陶瓷多微孔喷嘴注射成形与质量控制-材料加工工程专业论文.docx

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陶瓷多微孔喷嘴注射成形与质量控制-材料加工工程专业论文

摘要摘要随着产品微型化趋势的不断发展,对微孔零件的需求越来越多。相对于金属微孔,陶瓷微孔具有高硬度、良好的耐磨性、耐高温以及耐酸碱腐蚀等优点,其可作为燃油喷射喷嘴、喷丝孔、喷气机涡轮叶片冷却孔、打印机喷墨孔、光纤连接器、生物医学滤波器中的微孔结构。目前已采用一些成形方法成功制备陶瓷微孔,但是由于陶瓷材料脆性大、塑性差、加工比较困难,造成成本高、精度差、表面质量不高等不足。粉末注射成形作为一种近净成形技术,具有低成本、高精度、高效率的特点,可批量化生产形状复杂的零件,用于制造陶瓷微孔,特别是阵列式陶瓷微孔具有很大优势。实验分别采用不同粒径的ZrO2超细粉末和添加不同助烧剂的B4C超细粉末作为初始材料,分析了陶瓷多微孔喷嘴的注射、脱脂和烧结机理,探索了烧结后微观组织和力学性能变化规律,建立了致密度和线性收缩的关系模型,对陶瓷微孔的成形质量进行了分析。为了使添加助烧剂的B4C粉末混合均匀,实验进行了12h球磨处理,颗粒的尖锐棱角被钝化,消除了团聚,混合粉末得到了均匀分散,继续增加球磨时间会造成B4C粉末的氧化加剧,对后续工艺产生不利影响。制备的ZrO2和B4C喂料具有良好的假塑性流变特性和很好的均匀性,适合于粉末注射成形。通过实验确定了合适的注射工艺。采用热脱脂工艺脱除注射成形坯料中的粘结剂,ZrO2和B4C试样脱脂后都具有足够的强度,并表现出一定的烧结特性。为了提高效率,研究了B4C陶瓷多微孔喷嘴的空气热脱脂工艺,结果表明空气脱脂温度低于400℃时氧化不明显,并且90%以上的粘结剂已脱除,可以直接进行烧结;继续增加空气脱脂温度会加速B4C的氧化从而出现玻璃相组织并影响烧结特性。烧结后ZrO2和B4C陶瓷多微孔喷嘴的晶粒尺寸细小,有利于提高烧结后试样的力学性能。烧结后ZrO2陶瓷多微孔喷嘴的晶粒尺寸随着烧结温度的增加而长大,力学性能随着烧结温度的增加先增加后减小。对于添加不同助烧剂的B4C试样来说,添加助烧剂可以有效的降低烧结温度达100℃以上。添加SiC-Al2O3-Y2O3助烧剂的试样烧结后获得最好烧结特性和力学性能。烧结后ZrO2和B4C陶瓷多微孔喷嘴的断裂都是沿晶和穿晶混合断裂机制,但是ZrO2多微孔喷嘴以沿晶断裂为主,B4C多微孔喷嘴以穿晶断裂为主。采用粉末注射成形技术制得了性能良好、具有良好圆度的陶瓷多微孔喷嘴哈尔滨工业大学工学博士学位论文和具有500μm、450μm和400μm三种不同尺寸微孔的ZrO2阵列式微孔陶瓷喷嘴,成形件质量好。实现了阵列式微孔零件坯料的一次成形,材料利用率高、成本低。超细粉末的使用提高了烧结后试样的表面质量和力学性能。选择合适的粉末装载量有利于烧结后试样的尺寸精度控制,对烧结后微孔和微孔孔壁的不均匀收缩机制进行了分析研究。关键词:ZrO2;B4C;粉末注射成形;陶瓷多微孔喷嘴;阵列式微孔;显微组织;力学性能AbstractAbstractRecently,withthedevelopmentofminiaturizationofproducts,theapplicationdemandofmicrocomponentswithmicroholesisgrowing.Ceramicmicroholeshavepotentialapplicationasautomotivefuelinjectionnozzles,spinnerethole, coolingholeofjetturbineblade,inkjetprinters,fiberconnectorandbiomedicalfilter,becauseoftheirhighhardness,goodresistancetowearandhightemperatureandexcellentcorrosionresistance.However,theyaredifficulttomanufactureduetotheirbrittlenessandlowplasticity.Ceramicmicroholeshavebeenmanufacturedbysometechnologies,butthehighcost,unexpectedprocessingaccuracyandbadsurfacequalityalwayslimittheirapplication.Powderinjectionmoldinghas advantagesintheproductionofceramicmicroholes,especiallyforceramicmicro-holearraysduetoitslowcost,fineaccuracyandtheadvantagetorealizemass productionandcomplex shapin

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