アルミナセラミックスの射出成形技術(shù)

 

発売日：[2023/10/26]
 

アルミナセラミックスは、精密セラミックス、特殊セラミックス、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原料を採(cǎi)用し、特殊な製造技術(shù)に基づいて生産され、化學(xué)組成と優(yōu)れた性能を持つセラミックスを正確に制御することができる?，F(xiàn)在、アルミナセラミックスは主に高技術(shù)と先端工業(yè)、例えばマイクロエレクトロニクス、原子爐、宇宙飛行、磁気流體発電、人工骨と人工関節(jié)などの面で使用されている。アルミナセラミックスの製造工程において、以下の3つの要求を満たすべきである。①精選した原料は高純度のものを選び、粒子はできるだけ細(xì)くしなければならない。②化學(xué)成分を厳格に制御する。製造過(guò)程において不純物の混入と成分自體の揮発を防止し、焼結(jié)物の粒子度、界面、気孔などに対して厳格に制御し、品質(zhì)の安定と再現(xiàn)性を達(dá)成しなければならない。③正確な形狀と寸法。アルミナセラミック製部品は一般的に加工を経ずに直接使用され、特にセラミック電子部品には高い精度が要求されている。
アルミナセラミックスと普通のセラミックスは成分と製造技術(shù)に大きな差がある。普通の陶磁器は原料の調(diào)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(jié)法で製造されることが多い。成形技術(shù)の面では、セラミックスの硬度は極めて高く、切斷加工が困難であるため、特に自動(dòng)車エンジン中の過(guò)給機(jī)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形狀の非対型製品については、成形焼結(jié)後に完成品となり、再加工する必要はない。この要求を満たすために、人々は高分子材料工業(yè)の射出成形技術(shù)を模倣してプラスチック部品を生産する方法、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(shù)は、セラミックス粉末材料に熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、可塑剤及び減摩剤を添加し、セラミックス粉末材料を粘性弾性體にし、その後、加熱混練後のスラリーをノズルから金型內(nèi)に射出し、冷卻硬化させることである。一般的に使用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、添加量は10〜30%である。この技術(shù)は複雑な形狀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(shè)備
射出成形機(jī)は、一般に、可塑化裝置（または射出裝置）、型締裝置、油圧裝置、および電子、電源制御裝置から構(gòu)成される。そのタイプは、可塑化裝置の內(nèi)部構(gòu)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。近年、後者の利點(diǎn)が多いと考えられている。
射出成形機(jī)は電子、電源制御裝置を中樞とし、油圧裝置を駆動(dòng)しながら可塑裝置、型締裝置を順次動(dòng)作させる。その作業(yè)手順は：セラミックス原料は漏斗から入れて、シリンダブロックに入って、原料はシリンダブロックの端部を送ると同時(shí)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。海外の先進(jìn)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、液晶などの畫面表示方式、およびグラフィックコンソール方式または2つの組み合わせを設(shè)計(jì)する複合コンソール方式を採(cǎi)用している。
金型材料は一般的に高潔度、耐摩耗性、耐食性ともに優(yōu)れた合金鋼を用いている。金型設(shè)計(jì)はセラミックスの高分子システムの流動(dòng)特性に合致しなければならない。成形體の収縮を減少させ、金型內(nèi)の空気が成形體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(huán)狀製品では、グリッドの反対側(cè)に溶著紋が生じやすいので、グリッドの位置にも注意しなければならない。射出成形條件を最適化するためには、金型、バレル等の溫度管理と金型內(nèi)の圧力センサによるきめ細(xì)かい管理が必要である。また、金型には冷卻溝があり、冷卻と加熱ができ、溫度調(diào)節(jié)器によって金型の溫度を一定に保つことができ、成形體の精度を高めるのに有効である。原料には有機(jī)材料を多用するため、ブランクに熱割れが生じないようにカーボンスラグを殘さず脫脂することも重要な課題である。
二、技術(shù)
セラミックスの射出成形原理はプラスチックの射出成形と基本的に同じである。プラスチック內(nèi)に大量のセラミック粉末を混合しているだけです。射出成形條件を改善するためには、使用原料と一致する有機(jī)材料を選択し、添加量を選択する必要があります?？@密で均一な射出成形體を得るためには、セラミックス粉末の濃度が高い。しかし、高すぎると成形性能が悪くなる?；炀殽芝楗螗瘟鲃?dòng)性を改善するためには、分散剤高分子系の粘度を低下させるべきである。前処理として重要なのはセラミックス粉末の分散性を高めることであり、高分子の流動(dòng)性を高めるためには適切な可塑剤と潤(rùn)滑剤を添加する必要がある。
