अपनी उच्च कठोरता, उच्च तापमान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध और उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन के कारण, एल्यूमिना सिरेमिक का व्यापक रूप से एयरोस्पेस, इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग, चिकित्सा उपकरणों और घिसाव प्रतिरोधी भागों जैसे उच्च अंत विनिर्माण क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। इन अनुप्रयोगों में, निर्माण प्रक्रिया एक महत्वपूर्ण कदम है जो सिरेमिक के अंतिम प्रदर्शन, आयामी सटीकता और विश्वसनीयता को निर्धारित करती है। फॉर्मिंग से तात्पर्य एल्यूमिना पाउडर को एक निश्चित आकार और आकार के साथ हरे रंग में तैयार करने की प्रक्रिया से है। बाद में सूखने या सिंटरिंग के दौरान विरूपण या टूटने से बचने के लिए, हरे शरीर में यथासंभव उच्च घनत्व और अच्छी एकरूपता होना आवश्यक है।
एलुमिना सिरेमिक बनाने की विधियों का वर्गीकरण
सिरेमिक बनाने की प्रक्रियाओं को रिक्त स्थान की प्रवाह विशेषताओं के अनुसार सूखा बनाने और गीला बनाने में वर्गीकृत किया जा सकता है, गीला बनाने को प्लास्टिक बनाने और कोलाइडल बनाने में विभाजित किया जा सकता है।
शुष्क गठन
शुष्क निर्माण में, रिक्त स्थान में बहुत कम या कोई पानी नहीं होता (6% से कम), और अन्य बाइंडरों या स्नेहक की सामग्री आम तौर पर 1%-2% से अधिक नहीं होती है। इस प्रक्रिया में पाउडर को एक सांचे में रखना और पाउडर को आकार देने के लिए बाहरी यांत्रिक बल लगाना शामिल है। सिरेमिक हरे शरीर को सिरेमिक कणों के बीच घर्षण द्वारा एक साथ रखा जाता है, जिससे एक निश्चित आकार और आकार बना रहता है। हरा शरीर एक मिश्रित प्रणाली है जिसमें रिक्त, तरल चरण (बाइंडर), और हवा शामिल है।
01 ड्राई प्रेसिंग
सूखी दबाने में पहले पाउडर को पानी या बाइंडर के साथ मिलाकर दाने बनाना, फिर दानेदार पाउडर को एक सांचे में रखना और एक निश्चित ताकत और आकार के साथ हरा शरीर बनाने के लिए दबाव डालना शामिल है। ड्राई प्रेसिंग के फायदों में सरल प्रक्रिया, आसान संचालन, बड़े पैमाने पर औद्योगिक उत्पादन के लिए उपयुक्तता, उच्च हरित घनत्व और पापयुक्त उत्पाद का छोटा संकोचन शामिल हैं। हालाँकि, क्योंकि शुष्क दबाव में एकअक्षीय दबाव का उपयोग किया जाता है, हरा शरीर महत्वपूर्ण घनत्व गैर-एकरूपता प्रदर्शित करता है, जो नमूना मोटाई बढ़ने के साथ और अधिक स्पष्ट हो जाता है। इसके अलावा, पाउडर की तैयारी के दौरान पाउडर में मौजूद एग्लोमेरेट्स को समाप्त नहीं किया जा सकता है, जिससे बढ़िया सिरेमिक का उत्पादन करना मुश्किल हो जाता है।
02 आइसोस्टैटिक प्रेसिंग
