A műszaki kerámiák közé sokféle olyan anyag tartozik, melyeket kiváló mechanikai, elektromos vagy termikus tulajdonságaik érdekében fejlesztettek ki. Gyakran nagyon ellenállóak a megolvadásal, hajlítássl, nyújtással, korrózióval vagy kopással szemben. Műszaki kerámiák használata egyre elterjedtebbé válik a repülőgép- és járműgyártásban, a hadi- és energiaiparban.

Carbolite kemencéket a műszaki kerámiák kutatásában és gyártásában kiégetés és szinterelés művelete során alkalmaznak. A kötőanyagnak a nyers formából (green part) történő eltávolításához alacsonyabb hőmérsékletű, ám kiváló hőmérséklethomogenitású kemence szükséges. Az eredményül kapott formát (brown part) azután még magas hőmérsékletű kemencében 1800°C-on szinterelni kell.

Kemencék debinding-hoz

A csiszolási és a hamvasztási folyamatok egyaránt bizonyos anyagok eltávolítását foglalják magukban a további elemzés előtt. Ezért a Carbolite hamvasztó kemencék hatékonyan képesek a termikus csiszolásmentesítésre a kötőanyagnak a kemencekamrából történő eltávolításával.
Célpontok:

• A kötőanyagot egyenletesen, az alkatrész károsodása nélkül kell eltávolítani.
• A hőmérséklet egyenletessége és a fűtési sebesség határozza meg, hogy a kötőanyagot egyenletesen távolítják-e el a mintából.
• A légcsere határozza meg, hogy a kötőanyagot hatékonyan távolítják-e el a kamrából.
  
  
• A kötőanyag hatékony eltávolítása javítja az anyagtulajdonságokat és a kerámia végső sűrűségét.
• Az előszinterezés növeli a barna test szilárdságát és megkönnyíti a kezelését

Kemencék szinterezéshez

A szinterezés sűrűsödést és tartós kerámiaszerkezet kialakulását eredményezi. A Carbolite Gero ehhez az eljáráshoz ideális kemencéket kínál.

Célpontok:

• Az alkatrészek tömörítése
• Egyenletes zsugorodás
• A hőmérséklet egyenletessége kulcsfontosságú
• A fűtési és hűtési sebesség szabályozása fontos a repedések elkerülése érdekében

Kemencék debindinghez és szinterezéshez

A debinding és szinterelési folyamatokat kombináló megoldás. Ezek a Carbolite kemencék rendkívül funkcionálisak a kerámia alkatrészek kötőanyag-eltávolítására és sűrítésére.

Célpontok:

• Hatékony debinding
• Az alkatrészek sűrítése
• Egyenletes zsugorodás

Háttérinformáció

A műszaki kerámiák, más néven műszaki kerámiák vagy fejlett kerámiák, úgy vannak kialakítva, hogy kivételes mechanikai, termikus, elektromos és kémiai tulajdonságokkal rendelkezzenek. A hagyományos kerámiákkal ellentétben, amelyeket elsősorban dekorációs célokra használnak, a műszaki kerámiák egyedi tulajdonságai nélkülözhetetlenné teszik őket olyan nagy teljesítményű alkalmazásokban, ahol más anyagok, például fémek vagy polimerek nem tudnak megfelelni.

A műszaki kerámiák felhasználási területei számos iparágat érintenek, beleértve a repülőgépipart, az autóipart, az elektronikát, az orvostudományt, az energetikát és a védelmi ágazatot. Az alkatrészek széles skáláján alkalmazzák őket, például vágószerszámokban, golyóscsapágyakban, szigetelőkben, érzékelőkben, katalizátortartókban, sőt, orvosi célú biokerámia implantátumokban is.

Oxidkerámiák

Az oxidkerámiák olyan szervetlen vegyületek, amelyek oxigénből és egy vagy több fémes elemből állnak. Az oxigén túlsúlya az összetételben hozzájárul egyedi tulajdonságaikhoz. Az oxidkerámiák kiváló hőstabilitással, nagyfokú elektromos szigeteléssel rendelkeznek és kémiailag inertek. Ezenkívül az oxidkerámiák gyakran jó mechanikai szilárdsággal és keménységgel rendelkeznek, ami alkalmassá teszi őket különböző szerkezeti és funkcionális alkalmazásokra.

Nem oxidkerámia

 Az oxidmentes kerámiák olyan szervetlen vegyületek, amelyek fém és nem fémes elemek kombinációjából állnak, oxigén jelenléte nélkül. Ezek a vegyületek nagy hő- és elektromos vezetőképességgel, nagy oxidációs ellenállással rendelkeznek és kémiailag inertek. A nagy szilárdság és keménység mellett az oxidmentes kerámiák ellenállnak a kopásnak és a korróziónak.

