ज़िरकोनिया सिरेमिक की नौ सटीक मोल्डिंग प्रक्रियाएँ

ज़िरकोनिया सिरेमिक की नौ सटीक मोल्डिंग प्रक्रियाएँ
मोल्डिंग प्रक्रिया सिरेमिक सामग्रियों की संपूर्ण तैयारी प्रक्रिया में एक कड़ी की भूमिका निभाती है, और सिरेमिक सामग्रियों और घटकों की प्रदर्शन विश्वसनीयता और उत्पादन दोहराव सुनिश्चित करने की कुंजी है।
समाज के विकास के साथ, पारंपरिक मिट्टी के बर्तनों की पारंपरिक हाथ से गूंधने की विधि, चाक पर आकार देने की विधि, ग्राउटिंग विधि आदि आधुनिक समाज की उत्पादन और परिष्करण की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर पाती हैं, इसलिए एक नई मोल्डिंग प्रक्रिया का जन्म हुआ। ZrO2 महीन सिरेमिक सामग्री का व्यापक रूप से निम्नलिखित 9 प्रकार की मोल्डिंग प्रक्रियाओं (2 प्रकार की शुष्क विधियाँ और 7 प्रकार की गीली विधियाँ) में उपयोग किया जाता है:

1. शुष्क मोल्डिंग

1.1 ड्राई प्रेसिंग

शुष्क दबाव विधि में सिरेमिक पाउडर को दबाव के माध्यम से सांचे के एक निश्चित आकार में ढाला जाता है। इसका मूल सिद्धांत यह है कि बाहरी बल के प्रभाव से, सांचे में पाउडर के कण एक-दूसरे के करीब आते हैं और आंतरिक घर्षण द्वारा मजबूती से जुड़कर एक निश्चित आकार बनाए रखते हैं। शुष्क दबाव विधि से तैयार कच्चे सांचे में मुख्य दोष स्पैलेशन (छिलना) है, जो पाउडर के बीच आंतरिक घर्षण और सांचे की दीवार के बीच घर्षण के कारण होता है, जिसके परिणामस्वरूप सांचे के अंदर दबाव कम हो जाता है।

ड्राई प्रेसिंग के फायदे यह हैं कि कच्चे माल का आकार सटीक होता है, प्रक्रिया सरल होती है और मशीनीकृत संचालन सुविधाजनक होता है; कच्चे माल में नमी और बाइंडर की मात्रा कम होती है, और सुखाने और पकाने के दौरान संकुचन कम होता है। इसका उपयोग मुख्य रूप से सरल आकार और छोटे आकार के उत्पादों को बनाने में किया जाता है। मोल्ड के घिसने के कारण उत्पादन लागत में वृद्धि ड्राई प्रेसिंग की एक कमी है।

1.2 आइसोस्टैटिक प्रेसिंग

आइसोस्टैटिक प्रेसिंग एक विशेष निर्माण विधि है जिसे पारंपरिक ड्राई प्रेसिंग के आधार पर विकसित किया गया है। इसमें द्रव संचरण दबाव का उपयोग करके लचीले सांचे के अंदर पाउडर पर सभी दिशाओं से समान रूप से दबाव डाला जाता है। द्रव के आंतरिक दबाव की स्थिरता के कारण, पाउडर सभी दिशाओं में समान दबाव सहन करता है, जिससे कच्चे पदार्थ के घनत्व में अंतर से बचा जा सकता है।

आइसोस्टैटिक प्रेसिंग को वेट बैग आइसोस्टैटिक प्रेसिंग और ड्राई बैग आइसोस्टैटिक प्रेसिंग में विभाजित किया गया है। वेट बैग आइसोस्टैटिक प्रेसिंग से जटिल आकार के उत्पाद बनाए जा सकते हैं, लेकिन यह केवल रुक-रुक कर ही काम कर सकती है। ड्राई बैग आइसोस्टैटिक प्रेसिंग स्वचालित रूप से निरंतर संचालन कर सकती है, लेकिन इससे केवल वर्गाकार, गोल और नलिकाकार जैसे सरल आकार के उत्पाद ही बनाए जा सकते हैं। आइसोस्टैटिक प्रेसिंग से एकसमान और सघन कच्चा पदार्थ प्राप्त होता है, जिसमें फायरिंग के दौरान संकुचन कम होता है और सभी दिशाओं में एकसमान संकुचन होता है, लेकिन उपकरण जटिल और महंगा होता है, उत्पादन क्षमता अधिक नहीं होती है, और यह केवल विशेष आवश्यकताओं वाली सामग्रियों के उत्पादन के लिए ही उपयुक्त है।

