele problemów związanych z jakością.Rozpuszczalnik etanolowy szybko schnie i może wytwarzać płatki ceramiczne o dużej gęstości i dobrych właściwościach pozornych, ale ma tę wadę, że zanieczyszcza środowisko.Dlatego należy wybrać odpowiednie rozpuszczalniki dla różnych wymagań produkcyjnych.
3. W technologii formowania odlewów spoiwo jest najważniejszym dodatkiem organicznym w całym układzie.Spoiwo tworzy trójwymiarową sieć pomiędzy proszkami, zapewniając wytrzymałość i wytrzymałość arkuszom ceramicznym, umożliwiając obróbkę arkuszy i zachowanie ich kształtu.Powszechnie stosowanymi spoiwami są polietylen, alkohol poliwinylowy, aldehyd poliwinylomasłowy, metyloceluloza itp. Wybrane spoiwo musi być w stanie rozpuścić się w rozpuszczalniku.Poliwinylobutyral (PVB) jest jednym z najczęściej stosowanych spoiw.PVB to długołańcuchowa cząsteczka polimeru, której szkielet składa się z kowalencyjnie związanych atomów, takich jak węgiel, tlen i wodór.Do szkieletu przyczepione są grupy boczne rozmieszczone wzdłuż przedziałów długości cząsteczki, które decydują o jej rozpuszczalności w etanolu.Długi łańcuch polimeru tworzy w roztworze etanolu przestrzenną strukturę sieciową, a proszek ceramiczny jest owinięty w komórkę sieci.Po wyschnięciu powstaje surowy odlew o określonej wytrzymałości i plastyczności.
Tang Guowei i in.zbadali wpływ PVB na gęstość, właściwości mechaniczne, mikrostrukturę i właściwości spiekania surowego kęsa do odlewania ceramiki i wykazali, że głównym czynnikiem wpływającym jest masa cząsteczkowa PVB.Feng i in.wykorzystali PVB jako spoiwo do scharakteryzowania zachowania reologicznego zaczynu.Lepkość zawiesiny zmniejsza się wraz ze wzrostem prędkości obrotowej, wykazując typowe zachowanie przy rozrzedzaniu pod wpływem ścinania.Xie Yupeng badał związek pomiędzy lepkością zawiesiny SiCw a zawartością PVB.Lepkość zaczynu wzrasta wraz ze wzrostem zawartości spoiwa.W tym samym czasie Salam i in.stwierdzono, że ilość dodanego spoiwa będzie miała wpływ na późniejszy proces odtłuszczania.Im więcej spoiwa, tym wyższa jest temperatura i czas odtłuszczania, a lipid nie jest łatwy do całkowitego usunięcia, co wpływa na dalszy proces.Liu i in.potwierdzili, że dodatek nadmiernej ilości spoiwa spowodował zmniejszenie gęstości surowej blach ceramicznych.Po spiekaniu w wysokiej temperaturze w surowym kęsie powstaje zbyt wiele otworów, co prowadzi do zwiększenia skurczu blachy ceramicznej.Dlatego bardzo ważne jest, aby znaleźć odpowiednią ilość środka wiążącego do dodania.Jednakże przy ilości dodatku spoiwa należy uwzględnić wpływ pozornej morfologii, charakterystyki przetwórstwa i porowatości kęsa po odtłuszczeniu na właściwości użytkowe produktu.
4. Wpływ plastyfikatora na właściwości plastyczne Plastyfikator jest dodatkiem zmiękczającym spoiwo w stanie suchym lub półsuchym.W porównaniu ze spoiwami są to substancje organiczne o niższej masie cząsteczkowej i rozpuszczalne w tym samym rozpuszczalniku.Powszechnie stosowanymi plastyfikatorami są gliceryna, polietylen i ftalan dibutylu.Mechanizm działania plastyfikatora polega na skróceniu lub częściowym rozpuszczeniu głównego łańcucha spoiwa, aby osiągnąć cel obniżenia temperatury konwersji szkła spoiwa, tak aby długi łańcuch polimeru mógł zostać przedłużony lub skrócony bez pękania, a płyta ceramiczna wykazuje pewne zachowanie sprężyste.Jednocześnie dodatek plastyfikatora może poprawić interakcję między łańcuchami polimeru, uniknąć reakcji sieciowania między łańcuchem a łańcuchem, co sprzyja migracji proszku w płycie ceramicznej, dzięki czemu zielony arkusz ceramiczny można zginać bez łamanie, co stanowi podstawę późniejszego procesu suszenia i przetwarzania.
