Hochglanzpolieren von Zirkoniumdioxid-Keramik-Kolben

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Zirkoniumdioxid-Keramikkolben werden aufgrund ihrer hohen Härte, ihrer hervorragenden Verschleißfestigkeit, ihrer guten chemischen Stabilität und ihrer ausgezeichneten Hochtemperaturbeständigkeit häufig in wichtigen Geräten in den Bereichen Medizin, Lebensmittel und Getränke, Chemie und Erdöl eingesetzt. Aufgrund der hohen Härte und Sprödigkeit von Zirkoniumdioxid-Keramik ist der Polierprozess jedoch mit vielen Herausforderungen verbunden. In diesem Artikel wird der Prozess des Hochglanzpolierens von Zirkoniumdioxid-Kolben im Detail vorgestellt, einschließlich der Anwendung traditioneller Methoden und fortschrittlicher Polierverfahren.

Notwendigkeit des Hochglanzpolierens von Zirkoniumdioxid-Keramik-Kolben
Obwohl Zirkoniumdioxid-Keramik selbst hervorragende Eigenschaften hat, weisen ihre ursprünglich maschinell bearbeiteten Oberflächen auf mikroskopischer Ebene immer noch gewisse Unebenheiten und kleinere Fehler auf. Diese Defekte können unter den Bedingungen der schnellen Hin- und Herbewegung des Kolbens, des Transports der Flüssigkeit unter hohem Druck und des häufigen Kontakts mit der Dichtung eine Reihe von Problemen verursachen, wie z. B. die Erhöhung des Reibungskoeffizienten, die Beschleunigung des Verschleißes und die Beeinträchtigung der Reinheit der Flüssigkeit. Daher ist das Hochglanzpolieren von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung der Leistung von Zirkoniumdioxid-Kolben.

Vollständige Analyse des Spiegelpolierverfahrens

1. Traditionelle Schleif- und Polierverfahren
   Beim Schleifen und Polieren herkömmlicher Zirkoniumdioxid-Keramik-Kolben werden hauptsächlich freie Schleifmittel verwendet. Die spezifischen Schritte umfassen:
2. Zuschnitt und Vorformung: mit einer Flachpoliermaschine und einer Eisenplatte zum Aufrauen, um den größten Teil der Bearbeitungszugabe zu entfernen.
3. Feinpolieren: durch ein weißes Tuch ersetzen, das zum Feinpolieren in eine Schleifpaste getaucht ist. Durch die Relativbewegung zwischen dem weißen Tuch und der Keramikoberfläche erzeugt das in der Schleifpaste enthaltene Schleifmittel einen feinen Schneideeffekt auf der Keramikoberfläche, wodurch die Oberflächenrauhigkeit allmählich verringert wird.
4. Nachteilig: Diese Methode ist ineffizient. In der Regel dauert es 30 bis 40 Minuten, bis die Polierphase mit dem weißen Tuch einen Spiegeleffekt erzielt, und die Effizienz der Bearbeitung hängt eng mit der Zähigkeit des Materials zusammen.

(2) Fortschrittliche Poliertechnik

1. Chemisch-mechanisches Polieren (CMP)
   Beim chemisch-mechanischen Polieren wird die kombinierte Wirkung von Korrosion und mechanischer Entfernung der Polierflüssigkeit genutzt, um eine Politur zu erzielen. Die chemischen Substanzen in der Polierflüssigkeit reagieren chemisch mit der Oberfläche der Zirkoniumdioxid-Keramik und bilden eine weichere Reaktionsschicht. Gleichzeitig bewegt sich das Polierkissen unter einem bestimmten Druck relativ zur Keramikoberfläche, um diese Reaktionsschicht mechanisch zu entfernen. CMP kann Kratzer und Defekte auf der Oberfläche wirksam reduzieren und eine ultraflache Spiegeloberfläche erzielen, die sich für Bereiche eignet, die eine extrem hohe Oberflächengenauigkeit erfordern.
2. Polieren mit Ultraschall
   Beim Ultraschallpolieren wird das Werkstück in eine Suspension mit Schleifmittel gegeben und in ein Ultraschallfeld gebracht. Die hochfrequenten Schwingungen der Ultraschallwellen bewirken, dass das Schleifmittel mit hoher Geschwindigkeit und hoher Beschleunigung auf die Oberfläche des Werkstücks aufschlägt und Mikroschnitte erzeugt, wodurch die mikroskopisch kleinen Vorsprünge auf der Oberfläche schnell entfernt werden. Diese Methode eignet sich für komplex geformte Zirkoniumdioxid-Keramikplunger und kann thermische Schäden beim Polieren bis zu einem gewissen Grad reduzieren.
3. Zentrifugalschleifen und -polieren mit hoher Geschwindigkeit und numerischer Steuerung
   Mit Hilfe der numerisch gesteuerten Hochgeschwindigkeits-Zentrifugalschleifanlage werden der Zirkoniumdioxid-Keramik-Kolben und das spezielle Schleifmedium zusammen in die mit hoher Geschwindigkeit rotierende Schleifkammer eingebracht. Unter der Einwirkung der starken Zentrifugalkraft schlägt und reibt das Schleifmedium die Oberfläche des Keramikkolbens mit extrem hoher Geschwindigkeit, um ein schnelles und gleichmäßiges Polieren zu erreichen. Diese Methode ist äußerst effizient und kann mehrere Plunger gleichzeitig bearbeiten, was sich für große Produktionsanforderungen eignet.
4. Ultraschall-unterstütztes Laserpolieren
   Das ultraschallunterstützte Laserpolieren kombiniert die Vorteile des Laserpolierens und der Ultraschallschwingung. Beim Laserpolieren wird das Material durch einen Laserstrahl mit hoher Energiedichte geschmolzen, und der angehobene Teil der Oberfläche füllt den vertieften Teil unter der Wirkung seiner eigenen Schwerkraft und Oberflächenspannung, um eine glatte Oberfläche zu erzielen. Durch Ultraschallvibrationen werden die Fokusposition und der Punktdurchmesser des Laserstrahls regelmäßig verändert, wodurch die durch die thermische Kapillarkraft verursachte Strömung verringert und die Polierwirkung weiter verbessert wird. Experimente zeigen, dass das ultraschallunterstützte Laserpolieren die Oberflächenrauhigkeit von Zirkoniumdioxidkeramik von 2,479 μm auf 0,477 μm reduzieren kann, mit einer Reduktionsrate von 80,7%.

