Når du tilpasser presisjons keramiske strukturelle deler, hva er de vanlige designteknikkene for å forhindre sprekkdannelse og deformasjon?

I avansert produksjon og industrielle applikasjoner har presisjonskeramikk (som alumina, zirkoniumoksid, silisiumnitrid, silisiumkarbid) blitt uunnværlige kjernematerialer på grunn av deres høye hardhet, slitestyrke, høy temperaturbestandighet og korrosjonsbestandighet. Men på grunn av den iboende høye sprøheten til keramiske materialer og den alvorlige volumkrympingen som oppstår under høytemperatursintring (krympingshastigheten er vanligvis innenfor 15 % til 25 % ), er design og produksjon av strukturelle deler ekstremt utfordrende. Irrasjonell strukturell design fører ofte til sprekker, forvrengning og deformasjon av produkter under sintring, maskinering eller faktisk service.

Denne veiledningen oppsummerer systematisk kjerneteknikkene for anti-sprekker, anti-deformasjonsstrategier og prosessmatchingsspesifikasjoner i tilpasningsprosessen av presisjons keramiske strukturelle deler, med sikte på å hjelpe designingeniører med å optimalisere produktstrukturen, forbedre utbyttet og redusere produksjonskostnadene.

1. Tre nøkkelpunkter for keramiske materialegenskaper og tilpasning

Før du starter et keramisk tilpasningsprosjekt, må følgende tre gjensidig begrensende kjerneelementer undersøkes fra et globalt perspektiv.

1. Materialvalg

De fysiske og kjemiske egenskapene til materialer bestemmer den øvre ytelsesgrensen for strukturelle deler. Følgende tabell viser kjerneegenskapene og typiske bruksscenarier for fire vanlige presisjonskeramiske materialer.

2. Dimensjonsnøyaktighet og bearbeidingsgodtgjørelse

• Sintringstoleranse: Direktesintret " grønn kropp " bli " Moden billett " Til slutt, på grunn av ujevn krymping, kan toleransen vanligvis bare kontrolleres innenfor ±1 % eller ±0,1 mm Rundt.
• Etterbehandlingsgodtgjørelse: For ekstremt høye samsvarsnøyaktighetskrav (som mikronnivå μm ) grensesnitt må settes til side under design 15 mm-0,3 mm diamantslipeskive slipegodtgjørelse.

3. Støpeprosessmatching

Velg prosessen i henhold til produksjonspartiet og strukturell kompleksitet: tørrpressing er egnet for store mengder enkle flate deler; kald isostatisk pressing (CIP) Egnet for store størrelser, stang eller røremner; keramisk sprøytestøping (CIM) Den er egnet for tredimensjonale små deler med ekstremt komplekse strukturer, men kostnadene for åpning av formen er høye.

2. Kjernedesignferdigheter for anti-sprekker og anti-deformasjon

1. Veggtykkelse Design: Pursuit " helt ensartet "

Ujevn veggtykkelse er den viktigste årsaken til sprekker i keramiske deler under sintring og avkjøling. Den termiske ekspansjons- og sammentrekningshastigheten til tykke deler og tynne deler er forskjellig, noe som vil generere stor indre spenning.

• Unngå forskjeller i tykkelse: Prøv å holde den generelle veggtykkelsen konsistent. Dersom det må være tykkelsesendringer i konstruksjonen, bør slake skråningsoverganger brukes og absolutt unngås 90° av plutselige endringer.
• Prosessvektreduksjonshull: For tunge solide deler bør blinde hull, gjennomgående hull eller bakuthulling (rilling) utformes for å redusere lokal tykkelse og samtidig sikre mekanisk styrke.

2. Hjørnedesign: full spissvinkelsirkel ( R vinkelspesifikasjon)

Keramikk produsert i skarpe hjørner " stresskonsentrasjon " Ekstremt sensitiv. Skarpe indre eller ytre hjørner kan lett bli kilden til sprekker når de utsettes for termisk sjokk eller mekanisk påkjenning.