5. Pod wpływem naciągu taśmy foliowej zawiesina formowana jest przez zgarniacz w cienką warstwę zawiesiny.Proces suszenia polega na oczekiwaniu na odparowanie rozpuszczalnika.Ze względu na dużą ilość dodatków i rozpuszczalników w zawiesinie, surowa płyta ceramiczna będzie wykazywała różne zachowanie podczas suszenia.Proces suszenia jest kontrolowany głównie przez dwa czynniki: szybkość parowania rozpuszczalnika na powierzchni surowej i szybkość dyfuzji rozpuszczalnika z wnętrza greenu na powierzchnię.Szybkość parowania jest ściśle powiązana ze środowiskiem suszenia, natomiast szybkość dyfuzji jest powiązana z systemem zawiesiny.Dopiero gdy oba czynniki osiągną względną równowagę, można otrzymać płytę ceramiczną pozbawioną wad.
6. Po zakończeniu obróbki i formowania blachy ceramicznej wymagany kształt należy wytłoczyć lub wyciąć w określonym obszarze w kierunku x i y.Tłoczenie można wykonać w prostych kwadratowych lub prostokątnych otworach, natomiast wycinanie można wykonać w wielu innych kształtach poprzez laminowanie wyciętych arkuszy.Na przykład wielowarstwowy kondensator ceramiczny to pojedynczy stały korpus ceramiczny utworzony przez spiekanie kilku warstw cienkich arkuszy.Podstawowymi parametrami, które należy kontrolować podczas laminowania są temperatura, ciśnienie i czas.Dobór temperatury uwzględnia przede wszystkim temperaturę konwersji szkła po dodaniu dodatków organicznych, a także grubość i ilość laminacji produktu, tak aby zapewnić równomierne nagrzewanie wszystkich arkuszy ceramicznych.Wybór ciśnienia uwzględnia głównie bliski kontakt między warstwami, aby spełnić wymagania dotyczące formowania, a ciśnienie nie odkształci arkusza ceramicznego i nie wpłynie na ostateczny rozmiar.
7. Po ponad 70 latach rozwoju proces odlewania jest coraz szerzej stosowany w przemyśle ceramicznym.Na przykład: podłoże porcelanowe, wielowarstwowe kondensatory ceramiczne, ogniwa paliwowe, funkcjonalne materiały gradientowe, szczególnie w przemyśle elektronicznym, stosuje się metodę formowania odlewniczego do przygotowania prawie wszystkich materiałów podłoża.
Podłoże jest nośnikiem i filarem obwód elektryczny używany do osadzania i układania obwodu.Wspólną cechą tych podłoży jest to, że są bardzo cienkie, zwykle o grubości 1,5 mm lub cieńszej.Wraz z szybkim rozwojem zastosowań 5G, stawiane będą wyższe wymagania wobec wykorzystania podłoża.Odlewanie złączeniowe jest powszechną metodą przygotowania arkuszy ceramicznych ze względu na prosty proces i ciągłą produkcję.Proces ten jest jednak ograniczony wieloma czynnikami, a o zawartości dodatków organicznych często decyduje doświadczenie, a nie procesy fizykochemiczne zachodzące na powierzchni cząstek i ich wzajemne oddziaływanie.Blacha ceramiczna jest bardzo wrażliwa na zmienne środowiskowe, a zmiana zmiennych w procesie często wpływa na wydajność produktu.Kontrolowanie grubości blachy ceramicznej nie jest łatwe, dlatego należy dokładnie przeanalizować czynniki wpływające na grubość blachy ceramicznej, a za pomocą symulacji elementów skończonych można przygotować cienką blachę o jednakowej grubości i doskonałej jakości.Zastosowanie formowania odlewniczego otwiera drogę do szerokiego zastosowania komponentów elektronicznych i układów scalonych.Kolejne badania należy połączyć z potrzebami zastosowań ceramiki inżynierskiej, projektowaniem funkcjonalnych materiałów zintegrowanych o mikrostrukturze, strukturze porowatej i strukturze bionicznej.