セラミック原料の粒度は一般的に1μm、バインダー（または添加剤）を添加し、十分に混合、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、陶磁器粉末は接著剤に濡れて包復(fù)され、すべて均一な複合體になってから射出成形ができる。また、射出成形機(jī)の漏斗供給に適した粒子を得るには、冷卻、乾燥、粉砕が必要である。
プロセス全體の中で注意し、把握すべき技術(shù)問(wèn)題は以下の4つの方面がある。
1、原料の流動(dòng)性
射出成形に用いられるセラミックス粒子は、一般に80〜90%（重要比、以下同じ）の粉末と10〜20%の結(jié)合剤からなる。接著剤は脫脂工程で除去されるので、添加量は最低限が望ましいが、添加量が不足すると成形効果に影響することに注意すべきである。また、セラミックス粒子の流動(dòng)性は、粒度が小さいほど、形狀が球形からずれるほど悪くなる。そのため、できるだけ簡(jiǎn)便な方法を用いて流動(dòng)性を試験する。
2、成形條件による欠陥
成形條件が正しくないと、さまざまな欠陥が発生します。その中で最も重要なのは溶接線であり、成形體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(shè)計(jì)、特に開口のタイプ、位置、大きさ、個(gè)數(shù)に注意する必要があります。同時(shí)に射出成形の射出溫度と速度のバランスに注意しなければならない。
また、表面粗さ、クラック、長(zhǎng)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(chǎng)合は、射出成形機(jī)にアダプティブコントローラを裝著し、微細(xì)な制御を行うことができる。
3、脫脂
本工程は接著剤除去とも呼ばれ、通常昇溫速度は3 ~ 5℃/bで約5 ~ 10日行われるが、0.5 MPa圧力の保護(hù)雰囲気下で行うと、40時(shí)間で脫脂を終了することができる。
4、焼結(jié)
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(jié)中の線収縮率は約15〜20%であり、形狀が比較的に複雑または肉厚の作業(yè)であり、焼結(jié)中に亀裂が発生しやすく、防止に注意すべきである。
三、添加剤
これは射出成形技術(shù)における最も重要な問(wèn)題の一つである。成形方法によって必要な添加剤の特性が異なります。射出成形には脫脂、流動(dòng)性、ゲル溶性、強(qiáng)度、収縮が要求される、押出には可塑性、膠溶性、強(qiáng)度、潤(rùn)滑が必要である、冷等靜圧（ゴムプレス）には潤(rùn)滑、造粒性、強(qiáng)度が要求される、機(jī)械プレスには潤(rùn)滑造粒性、強(qiáng)度、離型などが要求される。同時(shí)に、異なる製品に対しても異なる接著剤を選択しなければならない。
射出成形技術(shù)による添加剤の要求は以下の通りである。
1、膠溶性：各成形方法はできるだけ少ない添加剤を採(cǎi)用するのが適當(dāng)で、解膠性（膠溶性）添加剤を採(cǎi)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利である。特に後で接著剤を除去するのに有利である。
2、流動(dòng)性：射出成形には高圧下での流動(dòng)性が要求される。樹脂系接著剤を用いた射出効果は良好であるが、樹脂系を用いた場(chǎng)合には粘度保持と緩慢な射出に注意する必要があるためである。
3、膨張と収縮：射出成形に大量の接著剤を使用したため、ブランクの収縮が大きく、寸法精度と幾何形狀に影響し、気孔を形成しやすい。したがって、添加剤としては、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(zhì)は、ロジンなどの非晶質(zhì)物質(zhì)よりも膨張−収縮の影響が小さい。
射出成形技術(shù)は、日本では50年代にA 12 O 3セラミックスを內(nèi)燃機(jī)関の點(diǎn)火プラグとして採(cǎi)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使用されている。近年、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(shù)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究に積極的に従事している。
報(bào)道によると、先ごろ、日本の東京大學(xué)生産技術(shù)研究所が水だけで行う「凍結(jié)射出成形法」を試験的に成功した。これは水が持つ流動(dòng)性と凍結(jié)性を利用してセラミックスの固體化と離型を?qū)g現(xiàn)することである。予め−5〜10℃に冷卻した金型內(nèi)に0〜5℃程度のブランクを充填し、充填と同時(shí)にブランクを內(nèi)壁面から凍結(jié)し、內(nèi)部?jī)鼋Y(jié)が離型強(qiáng)度に達(dá)するとブランクは型中から取り出すことができる。前述のように大量の有機(jī)添加剤を使用する必要がないため、長(zhǎng)時(shí)間の脫脂工程が不要であるため、大幅に;生産時(shí)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利な條件を作り出した。
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