Приготовление шихты необходимого состава.
Для составления шихты используют высокоточную дозировку и смешение.
Формовочные массы содержат временные связующие, которые удаляются после формования заготовки. В качестве временных связующих применяются растворы и эмульсии органических соединений, таких как поливиниловый спирт, крахмал, парафины, соли жирных кислот, а также латексы, полимерные смолы и другие вещества.
Помимо связывания порошков на стадии формования заготовки эти добавки выполняют и другие функции: пластифицирующие, пеногасящие, эмульгирующие и др. Поэтому в состав связующих могут входить несколько веществ.
К связующим предъявляют ряд специальных требований, вытекающих из их функций и технологии формования заготовки. После формования большая часть связующего отделяется от отформованной заготовки. Оставшаяся часть деструктирует на первой стадии спекания при температуре 200—500 °С. Выбор связующих производится с учетом свойств порошков и особенностей технологии формования.
Формование заготовки получаемого изделия.
В производстве керамик используют следующие технологии формования заготовок: полусухое прессование, пластическое формование и шликерное литье. Технология формования определяет содержание связующего в формовочной смеси. При полусухом прессовании смесь содержит до 10 % по массе связующего, при пластическом формовании — 7—15 % по массе и при шликерном литье содержание связующего достигает 35 %.
С уменьшением количества связующего требуется более высокое давление формования. Так, если при шликерном литье возможно отформовать заготовку при давлении 0,98 МПа, то при пластическом формовании необходимо создавать давление от 0,98 до 200 МПа, а при полусухом прессовании удельное давление достигает 1000 МПа.
Процесс полусухого прессования осуществляется на гидравлических и механических прессах в разъемных пресс-формах из инструментальной стали. Очень крупные изделия диаметром до трех метров можно прессовать с помощью эластичной резиновой диафрагмы в среде жидкости, которая равномерно передает давление по всей поверхности изделия. Такая технология называется изостатическим, или гидростатическим, прессованием.
Проводятся работы по использованию для прессования ударной взрывной волны, которая позволяет создать сверхвысокое давление 40—70 ГПа. Распространение взрывной волны со скоростью 6,2 км/с позволяет получать практически монолитную заготовку: содержание пор в заготовках, отформованных таким способом, составляет 2—5 %, в то время как заготовки, полученные гидростатическим прессованием под давлением 470 МПа, имеют до 20 % пор.
Пластическое формование заготовок производится способом экструзии через фильеру заданной геометрии. По этой технологии получают длинномерные заготовки с постоянным поперечным сечением. Процесс пластического формования состоит из трех стадий: подготовки формовочной массы, экструзии и сушки, во время которой удаляется связующее.
Шликерное литье осуществляется при низком давлении в форму из пористого материала. Через поры отводится большая часть связующего, содержание которого в шихте достигает 80 % от объема формовочной массы. Для изготовления пористых форм используют гипс, после отверждения которого в стенках формы образуются капилляры. После выхода основной массы связующего через капилляры формы в заготовке остается незначительное количество жидкости — не более 5—10 % по объему.
Стоимость таких форм низкая, но они недолговечны и для серийного производства заготовок не применяются. Поэтому чаще шликерное литье осуществляется в стальные формы. Жидкое связующее при такой технологии формования отделяется из отформованной заготовки путем его поглощения гидрофильным материалом, в который помещается отформованная заготовка.
Существуют и другие способы шликерного литья: пленочное литье, горячее шликерное литье под давлением. Отличительной особенностью всех способов шликерного литья является большое содержание связующего в шликерной массе и необходимость его отвода из отформованной заготовки.
Наиболее ответственной стадией процесса производства изделий из конструкционных керамик является обжиг, при котором происходит спекание порошков и превращение их в монолитную структуру. При спекании происходят различные процессы, в том числе уплотнение, усадка, рост зерен и, самое важное, синтез неорганического подимерного материала с принципиально новой по сравнению с исходными порошками, структурой.
Современная наука разработала различные модели этого процесса, позволяющие управлять им с целью получения изделий с требуемыми техническими характеристиками.
Разработаны способы активирования спекания путем повышения температуры процесса, увеличения дисперсности исходных порошков, проведения спекания в вакууме, введения специальных добавок, создания дефектности кристаллической структуры исходных порошков. Применение многих из этих способов связано со значительным увеличением материальных и энергетических затрат, вследствие чего не всегда экономически целесообразно.
