জিরকোনিয়া সিরামিকের নয়টি নির্ভুল ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়া

জিরকোনিয়া সিরামিকের নয়টি নির্ভুল ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়া
সিরামিক উপকরণের সম্পূর্ণ প্রস্তুতি প্রক্রিয়ায় ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়া একটি সংযোগকারী ভূমিকা পালন করে এবং সিরামিক উপকরণ এবং উপাদানগুলির কর্মক্ষমতা নির্ভরযোগ্যতা এবং উৎপাদন পুনরাবৃত্তিযোগ্যতা নিশ্চিত করার মূল চাবিকাঠি।
সমাজের বিকাশের সাথে সাথে, ঐতিহ্যবাহী সিরামিকের ঐতিহ্যবাহী হাতে গুঁড়ো করার পদ্ধতি, চাকা তৈরির পদ্ধতি, গ্রাউটিং পদ্ধতি ইত্যাদি আর আধুনিক সমাজের উৎপাদন এবং পরিশোধনের চাহিদা পূরণ করতে পারে না, তাই একটি নতুন ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়ার জন্ম হয়েছে। ZrO2 সূক্ষ্ম সিরামিক উপকরণগুলি নিম্নলিখিত 9 ধরণের ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়ায় (2 ধরণের শুষ্ক পদ্ধতি এবং 7 ধরণের ভেজা পদ্ধতি) ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়:

১. শুকনো ছাঁচনির্মাণ

১.১ শুকনো চাপ

শুষ্ক চাপ প্রয়োগের মাধ্যমে সিরামিক পাউডারকে শরীরের একটি নির্দিষ্ট আকৃতিতে চাপ দেওয়া হয়। এর সারমর্ম হল, বাহ্যিক শক্তির প্রভাবে, পাউডারের কণাগুলি ছাঁচে একে অপরের কাছে আসে এবং অভ্যন্তরীণ ঘর্ষণ দ্বারা দৃঢ়ভাবে একত্রিত হয়ে একটি নির্দিষ্ট আকৃতি বজায় রাখে। শুষ্ক চাপযুক্ত সবুজ বস্তুর প্রধান ত্রুটি হল স্প্যালেশন, যা পাউডারের মধ্যে অভ্যন্তরীণ ঘর্ষণ এবং পাউডারের এবং ছাঁচের প্রাচীরের মধ্যে ঘর্ষণের কারণে হয়, যার ফলে শরীরের ভিতরে চাপ হ্রাস পায়।

ড্রাই প্রেসিংয়ের সুবিধা হলো গ্রিন বডির আকার সঠিক, অপারেশন সহজ এবং যান্ত্রিক অপারেশন করা সুবিধাজনক; গ্রিন ড্রাই প্রেসিংয়ে আর্দ্রতা এবং বাইন্ডারের পরিমাণ কম এবং শুকানোর এবং ফায়ারিং সংকোচন কম। এটি মূলত সরল আকারের পণ্য তৈরিতে ব্যবহৃত হয় এবং আকৃতির অনুপাত কম। ছাঁচের ক্ষয়ের কারণে উৎপাদন খরচ বৃদ্ধি পাওয়া ড্রাই প্রেসিংয়ের অসুবিধা।

১.২ আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং

আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং হল ঐতিহ্যবাহী শুষ্ক প্রেসিংয়ের ভিত্তিতে তৈরি একটি বিশেষ গঠন পদ্ধতি। এটি তরল ট্রান্সমিশন চাপ ব্যবহার করে ইলাস্টিক ছাঁচের ভিতরের পাউডারে সমস্ত দিক থেকে সমানভাবে চাপ প্রয়োগ করে। তরলের অভ্যন্তরীণ চাপের সামঞ্জস্যের কারণে, পাউডারটি সমস্ত দিকে একই চাপ বহন করে, তাই সবুজ শরীরের ঘনত্বের পার্থক্য এড়ানো যায়।

আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং ভেজা ব্যাগ আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং এবং শুকনো ব্যাগ আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং এ বিভক্ত। ভেজা ব্যাগ আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং জটিল আকারের পণ্য তৈরি করতে পারে, তবে এটি কেবল মাঝে মাঝে কাজ করতে পারে। শুকনো ব্যাগ আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং স্বয়ংক্রিয়ভাবে ক্রমাগত অপারেশন উপলব্ধি করতে পারে, তবে কেবল বর্গক্ষেত্র, বৃত্তাকার এবং নলাকার ক্রস-সেকশনের মতো সাধারণ আকারের পণ্য তৈরি করতে পারে। আইসোস্ট্যাটিক প্রেসিং একটি অভিন্ন এবং ঘন সবুজ বডি পেতে পারে, ছোট ফায়ারিং সংকোচন এবং সমস্ত দিকে অভিন্ন সংকোচন সহ, তবে সরঞ্জামগুলি জটিল এবং ব্যয়বহুল, এবং উৎপাদন দক্ষতা বেশি নয়, এবং এটি শুধুমাত্র বিশেষ প্রয়োজনীয়তা সহ উপকরণ উৎপাদনের জন্য উপযুক্ত।

2. ভেজা গঠন

২.১ গ্রাউটিং
গ্রাউটিং মোল্ডিং প্রক্রিয়াটি টেপ কাস্টিংয়ের অনুরূপ, পার্থক্য হল ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়াটিতে শারীরিক ডিহাইড্রেশন প্রক্রিয়া এবং রাসায়নিক জমাট বাঁধার প্রক্রিয়া অন্তর্ভুক্ত থাকে। শারীরিক ডিহাইড্রেশন ছিদ্রযুক্ত জিপসাম ছাঁচের কৈশিক ক্রিয়ার মাধ্যমে স্লারিতে থাকা জল অপসারণ করে। পৃষ্ঠের CaSO4 দ্রবীভূত হওয়ার ফলে উৎপন্ন Ca2+ স্লারির আয়নিক শক্তি বৃদ্ধি করে, যার ফলে স্লারির ফ্লোকুলেশন হয়।
শারীরিক ডিহাইড্রেশন এবং রাসায়নিক জমাট বাঁধার প্রভাবে, সিরামিক পাউডার কণাগুলি জিপসাম ছাঁচের দেয়ালে জমা হয়। জটিল আকারের বৃহৎ আকারের সিরামিক অংশ তৈরির জন্য গ্রাউটিং উপযুক্ত, তবে আকৃতি, ঘনত্ব, শক্তি ইত্যাদি সহ সবুজ বডির গুণমান খারাপ, শ্রমিকদের শ্রম তীব্রতা বেশি এবং এটি স্বয়ংক্রিয় ক্রিয়াকলাপের জন্য উপযুক্ত নয়।

২.২ হট ডাই কাস্টিং
হট ডাই কাস্টিং হল তুলনামূলকভাবে উচ্চ তাপমাত্রায় (60~100℃) সিরামিক পাউডারকে বাইন্ডার (প্যারাফিন) এর সাথে মিশিয়ে গরম ডাই কাস্টিংয়ের জন্য স্লারি তৈরি করা। সংকুচিত বাতাসের প্রভাবে স্লারিটি ধাতব ছাঁচে প্রবেশ করানো হয় এবং চাপ বজায় রাখা হয়। মোমের ফাঁকা অংশটি ঠান্ডা করে, ডিমোল্ডিং করে একটি সবুজ বডি তৈরি করা হয় এবং উচ্চ তাপমাত্রায় গ্রিন বডি সিন্টার করা হয় যাতে এটি চীনামাটির বাসন হয়ে যায়।

হট ডাই কাস্টিং দ্বারা গঠিত সবুজ বডির সুনির্দিষ্ট মাত্রা, অভিন্ন অভ্যন্তরীণ গঠন, কম ছাঁচের ক্ষয় এবং উচ্চ উৎপাদন দক্ষতা রয়েছে এবং এটি বিভিন্ন কাঁচামালের জন্য উপযুক্ত। মোমের স্লারি এবং ছাঁচের তাপমাত্রা কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন, অন্যথায় এটি ইনজেকশনের অধীনে বা বিকৃতি ঘটাবে, তাই এটি বড় অংশ তৈরির জন্য উপযুক্ত নয় এবং দুই-পদক্ষেপের ফায়ারিং প্রক্রিয়া জটিল এবং শক্তি খরচ বেশি।

২.৩ টেপ ঢালাই
টেপ ঢালাই হল প্রচুর পরিমাণে জৈব বাইন্ডার, প্লাস্টিকাইজার, ডিসপারসেন্ট ইত্যাদির সাথে সিরামিক পাউডার সম্পূর্ণরূপে মিশ্রিত করে একটি প্রবাহিত সান্দ্র স্লারি তৈরি করা, কাস্টিং মেশিনের হপারে স্লারি যোগ করা এবং পুরুত্ব নিয়ন্ত্রণ করার জন্য একটি স্ক্র্যাপার ব্যবহার করা। এটি ফিডিং নোজেলের মাধ্যমে কনভেয়র বেল্টে প্রবাহিত হয় এবং শুকানোর পরে ফিল্ম ফাঁকা পাওয়া যায়।

