成形プロセスは、セラミック材料の準備プロセス全体において接続的な役割を果たし、セラミック材料とコンポーネントの性能の信頼性と製造の再現性を確保するための鍵となります。
社会の発展に伴い、伝統的な陶磁器の手練り法、ろくろ成形法、注入法などでは現代社会の生産や精製のニーズに応えられなくなり、成形プロセスが誕生しました。 ZrO2 ファインセラミックス材料の成形プロセスは以下の 9 種類（乾式法 2 種類、湿式法 7 種類）が広く使用されています。
ドライプレス成形ではセラミック粉末を溶かします。グリーンボディを特定の形状にプレスすることの本質は、外力の作用下で粉末粒子が型内で互いに接近し、内部摩擦によってしっかりと結合して、乾燥状態で特定の形状を維持することです。これは、粉末間の内部摩擦と、粉末と金型の壁の間の摩擦により、グリーン ボディ内で圧力損失が発生するためです。
乾式プレス成形の利点は、正確な本体サイズ、簡単な操作、便利な機械化操作です。乾式プレス成形体の水分や結合剤の含有量が少なく、乾燥および焼成時の収縮が小さいです。主に単純な形状でアスペクト比の小さい製品の成形に使用されます。金型の磨耗乾式プレス成形の欠点として、製造コストの上昇が挙げられます。
写真: 静水圧プレスによって形成されたセラミック構造部品
静水圧プレスは、ウェットバッグ静水圧プレスとドライバッグ静水圧プレスに分けられます。湿式バッグ静水圧プレスでは、比較的複雑な形状の製品を形成できますが、断続的にしか動作できません。ドライバッグ静水圧プレスは自動連続運転が可能ですが、成形できる製品の断面形状は角、丸、筒など単純な形状に限られます。静水圧プレスは、焼成収縮が小さく、全方向に均一な収縮率を有する均一で緻密な成形体を製造することができますが、装置が複雑で高価であり、特殊な要件の材料の製造にのみ適しています。 。
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グラウト成形プロセスはテープキャスティングに似ています。違いは、成形プロセスに物理的脱水プロセスと化学的凝固プロセスが含まれることです。物理的脱水は毛細管を通過します。化学凝固プロセスは、石膏型表面の CaSO4 の溶解によって生成される Ca2+ がスラリー内のイオン強度を増加させ、スラリーの凝集を引き起こすためです。
物理的脱水と化学的凝固の作用により、セラミック粉末粒子が石膏型壁に堆積します。スラリー射出成形は、複合材料の製造に適しています。成型された大型のセラミック部品ですが、形状、密度、強度などを含む本体の品質は労働集約的であり、自動化された操作には適していません。
熱間ダイカストとは、セラミック粉末とバインダー（パラフィン）を比較的高温（60～100℃）で混合し、熱間ダイカスト用のスラリーを作ります。このスラリーを圧縮空気に作用させて金型内に注入します。金型を加圧して冷却し、型を外してワックスブランクを得る。ワックスブランクは不活性粉末の保護下で脱蝋され、その後高温で焼結されて磁器になる。スパン> ホットダイカストによって形成されたグリーンボディは、正確な寸法、均一な内部構造、小さい金型摩耗、高い生産効率を備えており、さまざまな原材料に適しています。ワックススラリーと金型の温度を厳密に管理する必要があり、そうでないとアンダーフィルや変形が発生するため、大型部品の製造には適していません。同時に、2段階の焼成プロセスはより複雑であり、消費量も高くなります。エネルギー。
テープキャスティングは、セラミック粉末を大量の有機結合剤、可塑剤、分散剤などと完全に混合して、流動性のある粘稠なスラリーを作り、スラリーを加えます。キャスティングマシンのホッパー内でスクレーパーを用いて厚みを制御し、供給ノズルからフィルムをコンベアベルト上に流し出し、乾燥させてフィルムベースが得られます。
このプロセスは薄膜材料の作製に適しています。柔軟性を高めるために多量の有機物を添加するため、プロセスパラメータを厳密に制御する必要があります。そうしないと、故障が発生しやすくなります。剥がれ、縞模様、フィルム強度の低下、または剥がしにくさなどの不具合が発生する場合があります。使用される有機物は有毒であり、環境汚染を引き起こす可能性があるため、環境汚染を減らすために、できるだけ無毒または毒性の低いシステムを使用する必要があります。
ゲル射出成形技術は、1990 年代初頭にオークリッジ国立研究所の研究者によって初めて発明された新しいコロイド ラピッド プロトタイピング プロセスです。その核心となるのは、重合して強力な横方向に結合したポリマーと溶媒のゲルを形成する有機モノマー溶液の使用です。
セラミック粉末を有機モノマーの溶液に溶解して形成したスラリーを型に流し込み、モノマー混合物が重合してゲル化部分を形成します。横方向に結合したポリマーと溶媒はわずか 10% ～ 20% (質量分率) であるため、）ポリマーであるため、ゲル成分中の溶媒は乾燥工程を通じて容易に除去できます。同時に、ポリマーの横方向の結合により、ポリマーは乾燥プロセス中に溶媒と一緒に移動することができません。
