陶瓷注射成型技術(shù)專家講座

陶瓷注射成型技術(shù)陶瓷部件注射成型是利用塑性材料在壓力下注射成型原理一個(gè)成型原理。在成型過(guò)程中需要將熱塑性材料混合在一起。陶瓷注射成型工藝主要有三個(gè)步驟組成：第一：熱塑性材料與陶瓷粉體混合成熱熔體，然后注射進(jìn)入相對(duì)冷模具中。第二：這種混合熱熔體在模具中冷凝固化。第三：成型后坯體制品被頂出而脫模。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第1頁(yè)陶瓷粉末注射成型技術(shù)概況

粉末注射成型源于20世紀(jì)20年代一個(gè)熱壓鑄成型技術(shù)，當(dāng)初已用于生產(chǎn)汽車(chē)火花塞等產(chǎn)品。20世紀(jì)50年代，用環(huán)氧樹(shù)脂作粘結(jié)劑試制了大量硬質(zhì)合金、難熔金屬、陶瓷等，預(yù)示著此技術(shù)在應(yīng)用中地位。但因理論欠缺，加之制粉、成型和燒結(jié)等技術(shù)存在一系列不足，離應(yīng)用距離還比較遠(yuǎn)。到20世紀(jì)80年代，硬質(zhì)合金、陶瓷領(lǐng)域基礎(chǔ)研究發(fā)展和突破，如超細(xì)粉制備、先進(jìn)陶瓷增韌理論和技術(shù)發(fā)展，使該工藝制備材料性能較50年代有很大提升，促使PIM成為比較成熟復(fù)雜形狀制品制備成型技術(shù)。陶瓷粉末注射成型產(chǎn)品全球銷(xiāo)售收入從80年代末4500萬(wàn)美元到90年代末4.2億美元，并以每年20%~25%速度增加，預(yù)計(jì)到年將到達(dá)24億美元。只有美國(guó),歐洲和日本PIM產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較成熟，而韓國(guó)、新加坡、中國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣地域、印度等地均建有PIM生產(chǎn)廠，但產(chǎn)值尚小，正蓄勢(shì)待發(fā)。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第2頁(yè)陶瓷粉末注射成型技術(shù)應(yīng)用伴隨CIM技術(shù)快速發(fā)展，其已在一些方面得到了應(yīng)用瑞士三分之一手表表殼采取CIM技術(shù)生產(chǎn)，材料是稱永不磨損陶瓷材料氧化鋯日本已將內(nèi)孔直徑為0.015mm氧化鋯光纖接頭實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，每年壟斷了全球數(shù)億美元市場(chǎng)美國(guó)已實(shí)現(xiàn)氧化鋯剪發(fā)推剪生產(chǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)中氮化硅零部件應(yīng)用等在國(guó)內(nèi)中南工業(yè)大學(xué)粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出精密雙螺旋混練機(jī)陶瓷內(nèi)襯和含有雙螺紋陶瓷噴嘴等;而華中科技大學(xué)材料學(xué)院應(yīng)用CIM技術(shù)成功開(kāi)發(fā)出氧化鋯氧傳感器.陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第3頁(yè)陶瓷粉末注射成型基本工藝流程圖陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第4頁(yè)注射成型技術(shù)對(duì)陶瓷粉末要求粉末應(yīng)專門(mén)配制，以求高極限填充密度和低成本；

2)粉末不結(jié)塊團(tuán)聚；3)粉末形狀主要為球形；4)粉末間有足夠摩擦力以防止粘結(jié)劑脫出后坯件變形或塌陷，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)含有小平均粒度，普通要求小于1μm；6)粉末本身致密，無(wú)內(nèi)孔隙；