(III) Auswahl der Polierflüssigkeit
Die Wahl der Polierlösung ist entscheidend für den Poliereffekt. Die traditionelle Kieselsol-Polierlösung ist in alkalischer Umgebung wenig effizient und härtet während des Poliervorgangs leicht aus. Eine neuartige hocheffiziente Polierlösung für Spiegelzirkonoxidkeramik steuert die elektrischen Doppelschichteigenschaften der Oxidkeramikoberfläche durch einen geeigneten pH-Wert, wodurch die harte Oxidkeramikoberfläche effektiv hydratisiert und aufgeweicht wird. Diese Polierlösung hat eine Poliereffizienz von bis zu 10 μm/h oder mehr im pH-Bereich von 1,5 bis 4,5.

IV. Beispiele für industrielle Anwendungen des Spiegelpolierens
(1) Die medizinische und pharmazeutische Industrie
In der Kolbenpumpe von pharmazeutischen Geräten ist die Oberfläche des hochglanzpolierten Zirkoniumdioxid-Keramikkolbens so glatt wie ein Spiegel, was die Möglichkeit von Arzneimittelrückständen und mikrobiellem Wachstum ausschließt und die Genauigkeit und Stabilität der Dosierung der Infusions-, Abfüll- und anderen Geräte beim Transport der flüssigen Medizin gewährleistet.
(2) Lebensmittel- und Getränkeindustrie
In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sind die Anforderungen an die Gerätehygiene sehr streng. Die Oberfläche des hochglanzpolierten Keramikkolbens aus Zirkoniumdioxid ist leicht zu reinigen und zu desinfizieren, verhindert das Anhaften von Verunreinigungen und Bakterien und erfüllt die Hygienestandards für Lebensmittel.
(3) Chemie- und Erdölindustrie
Bei chemischen Hochdruckpumpen und Ölförderanlagen verbessert das Hochglanzpolieren die Korrosionsbeständigkeit des Tauchkolbens und macht seine Oberfläche weniger anfällig für chemische Angriffe. Gleichzeitig verringert die reibungsarme Spiegeloberfläche den Energieverlust in Hochdruckumgebungen und verlängert den Wartungszyklus der Ausrüstung.

Das Hochglanzpolieren von Zirkoniumdioxid-Keramikstempeln ist eine Schlüsseltechnologie zur Verbesserung ihrer Leistung und zur Erweiterung ihrer Anwendungsbereiche. Die traditionelle Schleif- und Poliermethode ist zwar einfach, aber wenig effizient. Moderne Poliertechnologien wie das chemisch-mechanische Polieren, das Ultraschallpolieren, das numerisch gesteuerte Hochgeschwindigkeitsschleifen und -polieren und das ultraschallunterstützte Laserpolieren können die Poliereffizienz und die Oberflächenqualität erheblich verbessern. In Industriezweigen mit hohen Hygiene- und Präzisionsanforderungen wie der Medizin-, Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der chemischen Industrie und der Erdölindustrie haben hochglanzpolierte Keramikkolben aus Zirkoniumdioxid hervorragende Leistungen und ein großes Anwendungspotenzial gezeigt.