आइसोस्टैटिक दबाव में पाउडर को एक विकृत रबर मोल्ड में रखना और फिर भाग बनाने के लिए गैसीय या तरल माध्यम के माध्यम से विभिन्न अक्षों से समान दबाव लागू करना शामिल है। शुष्क दबाव की तुलना में, आइसोस्टैटिक दबाव बहु-अक्षीय दबाव का उपयोग करता है, जो शुष्क-दबाए गए हरे निकायों की घनत्व गैर-एकरूपता समस्या को हल करता है और पाउडर कणों की यात्रा दूरी को कम करता है, जिससे गठन दर में वृद्धि होती है। हालाँकि, आइसोस्टैटिक दबाव के नुकसान हैं जैसे उच्च उपकरण लागत, जटिल रखरखाव और दोषों के प्रति संवेदनशीलता (उदाहरण के लिए, सतह की अनियमितताएं, संपीड़न दरारें)। बड़े आकार के उत्पादों के लिए, आइसोस्टैटिक दबाव से "हाथी के पैर" या बाहर से अंदर की ओर घनत्व प्रवणता का खतरा होता है। वर्तमान में, चीन में आइसोस्टैटिक प्रेसिंग द्वारा उत्पादित एल्यूमिना सिरेमिक का उपयोग मुख्य रूप से सिरेमिक रेडोम्स, उच्च आवृत्ति टर्मिनल इन्सुलेटिंग सिरेमिक स्लीव्स आदि के लिए किया जाता है।
पारंपरिक गीला निर्माण
ड्राई फॉर्मिंग की तुलना में, गीला फॉर्मिंग पाउडर के जमाव से बच सकता है, हरे शरीर में दोषों को कम या समाप्त कर सकता है, और सिरेमिक उत्पादों की विश्वसनीयता में सुधार कर सकता है, जो बढ़िया सिरेमिक या सिरेमिक फिल्मों के उत्पादन के लिए एक विश्वसनीय मार्ग प्रदान करता है। गीले निर्माण में आम तौर पर निम्नलिखित चरण शामिल होते हैं: (1) सिरेमिक पाउडर का संश्लेषण या मिश्रण; (2) सिरेमिक घोल तैयार करना; (3) घोल का जमना; (4) विलायक को हटाने के लिए सुखाना; (5) सिरेमिक प्राप्त करने के लिए सिंटरिंग। गीला बनाने में मुख्य बिंदु सिरेमिक घोल तैयार करना और हरे शरीर को सुखाना है।
01 स्लिप कास्टिंग
स्लिप कास्टिंग में सिरेमिक घोल बनाने के लिए तरल माध्यम में सिरेमिक पाउडर को समान रूप से फैलाना, फिर घोल को प्लास्टर मोल्ड में डालना शामिल है। प्लास्टर मोल्ड की केशिका शक्ति घोल से विलायक को अवशोषित करती है, जिससे सिरेमिक जम जाता है और एक निश्चित आकार और आकार के साथ एक हरा शरीर बनाता है। स्लिप कास्टिंग के लिए घोल में उत्कृष्ट तरलता और स्थिरता की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, हरे शरीर से तरल माध्यम को हटाने की सुविधा के लिए मोल्ड में अच्छी पारगम्यता होनी चाहिए। स्लिप कास्टिंग में सरल प्रक्रिया, कम उत्पादन लागत और आसान प्रक्रिया नियंत्रण जैसे फायदे हैं। हालाँकि, निर्माण का समय लंबा है, हरे रंग का घनत्व और ताकत कम है, और दरारें और पिनहोल जैसे दोष होने का खतरा है। स्लिप कास्टिंग के आधार पर, शोधकर्ताओं ने सेंट्रीफ्यूगल स्लिप कास्टिंग, प्रेशर स्लिप कास्टिंग और फिल्टर प्रेसिंग जैसे बेहतर तरीके विकसित किए हैं।
02 टेप कास्टिंग
