Optimalizace procesu vstřikování práškových materiálů vykazujících fázovou separaci

Abstract

Technologie vstřikování práškových materiálů (tzv. PIM) patří v posledních letech mezi rychle se rozvíjející postupy pro velkoobjemovou výrobu přesných a tvarově komplexních produktů z kovu a keramiky. Defekty finálních výrobků jsou zpravidla způsobeny fázovou separací materiálu (polymerní pojivo a kovový/keramický prášek) během fáze vstřikování. Tyto vady jsou detekovány až v poslední fázi výroby (sintrace), kde je proces nevratný, což působí značné ekonomické a ekologické ztráty. Dizertační práce se zabývá optimalizací procesu vstřikování práškových materiálů a detekcí fázové separace kovového/keramického prášku a polymerního pojiva během vstřikování, kdy je proces ještě vratný. V rámci dizertační práce byla vyvinuta nová testovací metoda za použití elektronové mikroskopie v kombinaci s prvkovou analýzou EDX. Výhoda této metody spočívá v přímém testování vstřikovaných tělísek bez nutnosti dalších úprav, a je možné ji použít i pro komerčně dostupné materiály bez znalosti složení použitého polymerního systému. Tato nová metoda byla otestována na komerčně dostupných materiálech a také na materiálech připravených na UTB ve Zlíně. EDX data byla analyticky zpracována s cílem poskytnout kvantifikaci náchylnosti jednotlivých PIM materiálů k fázové separaci prostřednictvím jednoduchého parametru, tzv. koeficientu separace. Materiály používané v PIM technologii byly také testovány z reologického hlediska, a to se zaměřením na skluz na stěně, který při toku kanálem mění hodnoty gradientů smykových rychlostí, a tím ovlivňuje míru fázové separace. Pro testování bylo zvoleno několik typů kapilár s rozdílnou geometrií a povrchovou drsností. Výsledky ukazují na citlivost reologických dat vysoce plněných materiálů vzhledem ke zvoleným charakteristikám tokového kanálu. Kvantifikace vlivu procesních parametrů na kvalitu povrchu finálních sintrovaných produktů byla provedena pomocí bezkontaktní profilometrie. Optimalizace vstřikovací teploty a způsobu odstranění polymerního pojiva za účelem dosažení lepší finální povrchové struktury sintrovaného výrobku se jeví jako perspektivní nástroj pro potlačení projevů fázové separace. Tato disertační práce představuje přínos k porozumění a potlačení jevu fázové separace vysoce plněných materiálů, a tím přispívá ke zvýšení efektivity procesu vstřikování práškových materiálů.