2. गीली निर्माण विधि

2.1 ग्राउटिंग
ग्राउटिंग मोल्डिंग प्रक्रिया टेप कास्टिंग के समान है, अंतर यह है कि इसमें भौतिक निर्जलीकरण प्रक्रिया और रासायनिक जमाव प्रक्रिया शामिल होती है। भौतिक निर्जलीकरण छिद्रयुक्त जिप्सम मोल्ड की केशिका क्रिया द्वारा घोल से पानी को निकाल देता है। सतह पर मौजूद CaSO4 के घुलने से उत्पन्न Ca2+ घोल की आयनिक सामर्थ्य को बढ़ा देता है, जिसके परिणामस्वरूप घोल का जमाव हो जाता है।
भौतिक निर्जलीकरण और रासायनिक जमाव की क्रिया के तहत, सिरेमिक पाउडर के कण जिप्सम मोल्ड की दीवार पर जमा हो जाते हैं। ग्राउटिंग जटिल आकृतियों वाले बड़े पैमाने पर सिरेमिक भागों के निर्माण के लिए उपयुक्त है, लेकिन कच्चे माल की गुणवत्ता, जिसमें आकार, घनत्व, मजबूती आदि शामिल हैं, खराब होती है, श्रमिकों की श्रमशक्ति अधिक होती है, और यह स्वचालित संचालन के लिए उपयुक्त नहीं है।

2.2 हॉट डाई कास्टिंग
हॉट डाई कास्टिंग में सिरेमिक पाउडर को बाइंडर (पैराफिन) के साथ अपेक्षाकृत उच्च तापमान (60-100 डिग्री सेल्सियस) पर मिलाकर स्लरी तैयार की जाती है। इस स्लरी को संपीड़ित वायु के दबाव में धातु के सांचे में डाला जाता है और दबाव बनाए रखा जाता है। ठंडा होने पर, सांचे से निकालकर एक मोम का सांचा प्राप्त किया जाता है। इस मोम के सांचे को एक अक्रिय पाउडर की सुरक्षा में मोम रहित किया जाता है, जिससे एक कच्चा पिंड प्राप्त होता है। इस कच्चे पिंड को उच्च तापमान पर सिंटर करके पोर्सिलेन बनाया जाता है।

गर्म डाई कास्टिंग द्वारा निर्मित ग्रीन बॉडी में सटीक आयाम, एकसमान आंतरिक संरचना, कम मोल्ड घिसाव और उच्च उत्पादन क्षमता होती है, और यह विभिन्न प्रकार के कच्चे माल के लिए उपयुक्त है। मोम के घोल और मोल्ड के तापमान को सख्ती से नियंत्रित करना आवश्यक है, अन्यथा इससे कम इंजेक्शन या विरूपण हो सकता है, इसलिए यह बड़े भागों के निर्माण के लिए उपयुक्त नहीं है, और दो-चरण फायरिंग प्रक्रिया जटिल है और ऊर्जा की खपत अधिक होती है।

2.3 टेप कास्टिंग
टेप कास्टिंग में सिरेमिक पाउडर को बड़ी मात्रा में कार्बनिक बाइंडर, प्लास्टिसाइज़र, डिस्पर्सेंट आदि के साथ अच्छी तरह से मिलाया जाता है ताकि एक बहने योग्य गाढ़ा घोल प्राप्त हो सके। इस घोल को कास्टिंग मशीन के हॉपर में डाला जाता है और खुरचनी की सहायता से इसकी मोटाई को नियंत्रित किया जाता है। यह फीडिंग नोजल के माध्यम से कन्वेयर बेल्ट पर बहता है और सूखने के बाद फिल्म ब्लैंक प्राप्त होता है।

