Disebabkan kekerasannya yang tinggi, rintangan suhu tinggi, rintangan kakisan dan penebat elektrik yang sangat baik, seramik alumina digunakan secara meluas dalam-bidang pembuatan mewah seperti aeroangkasa, pembungkusan elektronik, peranti perubatan dan-bahagian tahan haus. Dalam aplikasi ini, proses pembentukan adalah langkah kritikal yang menentukan prestasi akhir, ketepatan dimensi dan kebolehpercayaan seramik. Pembentukan merujuk kepada proses penyediaan serbuk alumina menjadi badan hijau dengan bentuk dan saiz tertentu. Untuk mengelakkan ubah bentuk atau retak semasa pengeringan atau pensinteran berikutnya, badan hijau dikehendaki mempunyai ketumpatan yang tinggi dan keseragaman yang baik.
Klasifikasi Kaedah Pembentukan Seramik Alumina
Proses pembentukan seramik boleh dikelaskan mengikut ciri aliran kosong kepada pembentukan kering dan pembentukan basah, dengan pembentukan basah dibahagikan lagi kepada pembentukan plastik dan pembentukan koloid.
Pembentukan Kering
Dalam pembentukan kering, kosong mengandungi sedikit atau tiada air (kurang daripada 6%), dan kandungan pengikat atau pelincir lain secara amnya tidak melebihi 1%–2%. Proses ini melibatkan meletakkan serbuk ke dalam acuan dan menggunakan daya mekanikal luaran untuk membentuk serbuk. Badan hijau seramik disatukan oleh geseran antara zarah seramik, mengekalkan saiz dan bentuk tertentu. Badan hijau adalah sistem komposit yang terdiri daripada fasa kosong, cecair (pengikat), dan udara.
01 Penekan Kering
Penekanan kering melibatkan terlebih dahulu mencampurkan serbuk dengan air atau pengikat untuk membentuk butiran, kemudian meletakkan serbuk berbutir ke dalam acuan dan menggunakan tekanan untuk membentuk badan hijau dengan kekuatan dan bentuk tertentu. Kelebihan menekan kering termasuk proses yang mudah, pengendalian yang mudah, kesesuaian untuk-pengeluaran industri berskala besar, ketumpatan hijau yang tinggi dan pengecutan kecil produk tersinter. Walau bagaimanapun, kerana penekanan kering menggunakan penekanan satu paksi, badan hijau mempamerkan ketidakseragaman-ketumpatan yang ketara, yang menjadi lebih ketara apabila ketebalan sampel meningkat. Selain itu, aglomerat dalam serbuk tidak boleh dihapuskan semasa penyediaan serbuk, menjadikannya sukar untuk menghasilkan seramik halus.
02 Penekanan Isostatik
Penekanan isostatik melibatkan meletakkan serbuk ke dalam acuan getah boleh ubah bentuk dan kemudian menggunakan tekanan yang sama dari paksi yang berbeza melalui medium gas atau cecair untuk membentuk bahagian tersebut. Berbanding dengan penekanan kering, penekanan isostatik menggunakan penekanan berbilang paksi, yang menyelesaikan masalah ketidakseragaman ketumpatan badan hijau yang ditekan kering dan mengurangkan jarak perjalanan zarah serbuk, dengan itu meningkatkan kadar pembentukan. Walau bagaimanapun, penekanan isostatik mempunyai kelemahan seperti kos peralatan yang tinggi, penyelenggaraan yang kompleks, dan mudah terdedah kepada kecacatan (cth, ketidakteraturan permukaan, keretakan mampatan). Untuk produk bersaiz besar, tekanan isostatik terdedah kepada "kaki gajah" atau kecerunan ketumpatan dari luar ke dalam. Pada masa ini, seramik alumina yang dihasilkan oleh penekan isostatik di China digunakan terutamanya untuk radomes seramik, lengan seramik penebat terminal frekuensi tinggi, dsb.