7)粉末表面清潔，不會(huì)與粘結(jié)劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第5頁(yè)注射成型粘結(jié)劑體系注射成型中粘結(jié)劑有兩個(gè)基本功效。首先在注射成型階段能夠和粉末均勻混合，加熱后能夠使得粉末含有良好流動(dòng)性；其次，粘結(jié)劑能夠在注射成型后和脫脂期間起到維持坯體形狀作用。能夠說(shuō)，粘結(jié)劑是粉末注射成型技術(shù)中關(guān)鍵和關(guān)鍵，每次注射成型工藝提升和突破都伴伴隨新粘結(jié)體系誕生。在CIM中，因?yàn)榉勰┝６缺冉饘俜勰┳⑸涑尚椭屑?xì)小，粉末本身流動(dòng)性差，粉末和粘結(jié)劑混合后粉末之間間隙極小，造成脫脂困難，這就對(duì)粘結(jié)劑提出了更苛刻要求。所以，作為陶瓷注射成型粘結(jié)劑，必須具備以下條件：陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第6頁(yè)陶瓷注射成型粘結(jié)劑必須具備條件（1）好流動(dòng)特征。對(duì)注射成型粘度要適中，粘度太高，粉料不能在粘結(jié)劑中有效分散，不但混練困難，而且極難得到混合均勻坯料，輕易產(chǎn)生成型缺點(diǎn)；粘度太低，會(huì)造成陶瓷粉體和粘結(jié)劑分層。另外粘度不能隨溫度波動(dòng)太大，不然會(huì)產(chǎn)生缺點(diǎn)。（2）粘結(jié)劑必須能很好地潤(rùn)濕粉體，并對(duì)粉體有效好粘附作用。通常為了改進(jìn)粘結(jié)劑潤(rùn)濕性能，要加入一些表面活性物質(zhì)，降低混合物粘度，增加其流動(dòng)性。同時(shí)，粘結(jié)劑經(jīng)過(guò)潤(rùn)濕顆粒以產(chǎn)生毛細(xì)管力吸附顆粒，保持坯體不變形。為了確保坯料穩(wěn)定性，粉體相對(duì)于粘結(jié)劑應(yīng)是惰性。（3）粘結(jié)劑由多組份有機(jī)物組成。單一有機(jī)粘結(jié)劑極難滿足流動(dòng)性要求，且多組份中某一組份被脫脂移出后，形成開(kāi)口氣孔，有利于剩下粘結(jié)劑排除。實(shí)踐證實(shí)，多組份比單一組成粘結(jié)劑脫脂速度要快得多缺點(diǎn)少得多。當(dāng)然多組份粘結(jié)劑有機(jī)聚合物之間是相容。（4）粘結(jié)劑含有較高導(dǎo)熱性和較低熱膨脹系數(shù)。這么不但防止因熱應(yīng)力而產(chǎn)生缺點(diǎn)，且能夠降低坯體所受熱沖擊，降低缺點(diǎn)。（5）另外，粘結(jié)劑還必須含有沒(méi)有毒害，無(wú)污染，不揮發(fā)，不吸潮，循環(huán)加熱性能不改變等。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第7頁(yè)各種粘結(jié)劑體系優(yōu)缺點(diǎn)比較體系主要組元優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)熱塑性體系石蠟、聚乙烯、聚丙烯適用性好、流動(dòng)性好、易于成型、粉末裝載量高、注射過(guò)程易控制脫脂時(shí)間長(zhǎng)、工藝較復(fù)雜熱固性體系環(huán)氧樹(shù)脂、苯酚樹(shù)脂注射坯強(qiáng)度高、脫脂速度快注射過(guò)程不易控制、適用性差、缺點(diǎn)多凝膠體系甲基纖維素、水、甘油、硼酸有機(jī)物少、脫脂速度快生坯強(qiáng)度低、脫脂困難水溶性體系纖維素醚、瓊脂脫脂速度快粉末裝載量小陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第8頁(yè)熱塑性粘結(jié)劑系統(tǒng)熱塑性系統(tǒng)是在粘結(jié)劑系統(tǒng)里引入了熱塑性聚合物，加熱時(shí)熱塑性聚合物在鏈長(zhǎng)方向上以單一基團(tuán)重復(fù)排列而不交叉。其粘度可依據(jù)聚合物分子量大小，分布以及成型溫度來(lái)調(diào)整。這類聚合物很多，常見(jiàn)有：石蠟（PW）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、無(wú)規(guī)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）。為了提升固相裝載量，普通引入增塑劑，潤(rùn)濕劑和表面活性劑，如鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二辛酯、硬脂酸、辛酸、微晶石蠟、鈦酸脂、硅烷。因?yàn)檫@些熱塑性系統(tǒng)粘結(jié)劑流動(dòng)性很好，并能選擇其分子量大小及分布來(lái)調(diào)整其脫脂階段熱降解性故得到廣泛應(yīng)用。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第9頁(yè)CIM中幾個(gè)常見(jiàn)粘結(jié)劑組成

近年來(lái)國(guó)際上各種陶瓷粉末注射成型中經(jīng)慣用到較經(jīng)典粘結(jié)劑，從表中能夠看出，CIM中用粘結(jié)劑體系還主要屬于熱塑性多組分體系。

粉末組成粘結(jié)劑組成體系Si3N4PW+EVA+PP+PE+SAPW+PP+SA熱塑性ZrO2PW+EVA+SA熱塑性Al2O3PW+PP+SA熱塑性SiC/Si3N4PW+SA熱塑性陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第10頁(yè)CIM混料制備