यह प्रक्रिया फिल्म सामग्री तैयार करने के लिए उपयुक्त है। बेहतर लचीलापन प्राप्त करने के लिए, इसमें बड़ी मात्रा में कार्बनिक पदार्थ मिलाया जाता है, और प्रक्रिया के मापदंडों को सख्ती से नियंत्रित करना आवश्यक है, अन्यथा छिलने, धारियाँ पड़ने, फिल्म की कमज़ोरी या मुश्किल से छिलने जैसी कमियाँ आसानी से उत्पन्न हो सकती हैं। प्रयुक्त कार्बनिक पदार्थ विषैला होता है और पर्यावरण प्रदूषण का कारण बनता है, इसलिए पर्यावरण प्रदूषण को कम करने के लिए यथासंभव गैर-विषैले या कम विषैले पदार्थों का उपयोग किया जाना चाहिए।

2.4 जेल इंजेक्शन मोल्डिंग
जेल इंजेक्शन मोल्डिंग तकनीक एक नई कोलाइडल रैपिड प्रोटोटाइपिंग प्रक्रिया है, जिसका आविष्कार सर्वप्रथम 1990 के दशक की शुरुआत में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं द्वारा किया गया था। इसके मूल में कार्बनिक मोनोमर विलयनों का उपयोग है जो उच्च-शक्ति वाले, पार्श्व रूप से जुड़े बहुलक-विलायक जैल में बहुलकित होते हैं।

कार्बनिक मोनोमर के विलयन में घुले सिरेमिक पाउडर के घोल को सांचे में डाला जाता है, और मोनोमर मिश्रण बहुलकीकरण द्वारा एक जैलनुमा भाग बनाता है। चूंकि पार्श्व रूप से जुड़े बहुलक-विलायक में केवल 10%–20% (द्रव्यमान अंश) बहुलक होता है, इसलिए सुखाने की प्रक्रिया द्वारा जैल भाग से विलायक को आसानी से हटाया जा सकता है। साथ ही, बहुलकों के पार्श्व जुड़ाव के कारण, सुखाने की प्रक्रिया के दौरान बहुलक विलायक के साथ स्थानांतरित नहीं हो सकते।

इस विधि का उपयोग एकल-चरण और मिश्रित सिरेमिक भागों के निर्माण के लिए किया जा सकता है, जिससे जटिल आकार के, लगभग शुद्ध आकार के सिरेमिक भाग बनाए जा सकते हैं, और इसकी कच्ची मजबूती 20-30 एमपीए या उससे अधिक होती है, जिसे पुन: संसाधित किया जा सकता है। इस विधि की मुख्य समस्या यह है कि सघनता प्रक्रिया के दौरान भ्रूण निकाय की संकुचन दर अपेक्षाकृत अधिक होती है, जिससे भ्रूण निकाय में विकृति आसानी से आ जाती है; कुछ कार्बनिक मोनोमर ऑक्सीजन अवरोधन करते हैं, जिससे सतह छिलने और गिरने लगती है; तापमान-प्रेरित कार्बनिक मोनोमर बहुलकीकरण प्रक्रिया के कारण, तापमान के कारण आंतरिक तनाव उत्पन्न होता है, जिससे ब्लैंक टूट जाते हैं, इत्यादि।

2.5 प्रत्यक्ष ठोसकरण इंजेक्शन मोल्डिंग
डायरेक्ट सॉलिडिफिकेशन इंजेक्शन मोल्डिंग एक मोल्डिंग तकनीक है जिसे ईटीएच ज्यूरिख द्वारा विकसित किया गया है: विलायक पानी, सिरेमिक पाउडर और कार्बनिक योजकों को पूरी तरह से मिलाकर इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से स्थिर, कम चिपचिपाहट वाला, उच्च ठोस सामग्री वाला घोल बनाया जाता है, जिसे घोल के पीएच या इलेक्ट्रोलाइट सांद्रता बढ़ाने वाले रसायनों को मिलाकर बदला जा सकता है, फिर इस घोल को एक गैर-छिद्रपूर्ण मोल्ड में इंजेक्ट किया जाता है।

