陶瓷粉末成形技术

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1、陶瓷注射成形技术***摘要:本文重点介绍了陶瓷注射成形技术的基本工艺过程及最近发展概况;并论了陶瓷注射成形技术的发展趋势。关键词：陶瓷注射成形脱脂•引言陶瓷注射成形技术(ceramicsinjectionmolding,CIM)类似于二十世纪七十年代发展起来的金属注射成形(MIM)技术，它们均是粉末注射成形(PIM)技术的主要分支，都是在聚合物注射成形技术比较成熟的基础上发展而来的，是当今国际上发展最快、应用最广泛的陶瓷零部件精密制造技术。其突出的优点包括：1、成形过程借些化合自动化程度高；2、可近净成形各种复杂形状的陶瓷零部件，是烧结后的陶

2、瓷产品无需进行加工或少加工，从而降低了昂贵的陶瓷加工成木；3、成形出的陶瓷产品具有极高的尺寸精度和表面光洁度。因此，陶瓷注射成形成为现有陶瓷成形技术中高精度和高效率的成形方法之一。注射成形是将陶瓷粉和有机粘结剂混合后，加热混练并制成粒状粉料，经注射成形机，在130-300摄氏度下注射到金属模腔内，冷却后粘结剂固化成形，脱模取出。陶瓷粉末注射成形是指选择符合要求的陶瓷粉末和适当的粘接剂体系，按照一定的配比在一定温度下采用适当的方法混练成均匀的注射成形喂料，喂料经过制粒后在注射机上注射进人特殊加工的模具来成形所需形状的注射坯，将制得生坯以一定的脱

3、脂方式脱去粘接剂后经烧结致密化成最终制品。注射成形可以分为两大类方法、低压注射成形(LP1M),此类注射成形技术所用粘接剂主耍为石蜡基混合物水基粘接剂系统；2、高压注射成形技术(HPIM),所用粘接剂主要是热塑性聚合物。最近击现一种新型的微粉末注射成形技术(UPIM),此技术是在过去10年中大量毫米级的复杂零件急剧增加的情况下岀现的，据文献［1］利用该技术可以成形100微米大小的微零件。•工艺流程陶瓷注射过程，首先是喂料设备，即将可烧结的陶瓷粉料与合适的有机载体按一定配比在一定温度下均匀混合，然后干燥、造粒；而后进行注射成形，即喂料在料筒内加

4、热到熔融态，在一定温度和压力下高速注入模具内，达到完好的充模和脱模；随后进行脱脂，即通过加热或其他物理、化学方法将其性体内的有机物排除；脱脂后的胚体即可在高温下致密化烧结，烧结所得到的胚体可以进行后续加工。概括起来主要包括以下四个阶段：配料及混炼、注射、脱脂和烧结。其中前三个阶段是陶瓷注射成形技术所特有的，因此与陶瓷注射成形有关的研究也主要围绕这三个阶段进行。•脱脂粉末原料

5、——粉末处理

6、——»

7、混料

8、——”制粒

9、粘接剂图1陶瓷粉末注射成形工艺流程图注射成形具有成形复杂形状的产品、制品精度高、无需机械加工或只需微量加工、易于实现生产自动化和产

10、品性能优异的特点而口还有产品表面光洁度好、生产成本较低、坯体的密度和强度较高等特点。•成形的关键因素1.陶瓷粉末CIM中选用的陶瓷粉末的粒度分布、比表面积、颗粒大小以及形状对CIM整个工艺过程都有着十分显著影响。一般说来，CIM对陶瓷粉体的要求如下⑵：(1)粉体应专门配制，以达到高的极限填充密度和低的成本；(2)粉末不结块、团聚；(3)粉末形状主要为球形；(4)粉末间有足够的摩擦力以避免粘接剂脱出后坯体变形或散塌，在大多数情况下，自然坡度角应大于55°;(5)为利于快速烧结，应具有小的平均粒度，一般要求小于1微米；(6)粉末本身致密，无内孔隙

11、;粉末的表面清洁，不会与粘接剂发生化学反应。2.拈接剂粘接剂在陶瓷注射成形中起着十分重要的作用，它对成形工艺的成功与否是至关重要，直接影响着粉料的流变性、成形性、脱脂过程、产品尺寸精度等。CIM首先要求粘接剂与陶瓷粉末有较好的浸润性，使得陶瓷粉末在注射成形阶段能够和粉末均匀混合，降低粉末的粘度(最好为假塑性流体)，使得粉末具有良好的流动性，成为适合注射成形的喂料；其次，粘接剂能够在注射成形后和脱脂前起到维持坯体形状的作用，使产品在烧结前具有完整合适的形状。而H为了避免产品中出现缺陷，还要求粘接剂具有较高的导热系数和较低的热膨胀系数;CIM所用

12、粘接剂往往是多组元的粘接剂体系，这就要求各个粘接剂Z间要有较好的相溶性⑶。根据粘接剂的组元和性质主要分为：热塑性体系、热固体体系、凝胶体系和水溶性体系。3脱脂方法脱脂过程是陶瓷粉末注射成形工艺中的关键环节；由于目前CTM中主要使用热塑性粘接剂，主要脱脂方法有：(1)直接热脱脂法：热脱脂是最常用的脱脂方式，其原理基于有机物分子的挥发和裂解；(2)有机溶剂脱脂⑷：溶剂脱脂又叫溶解萃取脱脂。溶解萃取脱脂包括溶剂蒸气脱脂和高压脱脂。溶剂脱脂是利用溶剂选择性地溶解脱除坯块中的粘结剂组元以达到比热脱脂更好的精度；(3)超临界萃取脱脂叫超临界流体萃取是近年

13、来迅速发展的一种新型分离技术,具有工艺简单、操作方便等优点。所谓超临界CO?流体是指处于临界温度Tc与临界压力Pc以上的流体,兼有气液两相的双重特性：既具有与液体接