Le résumé le plus complet des dix procédés de formage de céramique structurale

Le formage de la céramique est une étape importante du processus de préparation de la céramique. La technologie de formage détermine en grande partie l'uniformité du corps et la capacité à préparer des pièces de formes complexes, et influe directement sur la fiabilité du matériau et le coût des pièces céramiques finales.

Pressage à sec

Également appelé moulage par compression, le formage à sec est l'une des méthodes de moulage les plus courantes. Il consiste à charger une poudre présentant une granulométrie, une fluidité et une gradation de particules appropriées dans la cavité d'un moule métallique, puis à appliquer une pression à l'aide d'un poinçon. Ce dernier se déplace dans la cavité du moule pour transmettre la pression, ce qui a pour effet de réorganiser et de compacter les particules de poudre afin de former une ébauche en céramique présentant une résistance et une forme définies.

Les principaux facteurs influençant le pressage à sec sont les suivants :

(1) propriétés de la poudre : taille des particules, distribution granulométrique, fluidité, teneur en humidité, etc. ;

(2) Sélection des liants et des lubrifiants ;

(3) Conception du moule ;

(4) Force de pression, mode de pression, vitesse de pression et temps de maintien de la pression dans le processus de pressage.

En résumé, si la granulométrie de la billette est appropriée, que le liant est utilisé correctement et que la méthode de pression est raisonnable, la méthode de pressage à sec peut également permettre d'obtenir une densité de billette idéale.

Les avantages du moulage par pression à sec sont les suivants :

(1) Processus simple, fonctionnement pratique, cycle court, haute efficacité et production automatisée facile à mettre en œuvre.

(2) La densité corporelle est élevée, la taille est précise, le retrait est une résistance mécanique élevée et les performances électriques sont bonnes.

Les inconvénients du pressage à sec :

(1) Il est difficile de produire de gros lingots, le moule s'use, le traitement est compliqué et le coût est élevé.

(2) La pression ne peut être appliquée que verticalement, la répartition de la pression n'est pas uniforme, la densité non plus, et la contraction également, ce qui engendre des fissures, un délaminage et d'autres phénomènes. Cependant, grâce au développement des méthodes de moulage modernes, ce défaut a été progressivement surmonté par le pressage isostatique.

Application : Il est particulièrement adapté à la préparation de produits céramiques de faible épaisseur, tels que les bagues d'étanchéité en céramique, les noyaux de vannes en céramique, les revêtements en céramique, etc.

Tlancer de singe

Le moulage par coulée, également appelé moulage par raclage, repose sur le principe suivant : la pâte céramique, de viscosité appropriée et bien dispersée, est étalée depuis le bord de la lame de la machine de coulée jusqu'à la bande de base. Le mouvement relatif de cette dernière et du racleur permet d'étaler la pâte et de former, sous l'effet de la tension superficielle, une surface supérieure lisse sur la pièce brute. L'épaisseur de cette pièce est principalement déterminée par l'écart entre le racleur et la bande de base. La pièce brute est ensuite introduite dans la chambre de séchage avec la bande de base. Le solvant évapore le liant organique, formant ainsi une structure réticulaire entre les particules céramiques et conférant à la pièce brute une certaine résistance et flexibilité. Une fois la pièce brute sèche détachée de la bande de base, elle est prête à l'emploi. Elle peut alors être découpée à la forme souhaitée, poinçonnée ou emboutie, puis frittée pour obtenir le produit fini.

Le procédé de moulage peut être divisé en moulage sans eau, moulage à base d'eau, moulage en gel, etc.

Le processus de préparation des substrats céramiques par coulée comprend la préparation de la barbotine, le processus de coulée, le séchage, le dégraissage et le frittage, parmi lesquels les étapes les plus critiques sont la préparation de la barbotine et le contrôle du processus de coulée.

moulage par injection

Le moulage par injection de céramique est un nouveau procédé de fabrication de pièces en céramique, qui combine la méthode de moulage par injection de polymères avec la technologie de préparation de la céramique.

Pressage isostatique

À l'heure actuelle, le pressage isostatique est la principale méthode de formage pour la production de billes en céramique d'alumine.

Le procédé de pressage isostatique à chaud consiste à appliquer une pression élevée (50-200 MPa) et une température élevée (400-2000 °C) à la surface externe des pièces usinées à l'aide d'un gaz inerte (tel que l'argon ou l'azote). L'augmentation de la température et de la pression provoque une déformation plastique et une diffusion du matériau, éliminant ainsi les interstices sous la surface. Ce procédé permet un refroidissement uniforme et rapide grâce à des enroulements précontraints à parois minces, et la productivité est accrue de 70 % par rapport au refroidissement naturel.

Le procédé de pressage isostatique à froid permet d'appliquer des pressions élevées (jusqu'à 100-600 MPa) à des poudres céramiques ou métalliques à température ambiante ou à des températures légèrement supérieures (inférieures à 93 °C), afin d'obtenir des pièces brutes suffisamment résistantes pour être usinées et frittées jusqu'à leur résistance finale. Les technologies de pressage isostatique à chaud et à froid permettent aux fabricants de céramique d'accroître leur productivité tout en maîtrisant les propriétés des matériaux.