混料是粉末和粘結(jié)劑混合物。在整個(gè)注射成型工藝中，粉末和聚合物粘結(jié)劑混合物制備是最主要步驟之一。工藝要求混料含有良好均勻性、良好流變特征，以及好脫脂特征。只有這三個(gè)方面都照料到粉末注射系統(tǒng)才是一個(gè)成功體系。對(duì)選定混合技術(shù)，起主要作用是混合速率、溫度和時(shí)間。但假如混合速度和溫度太低，不論多長(zhǎng)時(shí)間混料也無(wú)法均勻，因混料將在不均勻水平上到達(dá)平衡，即存在一臨界剪切狀態(tài)。PIM流變學(xué)問(wèn)題主要就是混料粘度評(píng)價(jià)表征問(wèn)題。PIM工藝包括到物料體系和狀態(tài)，可能是純粘性，也可能是粘彈性、粘塑性，故變形流動(dòng)過(guò)程很復(fù)雜，可能現(xiàn)有瞬時(shí)變形，也有對(duì)時(shí)間依存關(guān)系變形（蠕變）。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第11頁(yè)CIM混料練泥機(jī)

練泥機(jī)螺桿、料筒和料斗都采取鍍鉻不銹鋼以增強(qiáng)耐磨性、增加光潔度，預(yù)防異物摻雜；料筒長(zhǎng)度要能夠滿足喂料預(yù)熱，但不宜太長(zhǎng)，以降低摩擦阻力并降低死料，增加原料利用率。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第12頁(yè)混料練泥過(guò)程影響原因

粉末干燥：干燥目標(biāo)是為了去除粉末里水分，不然因?yàn)樗职卜勰?，降低了粉末同粘結(jié)劑之間潤(rùn)濕性，使混合變得困難。另外摻入水分會(huì)在高溫練泥過(guò)程中汽化，造成喂料中夾雜水汽，直接影響喂料質(zhì)量。普通粉末要在200℃條件下干燥2小時(shí)。粉末和粘結(jié)劑粗混：粉末和粘結(jié)劑不能直接在練泥機(jī)上混合擠出，需先在恒溫加熱皿中進(jìn)行粗混，使其粘結(jié)成一體，并能剪切制粒。練泥溫度：必須選擇適當(dāng)練泥溫度，這是因?yàn)闇囟冗^(guò)低，喂料粘度急劇增大，造成喂料和擠出機(jī)之間磨損而帶入雜質(zhì)，另外還可能造成在喂料中夾入氣體，帶入注射成型生坯中產(chǎn)生孔隙。溫度過(guò)高，會(huì)出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，而且喂料表面易出現(xiàn)褶皺和小裂紋，因?yàn)闇囟忍邥?huì)引發(fā)粘結(jié)劑中低分子量成份揮發(fā)，惡化粘結(jié)劑性能并造成粉末同粘結(jié)劑分離。練泥機(jī)轉(zhuǎn)速：練泥時(shí)因螺桿轉(zhuǎn)速太快而引發(fā)高剪切力會(huì)造成喂料中陶瓷粉末對(duì)擠出機(jī)料筒磨損而引入雜質(zhì)，轉(zhuǎn)速太慢則不能產(chǎn)生適當(dāng)剪切力而造成粘結(jié)劑粘度太低，使得混煉均勻變得很困難，從而引發(fā)后續(xù)缺點(diǎn)。故需要將轉(zhuǎn)速同喂料匹配，使喂料在粘度適當(dāng)條件下進(jìn)行混煉。

練泥時(shí)間：時(shí)間過(guò)短則練泥混合效果不好，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則練泥混合效率不高陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第13頁(yè)混料練泥效果比較