এই প্রক্রিয়াটি ফিল্ম উপকরণ তৈরির জন্য উপযুক্ত। আরও ভাল নমনীয়তা অর্জনের জন্য, প্রচুর পরিমাণে জৈব পদার্থ যোগ করা হয় এবং প্রক্রিয়া পরামিতিগুলি কঠোরভাবে নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন, অন্যথায় এটি সহজেই খোসা ছাড়ানো, রেখা, কম ফিল্ম শক্তি বা কঠিন খোসা ছাড়ানোর মতো ত্রুটি সৃষ্টি করবে। ব্যবহৃত জৈব পদার্থ বিষাক্ত এবং পরিবেশ দূষণের কারণ হবে এবং পরিবেশ দূষণ কমাতে যতটা সম্ভব অ-বিষাক্ত বা কম বিষাক্ত ব্যবস্থা ব্যবহার করা উচিত।

২.৪ জেল ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ
জেল ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ প্রযুক্তি হল একটি নতুন কলয়েডাল দ্রুত প্রোটোটাইপিং প্রক্রিয়া যা ১৯৯০ এর দশকের গোড়ার দিকে ওক রিজ ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির গবেষকরা প্রথম আবিষ্কার করেছিলেন। এর মূলে রয়েছে জৈব মনোমার দ্রবণ ব্যবহার যা উচ্চ-শক্তি, পার্শ্বীয়ভাবে সংযুক্ত পলিমার-দ্রাবক জেলগুলিতে পলিমারাইজ করে।

জৈব মনোমারের দ্রবণে দ্রবীভূত সিরামিক পাউডারের একটি স্লারি একটি ছাঁচে ঢালাই করা হয় এবং মনোমার মিশ্রণটি পলিমারাইজ হয়ে জেলযুক্ত অংশ তৈরি করে। যেহেতু পার্শ্বীয়ভাবে সংযুক্ত পলিমার-দ্রাবকটিতে মাত্র 10%-20% (ভর ভগ্নাংশ) পলিমার থাকে, তাই শুকানোর ধাপে জেল অংশ থেকে দ্রাবক অপসারণ করা সহজ। একই সময়ে, পলিমারগুলির পার্শ্বীয় সংযোগের কারণে, শুকানোর প্রক্রিয়া চলাকালীন পলিমারগুলি দ্রাবকের সাথে স্থানান্তরিত হতে পারে না।

এই পদ্ধতিটি একক-ফেজ এবং যৌগিক সিরামিক অংশ তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে, যা জটিল আকৃতির, আধা-নেট-আকারের সিরামিক অংশ তৈরি করতে পারে এবং এর সবুজ শক্তি 20-30Mpa বা তার বেশি, যা পুনঃপ্রক্রিয়াজাত করা যেতে পারে। এই পদ্ধতির প্রধান সমস্যা হল ঘনীকরণ প্রক্রিয়ার সময় ভ্রূণের দেহের সংকোচনের হার তুলনামূলকভাবে বেশি, যা সহজেই ভ্রূণের দেহের বিকৃতির দিকে পরিচালিত করে; কিছু জৈব মনোমারের অক্সিজেন বাধা থাকে, যার ফলে পৃষ্ঠটি খোসা ছাড়িয়ে পড়ে এবং পড়ে যায়; তাপমাত্রা-প্ররোচিত জৈব মনোমার পলিমারাইজেশন প্রক্রিয়ার কারণে, তাপমাত্রা শেভিং অভ্যন্তরীণ চাপের অস্তিত্বের দিকে পরিচালিত করে, যার ফলে ফাঁকা অংশগুলি ভেঙে যায় ইত্যাদি।

২.৫ সরাসরি সলিডিফিকেশন ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ
ডাইরেক্ট সলিডিফিকেশন ইনজেকশন মোল্ডিং হল ETH জুরিখ দ্বারা তৈরি একটি ছাঁচনির্মাণ প্রযুক্তি: দ্রাবক জল, সিরামিক পাউডার এবং জৈব সংযোজন সম্পূর্ণরূপে মিশ্রিত করে ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিকভাবে স্থিতিশীল, কম-সান্দ্রতা, উচ্চ-কঠিন-কন্টেন্ট স্লারি তৈরি করা হয়, যা স্লারি pH বা ইলেক্ট্রোলাইট ঘনত্ব বৃদ্ধিকারী রাসায়নিক যোগ করে পরিবর্তন করা যেতে পারে, তারপর স্লারিটি একটি অ-ছিদ্রযুক্ত ছাঁচে ইনজেক্ট করা হয়।

