陶瓷注射成型技术.ppt

陶瓷粉末注射成型技术概况 粉末注射成型源于20世纪20年代的一种热压铸成型技术，当时已用于生产汽车火花塞等产品。 20世纪50年代，用环氧树脂作粘结剂试制了大量的硬质合金、难熔金属、陶瓷等，预示着此技术在应用中的地位。但因理论欠缺，加之制粉、成型和烧结等技术存在一系列不足，离应用的距离还比较远。 到20世纪80年代，硬质合金、陶瓷领域基础研究的发展和突破，如超细粉制备、先进陶瓷增韧理论和技术的发展，使该工艺制备的材料性能较50年代有很大的提高，促使PIM成为比较成熟的复杂形状制品的制备成型技术。 陶瓷粉末注射成型产品全球销售收入从80年代末的4500万美元到90年代末的4.2亿美元，并以每年20%~25%的速度增长，预计到2010年将达到24亿美元。 只有美国,欧洲和日本的PIM产业发展比较成熟，而韩国、新加坡、中国、中国台湾地区、印度等地均建有PIM生产厂，但产值尚小，正蓄势待发。 陶瓷粉末注射成型技术应用 随着CIM技术的快速发展，其已在一些方面得到了应用 瑞士三分之一的手表表壳采用CIM技术生产，材料是称永不磨损的陶瓷材料氧化锆 日本已将内孔直径为0.015mm的氧化锆光纤接头实现产业化，每年垄断了全球数亿美元的市场 美国已实现氧化锆理发推剪的生产和发动机中氮化硅零部件的应用等 在国内中南工业大学粉末冶金国家重点实验室开发出精密双螺旋混练机陶瓷内衬和具有双螺纹的陶瓷喷嘴等 ;而华中科技大学材料学院应用CIM技术成功开发出氧化锆氧传感器. 陶瓷粉末注射成型基本工艺流程图 注射成型粘结剂体系 注射成型中的粘结剂有两个基本的功能。首先在注射成型阶段能够和粉末均匀混合，加热后能够使得粉末具有良好的流动性；其次，粘结剂能够在注射成型后和脱脂期间起到维持坯体形状的作用。可以说，粘结剂是粉末注射成型技术中的核心和关键，每次注射成型工艺的提高和突破都伴随着新粘结体系的诞生。在CIM中，由于粉末粒度比金属粉末注射成型中的细小，粉末本身的流动性差，粉末和粘结剂混合后粉末之间的间隙极小，造成脱脂困难，这就对粘结剂提出了更苛刻的要求。因此，作为陶瓷注射成型粘结剂，必须具备以下条件： 陶瓷注射成型粘结剂必须具备的条件 （1）好的流动特性。对注射成型粘度要适中，粘度太高，粉料不能在粘结剂中有效分散，不仅混练困难，而且很难得到混合均匀的坯料，容易产生成型缺陷；粘度太低，会造成陶瓷粉体和粘结剂的分层。另外粘度不能随温度的波动太大，否则会产生缺陷。 （2）粘结剂必须能很好地润湿粉体，并对粉体有效好的粘附作用。通常为了改善粘结剂的润湿性能，要加入一些表面活性物质，减少混合物的粘度，增加其流动性。同时，粘结剂通过润湿颗粒以产生毛细管力吸附颗粒，保持坯体不变形。为了保证坯料的稳定性，粉体相对于粘结剂应是惰性的。 （3）粘结剂由多组份有机物组成。单一有机粘结剂很难满足流动性要求，且多组份中的某一组份被脱脂移出后，形成开口气孔，有利于剩余的粘结剂的排除。实践证明，多组份比单一组成粘结剂的脱脂速度要快得多缺陷少得多。当然多组份粘结剂的有机聚合物之间是相容的。 （4）粘结剂具有较高的导热性和较低的热膨胀系数。这样不仅避免因热应力而产生缺陷，且可以减少坯体所受热冲击，减少缺陷。 （5）此外，粘结剂还必须具有无毒害，无污染，不挥发，不吸潮，循环加热性能不变化等。 各种粘结剂体系的优缺点比较 热塑性粘结剂系统 热塑性系统是在粘结剂系统里引入了热塑性聚合物，加热时热塑性聚合物在链长方向上以单一基团重复排列而不交叉。其粘度可根据聚合物分子量的大小，分布以及成型温度来调节。此类聚合物很多，常见的有：石蜡（PW）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、无规聚丙烯（APP）、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸脂（PMMA）、乙烯醋酸乙烯脂共聚物（EVA）、乙烯丙烯酸乙脂共聚物（EEA）。为了提高固相装载量，一般引入增塑剂，润湿剂和表面活性剂，如邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸、辛酸、微晶石蜡、钛酸脂、硅烷。由于这些热塑性系统的粘结剂流动性较好，并能选择其分子量的大小及分布来调节其脱脂阶段的热降解性故得到广泛应用。 CIM中几种常见的粘结剂组成 近年来国际上各种陶瓷粉末注射成型中经常用到的较典型的粘结剂，从表中可以看出，CIM中用粘结剂体系还主要属于热塑性多组分体系。 CIM混料制备 混料是粉末和粘结剂的混合物。在整个注射成型的工艺中，粉末和聚合物粘结剂混合物的制备是最重要的步骤之一。工艺要求混料具有良好的均匀性、良好的流变特性，以及好的脱脂特征。只有这三个方面都照顾到的粉末注射系统才是一个成功的体系。 对选定的混合技术，起主要作用的是混合速率、温度和时间。但如果混合速度和温度太低，无论多长时间混料也无法均匀，因混料将在不均匀的水