Kompozitok

A kompozitokat két vagy több anyag kombinálásával hozzák létre, hogy egyesüljenek és növeljék a teljesítményt. A kerámia alapú kompozitok összetett gyártási folyamaton mennek keresztül, amely kiváló tulajdonságokat eredményezhet a szilárdság és a szívósság tekintetében.

Kerámia szinterezése

A szinterezés a kerámiák gyártásának egyik legfontosabb termikus folyamata. Ennek során egy tömörített vagy formázott kerámiaanyagot magas, olvadáspontja alatti hőmérsékletre melegítenek. A szinterezés során a kerámiarészecskék összekapcsolódnak, ami sűrűsödéshez és szilárd, összefüggő és tartós kerámiaszerkezet kialakulásához vezet. A szinterelési folyamat három fő szakaszból áll: a részecskék átrendeződése, a részecskék elzáródása és a pórusok kiküszöbölése. Kezdetben, alacsonyabb hőmérsékleten a kerámiarészecskék a részecskék közötti diffúzió miatt átrendeződnek és közelebb kerülnek egymáshoz. A diffúziós folyamatot a részecskék felületi energiájának csökkenése hajtja. A hőmérséklet növekedésével a részecskék nyakakat kezdenek képezni. Ez elkezd hidat képezni közöttük, és megkönnyíti az anyagátadást és a szerkezet további megszilárdulását. Ez a szakasz döntő fontosságú a kerámiaanyag megnövekedett szilárdságának és sűrűségének eléréséhez. A végső szakaszban a megmaradt pórusok eltűnnek, ahogy a kerámiaszerkezet tovább sűrűsödik, így egy majdnem teljesen sűrű kerámiatestet kapunk.

A szinterelési hőmérsékletet és időtartamot gondosan szabályozzuk a kerámia végtermék kívánt tulajdonságainak elérése érdekében. A magas hőmérséklet és a hosszabb szinterelési idő általában jobb sűrűsödéshez és jobb mechanikai tulajdonságokhoz vezet, de a túlzott szinterezés szemcsenövekedést okozhat, ami hátrányosan befolyásolhat bizonyos tulajdonságokat.

A szinterelési folyamatot számos tényező befolyásolja, beleértve a kerámia kémiai összetételét, a részecskék méretét és eloszlását, a szinterelési atmoszférát (oxidáló, redukáló vagy inert), valamint a szinterelési segédanyagok vagy adalékanyagok jelenlétét. A szinterelési segédanyagok elősegíthetik a sűrítést és segíthetnek a szinterelési hőmérséklet csökkentésében, ezáltal hatékonyabbá téve a folyamatot.

A szinterezés alapvető lépés a kerámiatermékek széles skálájának gyártásában, beleértve a téglákat, csempéket, fejlett műszaki kerámiákat és sok mást. A folyamat a kezdetben porózus és törékeny zöld kerámiaanyagot sűrű, tartós és funkcionális kerámiaalkatrésszé alakítja át. Ez az alkatrész ezután készen áll arra, hogy megfeleljen a tervezett alkalmazás követelményeinek az olyan iparágakban, mint az elektronika, az autóipar, a repülőgépipar és az építőipar.

Mikroszerkezeti változások a szinterezés során

A szinterezés során

A szinterezés során a kerámia alkatrész részecskéi átdiffundálnak a szerkezeten és összeolvadnak, növelve az alkatrész teljes sűrűségét.

Mikroszerkezet szinterezés után

.A kemencében történő szinterezés során a kerámia alkatrész mikroszerkezete jelentősen sűrűbbé válik, és kevesebb rés keletkezik a részecskék között. A szinterelési folyamat némi zsugorodáshoz vezet, egyes alkatrészek kisebbek lesznek. Ez a gyártási folyamat normális része, és ezt figyelembe kell venni az öntőformák eredeti tervezésénél.

Experiment 1

Termikus Debinding az AAF-BAL használatával

A termikus kötésmentesítés során a nyomtatott zöld alkatrészt levegőn hőkezelték körülbelül 13 órán keresztül. A hőkezelés utáni tömegveszteség 9,5%-os nagyságrendű volt.

Experiment 2

Kötésmentesítés és szinterezés HTF használatával

A hőkezelés során a 3d nyomtatott alkatrészeket ugyanabban a kemencében hőkezelték. Az X alakú minta súlyvesztesége 6,5%-os nagyságrendű volt. A téglalap alakú minta súlyvesztesége 11,1%-os nagyságrendű volt.

Experiment 3

Szinterezés TF1 16/100/450 használatával

A szinterelési folyamat során az alkatrész súlyvesztesége 0,5%-os nagyságrendű volt.

Műszaki kerámia - Gyakori kérdések