प्रक्रिया के दौरान रासायनिक अभिक्रियाओं की प्रगति को नियंत्रित किया जाता है। इंजेक्शन मोल्डिंग से पहले अभिक्रिया धीमी गति से की जाती है, जिससे घोल की चिपचिपाहट कम रहती है। इंजेक्शन मोल्डिंग के बाद अभिक्रिया तेज हो जाती है, घोल जम जाता है और तरल घोल ठोस रूप में परिवर्तित हो जाता है। प्राप्त कच्चे पदार्थ में अच्छे यांत्रिक गुण होते हैं और इसकी मजबूती 5 किलोपैमा तक पहुंच सकती है। कच्चे पदार्थ को मोल्ड से निकालकर सुखाया जाता है और सिंटरिंग द्वारा वांछित आकार का सिरेमिक भाग बनाया जाता है।

इसके फायदे यह हैं कि इसमें कार्बनिक योजकों की आवश्यकता नहीं होती या बहुत कम मात्रा (1% से कम) की आवश्यकता होती है, कच्चे माल को चिकनाई रहित करने की आवश्यकता नहीं होती, कच्चे माल का घनत्व एकसमान होता है, सापेक्ष घनत्व उच्च (55%~70%) होता है, और इससे बड़े आकार और जटिल आकृति वाले सिरेमिक पुर्जे बनाए जा सकते हैं। इसकी कमियां यह हैं कि योजक महंगे होते हैं, और अभिक्रिया के दौरान आमतौर पर गैस निकलती है।

2.6 इंजेक्शन मोल्डिंग
इंजेक्शन मोल्डिंग का उपयोग प्लास्टिक उत्पादों और धातु के सांचों की ढलाई में लंबे समय से किया जाता रहा है। इस प्रक्रिया में थर्मोप्लास्टिक कार्बनिक पदार्थों की कम तापमान पर या थर्मोसेटिंग कार्बनिक पदार्थों की उच्च तापमान पर क्यूरिंग की जाती है। पाउडर और कार्बनिक वाहक को एक विशेष मिश्रण उपकरण में मिलाया जाता है, और फिर उच्च दबाव (दसियों से सैकड़ों एमपीए) पर सांचे में इंजेक्ट किया जाता है। उच्च मोल्डिंग दबाव के कारण, प्राप्त सांचे सटीक आकार, उच्च चिकनाई और सघन संरचना वाले होते हैं; विशेष मोल्डिंग उपकरणों के उपयोग से उत्पादन क्षमता में काफी सुधार होता है।

1970 के दशक के उत्तरार्ध और 1980 के दशक के आरंभ में, सिरेमिक भागों के निर्माण के लिए इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया का प्रयोग किया जाने लगा। इस प्रक्रिया में बड़ी मात्रा में कार्बनिक पदार्थ मिलाकर बंजर सामग्रियों का प्लास्टिक मोल्डिंग किया जाता है, जो कि एक सामान्य सिरेमिक प्लास्टिक मोल्डिंग प्रक्रिया है। इंजेक्शन मोल्डिंग तकनीक में, मुख्य बाइंडर के रूप में थर्मोप्लास्टिक कार्बनिक पदार्थों (जैसे पॉलीइथिलीन, पॉलीस्टाइरीन), थर्मोसेटिंग कार्बनिक पदार्थों (जैसे एपॉक्सी रेज़िन, फेनोलिक रेज़िन) या जल-घुलनशील पॉलिमर का उपयोग करने के अलावा, सिरेमिक इंजेक्शन सस्पेंशन की तरलता में सुधार करने और इंजेक्शन मोल्डिंग द्वारा निर्मित वस्तु की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए प्लास्टिसाइज़र, स्नेहक और कपलिंग एजेंट जैसे प्रक्रिया सहायक पदार्थों की निश्चित मात्रा मिलाना आवश्यक होता है।

इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया में उच्च स्तर की स्वचालन क्षमता और मोल्डिंग ब्लैंक के सटीक आकार जैसे लाभ हैं। हालांकि, इंजेक्शन मोल्डिंग द्वारा निर्मित सिरेमिक भागों के कच्चे माल में कार्बनिक पदार्थों की मात्रा 50 वॉल्यूम प्रतिशत तक होती है। बाद की सिंटरिंग प्रक्रिया में इन कार्बनिक पदार्थों को पूरी तरह से हटाने में काफी समय लगता है, यहां तक ​​कि कई दिनों से लेकर दर्जनों दिन तक का समय भी लग सकता है, और इससे गुणवत्ता संबंधी दोष उत्पन्न होने की संभावना रहती है।

2.7 कोलाइडल इंजेक्शन मोल्डिंग
पारंपरिक इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया में बड़ी मात्रा में कार्बनिक पदार्थ मिलाने और उससे उत्पन्न कठिनाइयों को दूर करने की समस्याओं को हल करने के लिए, सिंघुआ विश्वविद्यालय ने सिरेमिक के कोलाइडल इंजेक्शन मोल्डिंग की एक नई प्रक्रिया का रचनात्मक रूप से प्रस्ताव दिया और स्वतंत्र रूप से एक कोलाइडल इंजेक्शन मोल्डिंग प्रोटोटाइप विकसित किया, जिससे बंजर सिरेमिक घोल को इंजेक्ट करके आकार दिया जा सके।

मूल विचार कोलाइडल मोल्डिंग को इंजेक्शन मोल्डिंग के साथ संयोजित करना है, जिसमें विशेष इंजेक्शन उपकरण और कोलाइडल इन-सीटू सॉलिडिफिकेशन मोल्डिंग प्रक्रिया द्वारा प्रदान की गई नई क्यूरिंग तकनीक का उपयोग किया जाता है। इस नई प्रक्रिया में 4 wt.% से कम कार्बनिक पदार्थ का उपयोग होता है। पानी आधारित सस्पेंशन में थोड़ी मात्रा में कार्बनिक मोनोमर या कार्बनिक यौगिकों का उपयोग मोल्ड में इंजेक्शन के बाद कार्बनिक मोनोमर के तेजी से पॉलीमराइजेशन को प्रेरित करने के लिए किया जाता है, जिससे एक कार्बनिक नेटवर्क कंकाल बनता है, जो सिरेमिक पाउडर को समान रूप से लपेटता है। इससे न केवल डीगमिंग का समय काफी कम हो जाता है, बल्कि डीगमिंग के दौरान दरार पड़ने की संभावना भी काफी कम हो जाती है।

सिरेमिक की इंजेक्शन मोल्डिंग और कोलाइडल मोल्डिंग में बहुत बड़ा अंतर है। मुख्य अंतर यह है कि इंजेक्शन मोल्डिंग प्लास्टिक मोल्डिंग की श्रेणी में आती है, जबकि कोलाइडल मोल्डिंग स्लरी मोल्डिंग है, यानी स्लरी में प्लास्टिसिटी नहीं होती और यह एक बंजर पदार्थ होता है। कोलाइडल मोल्डिंग में स्लरी की प्लास्टिसिटी न होने के कारण, सिरेमिक की इंजेक्शन मोल्डिंग की पारंपरिक अवधारणा को नहीं अपनाया जा सकता। यदि कोलाइडल मोल्डिंग को इंजेक्शन मोल्डिंग के साथ मिलाया जाए, तो कोलाइडल इन-सीटू मोल्डिंग प्रक्रिया द्वारा प्रदान किए गए विशेष इंजेक्शन उपकरण और नई क्यूरिंग तकनीक का उपयोग करके सिरेमिक पदार्थों की कोलाइडल इंजेक्शन मोल्डिंग संभव हो पाती है।

सिरेमिक की कोलाइडल इंजेक्शन मोल्डिंग की नई प्रक्रिया सामान्य कोलाइडल मोल्डिंग और पारंपरिक इंजेक्शन मोल्डिंग से भिन्न है। मोल्डिंग में उच्च स्तर की स्वचालन क्षमता का लाभ कोलाइडल मोल्डिंग प्रक्रिया की गुणवत्ता में सुधार लाता है, जो उच्च तकनीक वाले सिरेमिक के औद्योगीकरण की उम्मीद जगाता है।