Pembentukan Basah Tradisional
Berbanding dengan pembentukan kering, pembentukan basah boleh mengelakkan penggumpalan serbuk, mengurangkan atau menghapuskan kecacatan pada badan hijau, dan meningkatkan kebolehpercayaan produk seramik, menawarkan laluan yang boleh dipercayai untuk menghasilkan seramik halus atau filem seramik. Pembentukan basah secara amnya merangkumi langkah-langkah berikut: (1) sintesis atau pencampuran serbuk seramik; (2) penyediaan buburan seramik; (3) pemejalan buburan; (4) pengeringan untuk mengeluarkan pelarut; (5) pensinteran untuk mendapatkan seramik. Perkara utama dalam pembentukan basah ialah penyediaan buburan seramik dan pengeringan badan hijau.
01 Tuangan Slip
Tuangan gelincir melibatkan penyebaran serbuk seramik secara seragam dalam medium cecair untuk membentuk buburan seramik, kemudian menuang buburan ke dalam acuan plaster. Daya kapilari acuan plaster menyerap pelarut daripada buburan, menyebabkan seramik menjadi pepejal dan membentuk badan hijau dengan bentuk dan saiz tertentu. Tuangan gelincir memerlukan buburan mempunyai kecairan dan kestabilan yang sangat baik. Di samping itu, acuan mesti mempunyai kebolehtelapan yang baik untuk memudahkan penyingkiran medium cecair dari badan hijau. Tuangan gelincir mempunyai kelebihan seperti proses yang mudah, kos pengeluaran yang rendah, dan kawalan proses yang mudah. Walau bagaimanapun, masa pembentukan adalah panjang, ketumpatan dan kekuatan hijau adalah rendah, dan kecacatan seperti keretakan dan lubang jarum mudah berlaku. Berdasarkan tuangan gelincir, penyelidik telah membangunkan kaedah yang lebih baik seperti tuangan gelinciran emparan, tuangan gelinciran tekanan dan menekan penapis.
02 Tuang Pita
Buburan seramik yang digunakan dalam tuangan pita ialah campuran serbuk seramik, pemplastis, penyerap dan pelarut yang likat dan tidak mengalir. Selepas nyah-air, buburan diletakkan pada mesin tuangan pita, dihamparkan oleh bilah doktor pada ketebalan tertentu pada pita pembawa, dikeringkan dan dikupas untuk membentuk filem nipis. Badan hijau kemudiannya dimesin mengikut dimensi produk. Buburan untuk tuangan pita memerlukan penyebaran seragam serbuk seramik tanpa aglomerat atau pengikat tidak terlarut. Semasa penyediaan badan hijau, tuangan pita terdedah kepada isu seperti ketebalan tidak sekata, permukaan kasar, parut dan kecacatan. Tuangan pita digunakan terutamanya untuk menghasilkan plat seramik nipis, digunakan secara meluas dalam substrat litar bersepadu, bahan substrat untuk substrat, kapasitor, dan varistor voltan rendah.
Proses Pembentukan Koloid Novel
Pembentukan koloid melibatkan penyebaran serbuk seramik secara seragam dalam pelarut untuk mendapatkan buburan seramik pepejal tinggi, kelikatan rendah, yang kemudian dituangkan ke dalam acuan dan dipejalkan dengan pelbagai kaedah untuk mendapatkan jasad hijau dengan bentuk dan saiz tertentu. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, kemajuan ketara telah dicapai dalam kaedah pembentukan sedemikian, yang membawa kepada beberapa proses terbitan, seperti penuangan gel, tuangan pembekuan langsung, dan tuangan pembekuan spontan.
01 Gelcasting
Gelcasting menggabungkan pembentukan basah tradisional dengan kimia polimer. Monomer organik menjalani pempolimeran dalam keadaan tertentu untuk membentuk rangkaian polimer tiga dimensi, yang mengunci zarah seramik dan molekul pelarut dalam rangkaian, menyebabkan buburan seramik menjadi pejal dan membentuk badan hijau. Kaedah ini bukan sahaja mewarisi kelebihan pembentukan basah tradisional (pemutus gelincir, pengacuan suntikan) tetapi juga sebahagian besarnya mengatasi masalah mereka, menjadikannya proses pembentukan seramik yang bernilai praktikal.