Introduction à la technologie de pressage isostatique à chaud

La technologie de pressage isostatique à chaud (HIPS) est apparue au début des années 1950 et, depuis, de nombreuses applications ont suscité un grand optimisme quant à son potentiel. Il s'agit d'un procédé de production par densification, utilisé pour la consolidation de poudres métalliques (comme le moulage par injection de métal, l'acier à outils et l'acier rapide), le compactage de céramiques, et jusqu'à la fabrication additive (impression 3D) et d'autres applications.

Introduction à la technologie de pressage isostatique à froid

Le pressage isostatique à froid utilise un milieu liquide, comme de l'eau, de l'huile ou des mélanges de glycol, pour appliquer une pression sur la poudre. Celle-ci est placée dans un moule de forme fixe qui empêche le liquide de pénétrer. Pour les métaux, cette technique permet d'atteindre une densité théorique d'environ 100 %, tandis que pour les poudres céramiques, plus difficiles à comprimer, la densité théorique peut atteindre environ 95 %.

Le terme généralement employé pour le pressage isostatique désigne le pressage isostatique à froid, une méthode utilisant un fluide (eau, huile) comme milieu de transfert pour appliquer une pression statique uniforme sur le matériau. L'incompressibilité du fluide permet ainsi une transmission uniforme de la pression, appliquée de toutes parts pour obtenir le moulage du produit. Selon son mode de formage, on distingue deux types de pressage : le pressage sous vide et le pressage sous vide. Actuellement, le pressage sous vide est majoritairement utilisé pour les productions en grande série.

1. Pression isostatique du sac humide

La technologie de pressage isostatique en sac humide consiste à placer de la poudre céramique granulée ou une billette préformée dans une enveloppe en caoutchouc déformable, puis à appliquer une pression uniforme dans toutes les directions à travers le liquide. Une fois le pressage terminé, l'enveloppe en caoutchouc contenant la billette est retirée du récipient ; il s'agit d'une méthode de formage discontinue.

2. Pressage isostatique du sac sec

Le pressage isostatique en sac sec consiste à remplir un moule préformé flexible avec une quantité de poudre céramique, puis à appliquer un pressage isostatique. Le moule étant fixé à l'équipement, une fois le pressage terminé, le produit formé est expulsé.

coulage en barbotine

Le moulage par injection est une technique de moulage très simple et flexible. Son principe de base repose sur l'injection d'une barbotine à forte teneur en phase liquide et à bonne fluidité dans un moule poreux (généralement un outil de broyage en plâtre). Grâce à la capillarité créée par la porosité du moule, les parois absorbent l'eau de la barbotine, formant ainsi une pièce solidifiée. Une fois la pièce suffisamment résistante, le moule peut être démoulé.

Le processus de base est le suivant : poudre → barbotine → coulis → démoulage → séchage → billette

Les principales méthodes de moulage par coulis sont : l'injection de coulis creux, l'injection de coulis plein, l'injection de coulis sous pression, l'injection de coulis auxiliaire sous vide et l'injection de coulis par centrifugation.

moulage sous pression à chaud

Le moulage à chaud exploite les propriétés de fusion et de solidification à froid de la paraffine. Une poudre céramique non plastique et sans bavures est mélangée uniformément à de la paraffine liquide chaude pour former une pâte fluide, laquelle est injectée dans un moule métallique sous pression. Après refroidissement et solidification de la pâte de paraffine, la pièce moulée est démoulée. Elle est ensuite ébarbée, enfouie dans un adsorbant et chauffée pour le déparaffinage, puis cuite pour obtenir le produit final.

moulage par injection de gel

Le moulage par injection de gel est une technologie de moulage céramique récente. Ce procédé consiste à disperser la poudre céramique dans une solution de monomères organiques afin d'obtenir une suspension à forte fraction volumique de phase solide (> 50 %), puis à l'injecter dans un moule de forme spécifique. Sous certaines conditions catalytiques et de température, les monomères organiques polymérisent et le système se gélifie, entraînant la solidification in situ de la suspension. Après séchage, on obtient une billette à haute résistance.

Le moulage par injection de gel se divise en deux catégories :

1. Moulage par injection de gel hydrosoluble

2. Moulage par injection de gel insoluble

Le premier convient à la plupart des applications de formage de céramique, et le second est principalement adapté au formage de systèmes qui réagissent avec l'eau.

moulage par injection à solidification directe

Le moulage par injection à solidification directe est une nouvelle méthode de mise en forme colloïdale de pièces céramiques aux dimensions nettes, intégrant la chimie colloïdale et les procédés céramiques. Cette technologie utilise principalement des enzymes biologiques pour catalyser la réaction du substrat approprié dans la suspension céramique. Les réactions chimiques qui se produisent modifient le pH de la suspension ou compriment la double couche électrique, éliminant ainsi la force de répulsion entre les particules solides et induisant une attraction de van der Waals. La pâte céramique, à haute teneur en solides et faible viscosité, est coulée dans un moule non poreux pour une solidification initiale. Après solidification, la pièce céramique humide obtenue présente une résistance suffisante pour le démoulage.

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