टेप कास्टिंग में उपयोग किया जाने वाला सिरेमिक घोल सिरेमिक पाउडर, प्लास्टिसाइज़र, डिस्पर्सेंट और विलायक का एक चिपचिपा, खराब बहने वाला मिश्रण है। डी-एयरिंग के बाद, घोल को एक टेप कास्टिंग मशीन पर रखा जाता है, एक डॉक्टर ब्लेड द्वारा एक वाहक टेप पर एक निश्चित मोटाई तक फैलाया जाता है, सुखाया जाता है, और एक पतली फिल्म बनाने के लिए छील दिया जाता है। फिर हरे शरीर को उत्पाद के आयामों के अनुसार मशीनीकृत किया जाता है। टेप कास्टिंग के लिए घोल को एग्लोमेरेट्स या अघुलनशील बाइंडर के बिना सिरेमिक पाउडर के समान फैलाव की आवश्यकता होती है। ग्रीन बॉडी की तैयारी के दौरान, टेप कास्टिंग में असमान मोटाई, खुरदरी सतह, निशान और दोष जैसी समस्याएं होने का खतरा होता है। टेप कास्टिंग का उपयोग मुख्य रूप से पतली सिरेमिक प्लेटों का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, जो व्यापक रूप से एकीकृत सर्किट सब्सट्रेट्स, सब्सट्रेट्स, कैपेसिटर और कम-वोल्टेज वैरिस्टर के लिए सब्सट्रेट सामग्री में उपयोग किया जाता है।
नवीन कोलाइडल निर्माण प्रक्रियाएँ
कोलाइडल निर्माण में उच्च-ठोस, कम-चिपचिपाहट वाले सिरेमिक घोल को प्राप्त करने के लिए एक विलायक में सिरेमिक पाउडर को समान रूप से फैलाना शामिल होता है, जिसे बाद में एक सांचे में डाला जाता है और एक निश्चित आकार और आकार के साथ हरा शरीर प्राप्त करने के लिए विभिन्न तरीकों से जम जाता है। हाल के वर्षों में, ऐसी निर्माण विधियों में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है, जिससे कई व्युत्पन्न प्रक्रियाएं सामने आई हैं, जैसे कि जेलकास्टिंग, प्रत्यक्ष जमावट कास्टिंग, और सहज जमावट कास्टिंग।
01 जेलकास्टिंग
जेलकास्टिंग पारंपरिक गीले फॉर्मिंग को पॉलिमर रसायन विज्ञान के साथ जोड़ती है। कार्बनिक मोनोमर्स त्रि-आयामी पॉलिमर नेटवर्क बनाने के लिए कुछ शर्तों के तहत पोलीमराइजेशन से गुजरते हैं, जो नेटवर्क में सिरेमिक कणों और विलायक अणुओं को लॉक कर देता है, जिससे सिरेमिक घोल जम जाता है और एक हरे रंग का शरीर बन जाता है। यह विधि न केवल पारंपरिक गीले फॉर्मिंग (स्लिप कास्टिंग, इंजेक्शन मोल्डिंग) के फायदे प्राप्त करती है, बल्कि काफी हद तक उनकी समस्याओं को भी दूर करती है, जिससे यह व्यावहारिक रूप से मूल्यवान सिरेमिक बनाने की प्रक्रिया बन जाती है।
The greatest challenge in gelcasting is preparing a high‑solids (>50 वॉल्यूम%) फिर भी कम-चिपचिपाहट वाला सिरेमिक घोल। घोल की तरलता मुख्य रूप से विलायक में पाउडर के फैलाव और स्थिरता से निर्धारित होती है, जिसे एक उपयुक्त फैलाव का चयन करके और घोल पीएच को नियंत्रित करके प्राप्त किया जा सकता है। एक अन्य चुनौती घोल के जमने को नियंत्रित करना है। चयनित कार्बनिक मोनोमर और क्रॉस-लिंकर की पोलीमराइज़ेशन स्थितियां आसानी से नियंत्रित होनी चाहिए। हरे शरीर में कार्बनिक सामग्री यथासंभव कम होनी चाहिए, और परिणामी हरे शरीर में उच्च शक्ति होनी चाहिए। जेलकास्टिंग में कार्बनिक जोड़ आम तौर पर 5 wt.% से कम होता है, इसलिए किसी अलग बाइंडर बर्नआउट चरण की आवश्यकता नहीं होती है। प्राप्त हरे शरीर में उच्च शक्ति और समान संरचना होती है। जेलकास्टिंग निकट-नेट-आकार बनाने, जटिल-आकार के उत्पादों का उत्पादन करने की क्षमता और बड़े-आकार के उत्पादों का उत्पादन करने की क्षमता जैसे लाभ प्रदान करता है।
