陶瓷粉末成形技術(shù)

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1、陶瓷注射成形技術(shù)***摘要:本文重點(diǎn)介紹了陶瓷注射成形技術(shù)的基本工藝過程及最近發(fā)展概況;并論了陶瓷注射成形技術(shù)的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：陶瓷注射成形脫脂?引言陶瓷注射成形技術(shù)(ceramicsinjectionmolding,CIM)類似于二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的金屬注射成形(MIM)技術(shù)，它們均是粉末注射成形(PIM)技術(shù)的主要分支，都是在聚合物注射成形技術(shù)比較成熟的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是當(dāng)今國際上發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的陶瓷零部件精密制造技術(shù)。其突出的優(yōu)點(diǎn)包括：1、成形過程借些化合自動化程度高；2、可近凈成形各種復(fù)雜形狀的陶瓷零部件，是燒結(jié)后的陶

2、瓷產(chǎn)品無需進(jìn)行加工或少加工，從而降低了昂貴的陶瓷加工成木；3、成形出的陶瓷產(chǎn)品具有極高的尺寸精度和表面光潔度。因此，陶瓷注射成形成為現(xiàn)有陶瓷成形技術(shù)中高精度和高效率的成形方法之一。注射成形是將陶瓷粉和有機(jī)粘結(jié)劑混合后，加熱混練并制成粒狀粉料，經(jīng)注射成形機(jī)，在130-300攝氏度下注射到金屬模腔內(nèi)，冷卻后粘結(jié)劑固化成形，脫模取出。陶瓷粉末注射成形是指選擇符合要求的陶瓷粉末和適當(dāng)?shù)恼辰觿w系，按照一定的配比在一定溫度下采用適當(dāng)?shù)姆椒ɑ炀毘删鶆虻淖⑸涑尚挝沽?，喂料?jīng)過制粒后在注射機(jī)上注射進(jìn)人特殊加工的模具來成形所需形狀的注射坯，將制得生坯以一定的脫

3、脂方式脫去粘接劑后經(jīng)燒結(jié)致密化成最終制品。注射成形可以分為兩大類方法、低壓注射成形(LP1M),此類注射成形技術(shù)所用粘接劑主耍為石蠟基混合物水基粘接劑系統(tǒng)；2、高壓注射成形技術(shù)(HPIM),所用粘接劑主要是熱塑性聚合物。最近擊現(xiàn)一種新型的微粉末注射成形技術(shù)(UPIM),此技術(shù)是在過去10年中大量毫米級的復(fù)雜零件急劇增加的情況下岀現(xiàn)的，據(jù)文獻(xiàn)［1］利用該技術(shù)可以成形100微米大小的微零件。?工藝流程陶瓷注射過程，首先是喂料設(shè)備，即將可燒結(jié)的陶瓷粉料與合適的有機(jī)載體按一定配比在一定溫度下均勻混合，然后干燥、造粒；而后進(jìn)行注射成形，即喂料在料筒內(nèi)加

4、熱到熔融態(tài)，在一定溫度和壓力下高速注入模具內(nèi)，達(dá)到完好的充模和脫模；隨后進(jìn)行脫脂，即通過加熱或其他物理、化學(xué)方法將其性體內(nèi)的有機(jī)物排除；脫脂后的胚體即可在高溫下致密化燒結(jié)，燒結(jié)所得到的胚體可以進(jìn)行后續(xù)加工。概括起來主要包括以下四個階段：配料及混煉、注射、脫脂和燒結(jié)。其中前三個階段是陶瓷注射成形技術(shù)所特有的，因此與陶瓷注射成形有關(guān)的研究也主要圍繞這三個階段進(jìn)行。?脫脂粉末原料

5、——粉末處理

6、——?

7、混料

8、——”制粒

9、粘接劑圖1陶瓷粉末注射成形工藝流程圖注射成形具有成形復(fù)雜形狀的產(chǎn)品、制品精度高、無需機(jī)械加工或只需微量加工、易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化和產(chǎn)

10、品性能優(yōu)異的特點(diǎn)而口還有產(chǎn)品表面光潔度好、生產(chǎn)成本較低、坯體的密度和強(qiáng)度較高等特點(diǎn)。?成形的關(guān)鍵因素1.陶瓷粉末CIM中選用的陶瓷粉末的粒度分布、比表面積、顆粒大小以及形狀對CIM整個工藝過程都有著十分顯著影響。一般說來，CIM對陶瓷粉體的要求如下⑵：(1)粉體應(yīng)專門配制，以達(dá)到高的極限填充密度和低的成本；(2)粉末不結(jié)塊、團(tuán)聚；(3)粉末形狀主要為球形；(4)粉末間有足夠的摩擦力以避免粘接劑脫出后坯體變形或散塌，在大多數(shù)情況下，自然坡度角應(yīng)大于55°;(5)為利于快速燒結(jié)，應(yīng)具有小的平均粒度，一般要求小于1微米；(6)粉末本身致密，無內(nèi)孔隙

11、;粉末的表面清潔，不會與粘接劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。2.拈接劑粘接劑在陶瓷注射成形中起著十分重要的作用，它對成形工藝的成功與否是至關(guān)重要，直接影響著粉料的流變性、成形性、脫脂過程、產(chǎn)品尺寸精度等。CIM首先要求粘接劑與陶瓷粉末有較好的浸潤性，使得陶瓷粉末在注射成形階段能夠和粉末均勻混合，降低粉末的粘度(最好為假塑性流體)，使得粉末具有良好的流動性，成為適合注射成形的喂料；其次，粘接劑能夠在注射成形后和脫脂前起到維持坯體形狀的作用，使產(chǎn)品在燒結(jié)前具有完整合適的形狀。而H為了避免產(chǎn)品中出現(xiàn)缺陷，還要求粘接劑具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)和較低的熱膨脹系數(shù);CIM所用

12、粘接劑往往是多組元的粘接劑體系，這就要求各個粘接劑Z間要有較好的相溶性⑶。根據(jù)粘接劑的組元和性質(zhì)主要分為：熱塑性體系、熱固體體系、凝膠體系和水溶性體系。3脫脂方法脫脂過程是陶瓷粉末注射成形工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)；由于目前CTM中主要使用熱塑性粘接劑，主要脫脂方法有：(1)直接熱脫脂法：熱脫脂是最常用的脫脂方式，其原理基于有機(jī)物分子的揮發(fā)和裂解；(2)有機(jī)溶劑脫脂⑷：溶劑脫脂又叫溶解萃取脫脂。溶解萃取脫脂包括溶劑蒸氣脫脂和高壓脫脂。溶劑脫脂是利用溶劑選擇性地溶解脫除坯塊中的粘結(jié)劑組元以達(dá)到比熱脫脂更好的精度；(3)超臨界萃取脫脂叫超臨界流體萃取是近年

13、來迅速發(fā)展的一種新型分離技術(shù),具有工藝簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。所謂超臨界CO?流體是指處于臨界溫度Tc與臨界壓力Pc以上的流體,兼有氣液兩相的雙重特性：既具有與液體接