The greatest challenge in gelcasting is preparing a high‑solids (>50 jld.%) tetapi buburan seramik berkelikatan rendah. Kecairan buburan ditentukan terutamanya oleh keterserakan dan kestabilan serbuk dalam pelarut, yang boleh dicapai dengan memilih penyerakan yang sesuai dan mengawal pH buburan. Cabaran lain ialah mengawal pemejalan buburan. Keadaan pempolimeran bagi monomer organik terpilih dan penyambung silang hendaklah mudah dikawal. Kandungan organik dalam badan hijau harus serendah mungkin, dan badan hijau yang terhasil harus mempunyai kekuatan tinggi. Penambahan organik dalam penuangan gel biasanya kurang daripada 5% berat, jadi tiada langkah kelesuan pengikat yang berasingan diperlukan. Badan hijau yang diperolehi mempunyai kekuatan tinggi dan struktur seragam. Gelcasting menawarkan kelebihan seperti pembentukan hampir-jaring-bentuk, keupayaan untuk menghasilkan produk berbentuk kompleks, dan keupayaan untuk menghasilkan produk bersaiz besar.
02 Pemutus Pembekuan Langsung
Tuangan pembekuan langsung ialah teknik pembentukan seramik baru yang dibangunkan berdasarkan penuangan gel. Ia menggunakan kaedah seperti pemangkinan enzim, kawalan pH buburan seramik, atau kawalan kepekatan elektrolit untuk melaraskan tolakan dua lapisan antara zarah seramik, menjejaskan kestabilan ampaian buburan seramik dan menyebabkan pemejalan in-situ zarah seramik membentuk badan hijau. Mekanisme penjelmaan cecair-pepejal melibatkan pelarasan daya tarikan van der Waals dan tolakan elektrostatik yang dihasilkan oleh lapisan berganda. Dengan menukar magnitud daya van der Waals dan tolakan elektrostatik, pemejalan buburan dikawal: apabila tarikan van der Waals mendominasi, buburan cenderung untuk memejal; apabila tolakan elektrostatik mendominasi, buburan cenderung untuk tersebar. Pemuatan pepejal buburan untuk tuangan pembekuan langsung hendaklah tidak kurang daripada 55 vol.% supaya pemejalan boleh dicapai dengan melaraskan pH buburan. Keadaan pemejalan mudah dikawal dan boleh dicapai. Tuangan pembekuan langsung menghasilkan badan hijau dengan ketumpatan tinggi, keseragaman yang baik, kandungan organik yang rendah, dan keupayaan untuk membentuk produk berbentuk kompleks. Walau bagaimanapun, prosesnya adalah kompleks, kekuatan hijau agak rendah, dan kaedahnya tidak mempunyai kesejagatan.
03 Pemutus Pembekuan Spontan
Tuangan pembekuan spontan ialah proses pembentukan seramik baru yang dibangunkan oleh Institut Seramik Shanghai pada tahun 2011. Ia menggunakan kopolimer berasaskan isobutilena larut air sebagai kedua-dua dispersan dan pengikat untuk menyediakan badan hijau seramik. Tuangan pembekuan spontan adalah serupa dengan penuangan gel dalam penyediaan buburan, kaedah pembentukan, dan ciri-ciri badan hijau. Perbezaannya ialah dalam tuangan pembekuan spontan, kopolimer berasaskan isobutilena larut air bertindak sebagai kedua-dua penyerakan dan pengikat, mencapai pemejalan melalui penyambungan oleh rantai molekul yang panjang. Sebaliknya, penuangan gel mencapai pemejalan melalui pempolimeran molekul monomer dan penghubung silang untuk membentuk rangkaian tiga dimensi yang memerangkap zarah seramik. Kelebihan tuangan pembekuan spontan termasuk kandungan organik yang rendah, pemejalan suhu bilik, operasi mudah dan kos pengeluaran yang rendah.