02 प्रत्यक्ष जमावट कास्टिंग
प्रत्यक्ष जमावट कास्टिंग जेलकास्टिंग के आधार पर विकसित एक नवीन सिरेमिक बनाने की तकनीक है। यह सिरेमिक कणों के बीच डबल-लेयर प्रतिकर्षण को समायोजित करने, सिरेमिक घोल की निलंबन स्थिरता को अस्थिर करने और सिरेमिक कणों के इन-सीटू जमने का कारण बनने के लिए एंजाइम कटैलिसीस, सिरेमिक घोल का पीएच नियंत्रण, या इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता नियंत्रण जैसी विधियों का उपयोग करता है। तरल-ठोस परिवर्तन के तंत्र में वैन डेर वाल्स आकर्षण और दोहरी परत द्वारा उत्पन्न इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण को समायोजित करना शामिल है। वैन डेर वाल्स बल और इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण के परिमाण को बदलकर, घोल के जमने को नियंत्रित किया जाता है: जब वैन डेर वाल्स का आकर्षण हावी होता है, तो घोल जम जाता है; जब इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण हावी हो जाता है, तो घोल बिखरने लगता है। प्रत्यक्ष जमाव कास्टिंग के लिए घोल की ठोस लोडिंग 55 वोल्ट% से कम नहीं होनी चाहिए ताकि घोल पीएच को समायोजित करके ठोसकरण प्राप्त किया जा सके। जमने की स्थितियाँ आसानी से नियंत्रित और प्राप्त करने योग्य होती हैं। प्रत्यक्ष जमावट कास्टिंग उच्च घनत्व, अच्छी एकरूपता, कम कार्बनिक सामग्री और जटिल-आकार के उत्पादों को बनाने की क्षमता वाले हरे शरीर का उत्पादन करती है। हालाँकि, प्रक्रिया जटिल है, हरित शक्ति अपेक्षाकृत कम है, और विधि में सार्वभौमिकता का अभाव है।
03 सहज जमावट कास्टिंग
सहज जमावट कास्टिंग 2011 में शंघाई इंस्टीट्यूट ऑफ सेरामिक्स द्वारा विकसित एक नवीन सिरेमिक बनाने की प्रक्रिया है। यह सिरेमिक ग्रीन बॉडीज तैयार करने के लिए पानी में घुलनशील आइसोब्यूटिलीन-आधारित कॉपोलिमर को फैलाने वाले और बांधने वाले दोनों के रूप में उपयोग करता है। सहज जमावट कास्टिंग घोल तैयार करने, बनाने की विधि और हरे शरीर की विशेषताओं में जेलकास्टिंग के समान है। अंतर यह है कि सहज जमावट कास्टिंग में, पानी में घुलनशील आइसोब्यूटिलीन-आधारित कॉपोलीमर फैलाने वाले और बांधने वाले दोनों के रूप में कार्य करता है, लंबी आणविक श्रृंखलाओं द्वारा ब्रिजिंग के माध्यम से ठोसकरण प्राप्त करता है। इसके विपरीत, जेलकास्टिंग एक त्रि-आयामी नेटवर्क बनाने के लिए मोनोमर अणुओं और क्रॉस-लिंकर्स के पोलीमराइजेशन के माध्यम से ठोसकरण प्राप्त करता है जो सिरेमिक कणों को फंसाता है। सहज जमावट कास्टिंग के फायदों में कम कार्बनिक सामग्री, कमरे के तापमान का जमना, सरल संचालन और कम उत्पादन लागत शामिल हैं।