• innenfor / Utvendig hjørneradius: Alle hjørner og trinnoverganger skal være avrundet. Anbefaler internt R vinkelen er minst større enn 5 mm (anbefalt R≥1,0 mm ). Hvis plassen tillater det, R Jo større vinkel, jo mer stiv er strukturen.
• Montering av hjørnerydningssporet: Hvis det må beholdes på grunn av behovet for å matche metalldeler 90° For utvendige rette vinkler bør en designes innover ved innvendig hjørne. " Underskjæring " eller " blindhull " , flytt spenningsavlastningsområdet bort fra det rettvinklede toppunktet.

3. Hull- og kantdesign: Forhindrer sintringssprekker og kantflis

Ved åpning av hull (som skruehull og vektreduserende hull) i keramiske deler har plasseringen og formen på hullene stor innflytelse på formkvaliteten.

• Kritisk kantavstand: Avstanden fra hullveggen til ytterkanten av keramikkstykket, samt netto avstand mellom de to hullene, skal være større enn hulldiameteren. 5 ganger. For kort avstand vil føre til at det svake området trekkes fra hverandre i begge ender under sintringskrymping.
• Avfasning av åpning: Åpningskantene på gjennomgående og blinde vias bør utformes 45°×0,3 mm-0,5 mm Avfas for å hindre kantflis under etterfølgende sliping eller faktisk montering.
• Unngå formede hull: Prøv å bruke vanlige runde hull. Prøv å unngå å designe lange hull, firkantede hull eller spesielle hull med skarpe hjørner. Slike hull har tydelig anisotropi når de krymper og er utsatt for mikrosprekker rundt dem.

4. Eliminer store flate overflater: bekjemp deformasjon av vridning

På grunn av tyngdekraftens påvirkning, friksjon og små forskjeller i ovnstemperatur under sintring, er store og tynne flate deler lett utsatt for vridning (ofte kjent som " Banan Bend " ).

• Sett avstivere: Å designe kryssformede, tic-formede eller radielle forsterkende ribber på baksiden av det flate stykket kan forbedre stivheten betydelig og låse krympingsretningen.
• Lokal sjefdesign: Hvis et bestemt plan må brukes som en monteringskontaktflate, ikke gjør hele det store planet til en høypresisjonskontaktflate. Små lokale bosser bør utformes rundt skruehull eller nøkkelfestepunkter, og bare overflaten på bossene skal slipes under etterfølgende etterbehandling. Dette sparer ikke bare prosesseringskostnader, men unngår også effektivt virkningen av total flyvridning.

5. Symmetrisk design: balansert sintringsspenning

Når keramiske deler sintres i ovnen, er krympekraften relativt balansert i alle retninger. Hvis strukturen er sterkt asymmetrisk, vil det føre til ubalansert spenning og total forvrengning.

• Geometrisk symmetri: Prøv å få konstruksjonsdelene til å opprettholde sentral symmetri, aksesymmetri eller formsymmetri på et todimensjonalt eller tredimensjonalt nivå.
• Håndverksslips (håndverksstøttebjelke): For asymmetriske åpningsformer (som f.eks C form, U (formet struktur), bør man kunstig legges til åpningen under prosjektering. " Midlertidig prosesskoblingsbjelke " , slik at den opprettholder en symmetrisk struktur med lukket sløyfe under sintring. Etter sintring og sliping kuttes den midlertidige strålen av med en diamantskive.

Tre. Jukseark for designspesifikasjoner for presisjons keramiske strukturelle deler

Følgende tabell oppsummerer feil praksis og riktige spesifikasjoner ved utforming av presisjons keramiske strukturelle deler for rask referanse av ingeniører.

Merk: Under selve prosjektutviklingsprosessen anbefales det på det sterkeste å utføre produksjonsorientert design med den keramiske foroverprosessingeniøren så snart som mulig etter at det første utkastet til den strukturelle designen er fullført ( DFM ) gjennomgå for ytterligere å optimalisere dimensjoner basert på de mekaniske egenskapene til det spesifikke materialet.