Ceramika techniczna Procesy usuwania spoiwa i spiekania są niezbędne do usunięcia spoiwa organicznego i zagęszczenia elementów ceramicznych

Pojęcie ceramika techniczna obejmuje szeroką gamę zaawansowanych materiałów ceramicznych opracowanych z myślą o ich doskonałych właściwościach mechanicznych, elektrycznych oraz termicznych. Są one często bardzo odporne na topienie, zginanie, rozciąganie, korozję i zużycie.  Wykorzystanie zaawansowanej ceramiki w przemysłach takich jak lotnictwo, samochodowy, obronny oraz energetycznym staje się coraz bardziej rozpowszechnione.

Piece Carbolite Gero są szeroko stosowane zarówno w badaniach, jak iw produkcji do wypalania lepiszcza i spiekania ceramiki technicznej. Do procesu wypalania lepiszcza (części zielonych) wymagane są piece komorowe o niższej temperaturze o doskonałej jednorodności temperaturowej. Brązowe części są następnie spiekane w temperaturze do 1800 ° C w piecu wysokotemperaturowym.

Piece do debindingu

Zarówno proces usuwania lepiszcza, jak i spopielania wymagają usunięcia pewnych materiałów przed dalszą analizą. W związku z tym piece do spopielania Carbolite Gero mogą skutecznie przeprowadzać termiczne usuwanie lepiszcza poprzez usuwanie spoiwa z komory pieca.

Piece do spiekania

Piece do usuwania lepiszcza i spiekania

Informacje ogólne

Ceramika tlenkowa

Ceramika tlenkowa to związki nieorganiczne, które składają się z tlenu i jednego lub więcej pierwiastków metalicznych. Przewaga tlenu w składzie przyczynia się do ich unikalnych właściwości. Ceramika tlenkowa charakteryzuje się doskonałą stabilnością termiczną, wysoką izolacją elektryczną i jest chemicznie obojętna. Dodatkowo, ceramika tlenkowa często wykazuje dobrą wytrzymałość mechaniczną i twardość, dzięki czemu nadaje się do różnych zastosowań strukturalnych i funkcjonalnych.

Ceramika nietlenkowa

Ceramika nietlenkowa to związki nieorganiczne, które składają się z kombinacji pierwiastków metalicznych i niemetalicznych bez obecności tlenu. Związki te charakteryzują się wysoką przewodnością cieplną i elektryczną, wysoką odpornością na utlenianie i są chemicznie obojętne. Oprócz wysokiej wytrzymałości i twardości, ceramika nietlenkowa jest odporna na zużycie i korozję.

Kompozyty

Kompozyty powstają w wyniku połączenia dwóch lub więcej materiałów w celu scalenia i zwiększenia wydajności. Kompozyty na bazie ceramiki podlegają złożonemu procesowi produkcyjnemu, który może skutkować doskonałymi właściwościami pod względem wytrzymałości i odporności.

Spiekanie ceramiki

Spiekanie jest kluczowym procesem termicznym w produkcji ceramiki. Polega on na podgrzewaniu zagęszczonego lub ukształtowanego materiału ceramicznego do wysokich temperatur poniżej jego temperatury topnienia. Podczas spiekania cząstki ceramiczne łączą się ze sobą, powodując zagęszczenie i utworzenie stałej, spójnej i trwałej struktury ceramicznej. Proces spiekania obejmuje trzy główne etapy: przegrupowanie cząstek, szyjkę cząstek i eliminację porów. Początkowo, w niższych temperaturach, cząstki ceramiczne zaczynają się rearanżować i zbliżać do siebie z powodu dyfuzji międzycząsteczkowej. Proces dyfuzji jest napędzany przez zmniejszenie energii powierzchniowej cząstek. Wraz ze wzrostem temperatury cząstki zaczynają tworzyć szyjki. Zaczyna to tworzyć mostek między nimi i ułatwia przenoszenie materiału oraz dalszą konsolidację struktury. Etap ten ma kluczowe znaczenie dla uzyskania zwiększonej wytrzymałości i gęstości materiału ceramicznego. W końcowym etapie pozostałe pory są eliminowane, ponieważ struktura ceramiczna nadal się zagęszcza, w wyniku czego powstaje prawie całkowicie gęsty korpus ceramiczny. Temperatura i czas spiekania są dokładnie kontrolowane w celu osiągnięcia pożądanych właściwości końcowego produktu ceramicznego. Wysokie temperatury i wydłużone czasy spiekania generalnie prowadzą do lepszego zagęszczenia i poprawy właściwości mechanicznych, ale nadmierne spiekanie może powodować wzrost ziaren, co może niekorzystnie wpływać na niektóre właściwości. Na proces spiekania mają wpływ różne czynniki, w tym skład chemiczny ceramiki, rozmiar i rozkład cząstek, atmosfera spiekania (utleniająca, redukująca lub obojętna) oraz obecność jakichkolwiek środków pomocniczych lub dodatków do spiekania. Środki wspomagające spiekanie mogą promować zagęszczanie i pomagać obniżyć temperaturę spiekania, czyniąc proces bardziej wydajnym. Spiekanie jest podstawowym etapem produkcji szerokiej gamy produktów ceramicznych, w tym cegieł, płytek, zaawansowanej ceramiki technicznej i innych. Proces ten przekształca początkowo porowaty i kruchy zielony materiał ceramiczny w gęsty, trwały i funkcjonalny element ceramiczny. Element ten jest następnie gotowy do spełnienia wymagań związanych z jego zamierzonym zastosowaniem w branżach takich jak elektronika, motoryzacja, lotnictwo i budownictwo.

Zmiany mikrostrukturalne podczas spiekania

Podczas spiekania

Podczas spiekania cząstki części ceramicznej dyfundują przez strukturę i łączą się ze sobą, zwiększając ogólną gęstość części.

Mikrostruktura po procesie spiekania

Podczas spiekania w piecu mikrostruktura części ceramicznej jest znacznie gęstsza i ma mniej przerw między cząstkami. Proces spiekania prowadzi do pewnego skurczu, a niektóre części stają się mniejsze. Jest to normalna część procesu produkcyjnego i należy ją uwzględnić w oryginalnym projekcie form.

Eksperyment 1

Termiczne usuwanie lepiszcza przy użyciu AAF-BAL

Podczas procesu termicznego usuwania lepiszcza, wydrukowana zielona część była poddawana obróbce cieplnej w powietrzu przez około 13 godzin. Utrata masy po termicznym odwijaniu była rzędu 9,5%.

Eksperyment 2

Usuwanie lepiszcza i spiekanie przy użyciu HTF

Podczas obróbki cieplnej, elementy wydrukowane w 3D zostały poddane obróbce cieplnej w tym samym piecu. Utrata masy dla próbki w kształcie litery X była rzędu 6,5%. Utrata masy dla próbki w kształcie prostokąta była rzędu 11,1%.

Eksperyment 3

Spiekanie przy użyciu TF1 16/100/450

Podczas procesu spiekania utrata masy komponentu była rzędu 0,5%

Ceramika techniczna - FAQ (często zadawane pytania)