この方法は、単相および複合セラミック部品の製造に使用できます。複雑な形状と準正味寸法のセラミック部品を形成できます。グリーン強度は 20 ～ 30Mpa と高く、再成型加工可能です。この方法の主な問題は、高密度化プロセス中の胚体の収縮率が比較的高く、一部の有機モノマーが酸素によって重合が阻害され、表面の剥離や脱落が発生する可能性があることです。有機モノマーの温度誘起重合プロセス、温度勾配により内部応力の存在が生じ、グリーンボディの破壊などが引き起こされます。
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直接固化射出成形成形は、チューリッヒ連邦工科大学によって開発された成形技術です。溶媒、セラミック粉末、および有機です。添加剤を完全に混合して、静電気的に安定した低粘度、高固形分スラリーを形成します。、スラリーの pH を変更する化学物質を追加するか、電解質濃度を増加させてから、スラリーを非多孔質の型に注入します。 プロセス中の化学反応の進行を制御します。射出成形前は反応が遅く、スラリーは低粘度を維持しますが、射出成形後は反応が早くなり、スラリーが固化し、流動性のあるスラリーが固体となります。得られた素地は良好な機械的特性を有し、強度は 5kPa に達します。素地を型から取り出し、乾燥、焼結した後、必要な形状のセラミック部品が形成されます。
その利点は、有機添加物がまったく必要ないか、少量 (1% 未満) しか必要としないこと、本体を脱脂する必要がないこと、本体の密度が均一であること、および相対密度が高い(55%~70%)ため、大型で複雑な形状のセラミック部品の成形が可能です。欠点は、添加剤が高価であることと、一般に反応中にガスが発生することです。
射出成形は、古くからプラスチック製品の成形や金型の成形に用いられてきました。熱可塑性有機物の低温硬化、または熱硬化性有機物の高温硬化を利用したプロセスです。粉末と有機キャリアを専用の混合装置で混合し、高圧（数十～数百MPa）で金型に注入します。 。高い成形圧力により、得られるグリーンボディは正確な寸法、高い平滑性、緻密な構造を持ち、専用の成形装置を使用することで生産効率が大幅に向上します。 1970 年代後半から 1980 年代前半にかけて、射出成形プロセスがセラミック部品の成形に適用され始めました。このプロセスは、多量の有機物を添加することにより、非磁性材料のプラスチック成形を実現します。セラミック成形の一般的なタイプです。射出成形技術では、熱可塑性有機物（ポリエチレン、ポリスチレンなど）、熱硬化性有機物（エポキシ樹脂、フェノール樹脂など）、または水溶性高分子を主バインダーとして使用するほか、一定の加工量を必要とします。セラミック射出懸濁液の流動性を向上させ、射出成形体の品質を確保するために、可塑剤、潤滑剤、カップリング剤などの助剤が使用されます。 射出成形プロセスには、高度な自動化と成形体の正確なサイズという利点があります。しかし、射出成形されたセラミック部品のグリーンボディには最大 50vol% の有機物が含まれており、その後の焼結プロセスでこれらの有機物を除去するには数日から数十日と長い時間がかかります。品質不良の原因となります。
基本的なアイデアは、独自の射出装置とコロイドその場固化成形プロセスによって提供される新しい固化技術を使用して、コロイド成形と射出成形を組み合わせることです。この新しいプロセスでは、有機物を 4wt.% 以下で使用し、水ベースの懸濁液中に少量の有機モノマーまたは有機化合物を使用し、金型に注入した後、有機モノマーの重合を迅速に誘導して有機ネットワーク骨を生成します。 。フレーム内にセラミックパウダーを均一に包み込むことで、脱脂時間を大幅に短縮するだけでなく、脱脂クラックの可能性も大幅に低減します。 セラミックスの射出成形とコロイド成形には大きな違いがあります。主な違いは、前者はプラスチック成形のカテゴリーに属し、後者はスラリー成形に属することです。スラリーには可塑性がなく、不毛な物質です。コロイド成形では、スラリーには可塑性がないため、従来のセラミック射出成形のアイデアを使用できません。コロイド成形と射出成形を組み合わせると、独自の射出装置とコロイドその場成形プロセスによる新しい固化技術を使用して、セラミック材料のコロイド射出成形を実現できます。 新しいセラミックコロイド射出成形プロセスは、一般的なコロイド成形や従来の射出成形とは異なります。コロイドのその場凝固とグリーンボディの良好な均一性という利点があります。有機含有量が低いという特徴と射出成形の高度な自動化の利点を活かしたコロイド成形職人技の質的昇華がハイテクセラミックスの工業化の希望となる。
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