প্রক্রিয়া চলাকালীন রাসায়নিক বিক্রিয়ার অগ্রগতি নিয়ন্ত্রণ করুন। ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণের আগে বিক্রিয়া ধীরে ধীরে সম্পন্ন করা হয়, স্লারির সান্দ্রতা কম রাখা হয় এবং ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণের পরে বিক্রিয়া ত্বরান্বিত হয়, স্লারি শক্ত হয়ে যায় এবং তরল স্লারি একটি কঠিন বস্তুতে রূপান্তরিত হয়। প্রাপ্ত সবুজ বস্তুর ভাল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং শক্তি 5kPa পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে। সবুজ বস্তুটি ভেঙে ফেলা হয়, শুকানো হয় এবং পছন্দসই আকারের একটি সিরামিক অংশ তৈরি করার জন্য সিন্টার করা হয়।

এর সুবিধা হলো, এর জন্য অল্প পরিমাণে জৈব সংযোজন (১% এর কম) প্রয়োজন হয় না বা প্রয়োজন হয় না, সবুজ বডি ডিগ্রীজিং করার প্রয়োজন হয় না, সবুজ বডির ঘনত্ব সমান, আপেক্ষিক ঘনত্ব বেশি (৫৫%~৭০%), এবং এটি বড় আকারের এবং জটিল আকৃতির সিরামিক অংশ তৈরি করতে পারে। এর অসুবিধা হলো সংযোজনগুলি ব্যয়বহুল এবং বিক্রিয়ার সময় সাধারণত গ্যাস নির্গত হয়।

২.৬ ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ
প্লাস্টিক পণ্য ছাঁচনির্মাণ এবং ধাতব ছাঁচের ছাঁচনির্মাণে ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ দীর্ঘদিন ধরে ব্যবহৃত হয়ে আসছে। এই প্রক্রিয়ায় থার্মোপ্লাস্টিক জৈব পদার্থের নিম্ন তাপমাত্রার নিরাময় বা থার্মোসেটিং জৈব পদার্থের উচ্চ তাপমাত্রার নিরাময় ব্যবহার করা হয়। পাউডার এবং জৈব বাহক একটি বিশেষ মিশ্রণ সরঞ্জামে মিশ্রিত করা হয় এবং তারপর উচ্চ চাপে (দশ থেকে শত শত এমপিএ) ছাঁচে ইনজেক্ট করা হয়। বড় ছাঁচনির্মাণ চাপের কারণে, প্রাপ্ত ফাঁকাগুলির সুনির্দিষ্ট মাত্রা, উচ্চ মসৃণতা এবং কম্প্যাক্ট কাঠামো রয়েছে; বিশেষ ছাঁচনির্মাণ সরঞ্জামের ব্যবহার উৎপাদন দক্ষতাকে ব্যাপকভাবে উন্নত করে।

১৯৭০-এর দশকের শেষের দিকে এবং ১৯৮০-এর দশকের গোড়ার দিকে, সিরামিক যন্ত্রাংশের ছাঁচনির্মাণে ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়া প্রয়োগ করা হয়েছিল। এই প্রক্রিয়ায় প্রচুর পরিমাণে জৈব পদার্থ যোগ করে অনুর্বর উপকরণের প্লাস্টিক ছাঁচনির্মাণ বাস্তবায়ন করা হয়, যা একটি সাধারণ সিরামিক প্লাস্টিক ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়া। ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ প্রযুক্তিতে, থার্মোপ্লাস্টিক জৈব (যেমন পলিথিন, পলিস্টাইরিন), থার্মোসেটিং জৈব (যেমন ইপোক্সি রজন, ফেনোলিক রজন), বা জলে দ্রবণীয় পলিমারকে প্রধান বাইন্ডার হিসেবে ব্যবহার করার পাশাপাশি, সিরামিক ইনজেকশন সাসপেনশনের তরলতা উন্নত করতে এবং ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ বডির গুণমান নিশ্চিত করতে প্লাস্টিকাইজার, লুব্রিকেন্ট এবং কাপলিং এজেন্টের মতো নির্দিষ্ট পরিমাণে প্রক্রিয়া সহায়ক যোগ করা প্রয়োজন।

ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়ার সুবিধা হল উচ্চ মাত্রার অটোমেশন এবং ছাঁচনির্মাণ ফাঁকা স্থানের সঠিক আকার। তবে, ইনজেকশন-ছাঁচনির্মাণ সিরামিক অংশগুলির সবুজ বডিতে জৈব উপাদান 50vol পর্যন্ত। পরবর্তী সিন্টারিং প্রক্রিয়ায় এই জৈব পদার্থগুলি নির্মূল করতে দীর্ঘ সময়, এমনকি কয়েক দিন থেকে কয়েক ডজন দিন সময় লাগে এবং গুণগত ত্রুটি সৃষ্টি করা সহজ।

২.৭ কলয়েডাল ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ
প্রচুর পরিমাণে জৈব পদার্থ যোগ করার সমস্যা এবং ঐতিহ্যবাহী ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়ার অসুবিধা দূর করার জন্য, সিংহুয়া বিশ্ববিদ্যালয় সৃজনশীলভাবে সিরামিকের কলয়েডাল ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণের জন্য একটি নতুন প্রক্রিয়া প্রস্তাব করেছে এবং স্বাধীনভাবে একটি কলয়েডাল ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ প্রোটোটাইপ তৈরি করেছে যা বন্ধ্যা সিরামিক স্লারি গঠনের ইনজেকশন বাস্তবায়ন করে।

মূল ধারণা হল কোলয়েডাল মোল্ডিংকে ইনজেকশন মোল্ডিংয়ের সাথে একত্রিত করা, মালিকানাধীন ইনজেকশন সরঞ্জাম এবং কোলয়েডাল ইন-সিটু সলিডিফিকেশন মোল্ডিং প্রক্রিয়া দ্বারা প্রদত্ত নতুন নিরাময় প্রযুক্তি ব্যবহার করে। এই নতুন প্রক্রিয়ায় 4wt.% এরও কম জৈব পদার্থ ব্যবহার করা হয়। জল-ভিত্তিক সাসপেনশনে অল্প পরিমাণে জৈব মনোমার বা জৈব যৌগ ব্যবহার করা হয় যাতে ছাঁচে ইনজেকশন দেওয়ার পরে জৈব মনোমারগুলির পলিমারাইজেশন দ্রুত প্ররোচিত হয় যাতে একটি জৈব নেটওয়ার্ক কঙ্কাল তৈরি হয়, যা সিরামিক পাউডারকে সমানভাবে আবৃত করে। এর মধ্যে, কেবল ডিগামিংয়ের সময়ই হ্রাস পায় না, তবে ডিগামিংয়ের ফাটলের সম্ভাবনাও অনেক কমে যায়।

সিরামিকের ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ এবং কলয়েডাল ছাঁচনির্মাণের মধ্যে বিশাল পার্থক্য রয়েছে। প্রধান পার্থক্য হল প্রথমটি প্লাস্টিক ছাঁচনির্মাণের শ্রেণীর অন্তর্গত, এবং দ্বিতীয়টি স্লারি ছাঁচনির্মাণের অন্তর্গত, অর্থাৎ, স্লারির কোনও প্লাস্টিকতা নেই এবং এটি একটি অনুর্বর উপাদান। যেহেতু কলয়েডাল ছাঁচনির্মাণে স্লারির কোনও প্লাস্টিকতা নেই, তাই সিরামিক ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণের ঐতিহ্যবাহী ধারণা গ্রহণ করা যাবে না। যদি কলয়েডাল ছাঁচনির্মাণকে ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণের সাথে একত্রিত করা হয়, তাহলে সিরামিক উপকরণের কলয়েডাল ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ মালিকানাধীন ইনজেকশন সরঞ্জাম এবং কলয়েডাল ইন-সিটু ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়া দ্বারা সরবরাহিত নতুন নিরাময় প্রযুক্তি ব্যবহার করে বাস্তবায়িত হয়।

সিরামিকের কলয়েডাল ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণের নতুন প্রক্রিয়াটি সাধারণ কলয়েডাল ছাঁচনির্মাণ এবং ঐতিহ্যবাহী ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ থেকে আলাদা। উচ্চ মাত্রার ছাঁচনির্মাণ অটোমেশনের সুবিধা হল কলয়েডাল ছাঁচনির্মাণ প্রক্রিয়ার একটি গুণগত পরমানন্দ, যা উচ্চ-প্রযুক্তি সিরামিকের শিল্পায়নের আশা হয়ে উঠবে।