右側(cè)為粗混喂料，左側(cè)是經(jīng)過(guò)5次擠練后喂料。經(jīng)過(guò)重復(fù)試驗(yàn)得出，要使處理后ZrO2粉末同粘結(jié)劑混勻必須重復(fù)擠出5次以上，所需時(shí)間約300分鐘。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第14頁(yè)流變學(xué)對(duì)PIM工藝主要性（1）要求混料均勻和組織結(jié)構(gòu)理想。不然PIM成型許多優(yōu)勢(shì)將失去。（2）工藝要優(yōu)化。如填充時(shí)間，9s和12s在試驗(yàn)室相差不大，但對(duì)規(guī)模生產(chǎn)，這種優(yōu)化就很顯著，注射壓力選擇一樣與流變學(xué)準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)親密相關(guān)。（3）物料流動(dòng)分析對(duì)制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)有十分主要意義。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第15頁(yè)注射成型注射成型目標(biāo)是取得所需形狀無(wú)缺點(diǎn)、顆粒均勻排布CIM成型坯體。制備好混料普通可在普通塑料注射成型機(jī)上注射成型，也能夠在專用粉末注射機(jī)上注射成型。成型工藝參數(shù)普通包含注射溫度、注射壓力、注射速度、保壓壓力、保壓冷卻時(shí)間和模溫等。工藝參數(shù)若控制不妥則輕易產(chǎn)生各種缺點(diǎn)。注射缺點(diǎn)不能在后續(xù)工藝中消除，所以此過(guò)程要嚴(yán)格控制，這對(duì)提升產(chǎn)品成品率和材料利用率非常關(guān)鍵。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第16頁(yè)立式注射成型機(jī)陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第17頁(yè)注射成型機(jī)構(gòu)組成可塑化機(jī)構(gòu)（注射機(jī)構(gòu)）合模機(jī)構(gòu)（包含模具）油壓機(jī)構(gòu)電氣控制機(jī)構(gòu)陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第18頁(yè)注射成型模具陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第19頁(yè)注射成型制備氧化鋯坯體陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第20頁(yè)注射成型制備氧化鋯坯體陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第21頁(yè)注射成型過(guò)程中缺點(diǎn)控制在注射成型過(guò)程中缺點(diǎn)控制基本可從兩個(gè)方面考慮：首先是成型溫度、壓力和時(shí)間三者關(guān)系設(shè)定；另首先是填充時(shí)喂料在模腔中流動(dòng)。因?yàn)镃IM產(chǎn)品大多數(shù)是形狀復(fù)雜、精度要求高小尺寸零件，混料在模腔流動(dòng)就牽涉到模具設(shè)計(jì)問(wèn)題，包含進(jìn)料口位置、流道長(zhǎng)度、排氣孔位置等，都需對(duì)混料流動(dòng)性質(zhì)、模腔內(nèi)溫度和殘余應(yīng)力分布等參數(shù)有清楚了解?，F(xiàn)行計(jì)算機(jī)充模過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬，正為注射成型這一步提供理論指導(dǎo)。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第22頁(yè)注射過(guò)程中缺點(diǎn)分析

注射成型過(guò)程中因?yàn)楣に噮?shù)控制不妥，或者是喂料本身缺點(diǎn)，以及模具設(shè)計(jì)不合理等原因，輕易造成諸如欠注、斷裂、孔洞、變形、毛邊等各種缺點(diǎn)。結(jié)合詳細(xì)過(guò)程，對(duì)常見(jiàn)注射缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并加以控制，以提升生產(chǎn)率和喂料利用率。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第23頁(yè)欠注缺點(diǎn)就是指喂料在充模過(guò)程中不能充滿整個(gè)模腔，如圖所表示。普通在剛開(kāi)始注射時(shí)產(chǎn)生，可能是由喂料溫度或模具溫度過(guò)低、加料量不足、喂料粘度過(guò)大等原因引發(fā)。經(jīng)過(guò)增加預(yù)塑時(shí)間升高喂料溫度、升高模具溫度、加大進(jìn)料量、升高注射溫度降低喂料粘度等辦法能夠消除此缺點(diǎn)。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第24頁(yè)斷裂缺點(diǎn)斷裂，如圖所表示。普通發(fā)生在脫模中，往往是脆斷。主要是因?yàn)槟＞邷囟忍停蛘呤潜汉屠鋮s時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使得坯體溫度大幅下降，引發(fā)收縮太大使坯體緊緊箍在下部凸模上，在模具頂出機(jī)構(gòu)強(qiáng)烈沖擊下，很輕易引發(fā)脆斷。經(jīng)過(guò)適當(dāng)升高模溫以及降低保壓和冷卻時(shí)間，在脫模過(guò)程中能夠防止斷裂。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第25頁(yè)孔洞缺點(diǎn)孔洞，指在生坯橫截面上能夠發(fā)覺(jué)孔隙。有是一個(gè)近圓形小孔，有就發(fā)展為幾乎貫通生坯坯體中心通孔，這是常見(jiàn)缺點(diǎn).注射成型樣品不一樣部位產(chǎn)生氣孔原因也不一樣，普通中部產(chǎn)生氣孔較小，原因可能是喂料本身混合不充分并夾有氣體、注射溫度太高造成粉末同粘結(jié)劑分離。對(duì)應(yīng)可經(jīng)過(guò)調(diào)整喂料質(zhì)量，降低模溫和注射溫度等辦法消除。而底部產(chǎn)生氣孔較大，有甚至是周身或半周身通孔。產(chǎn)生這么孔洞原因主要是注射時(shí)底部排氣不充分而使樣品夾入氣體。因?yàn)闃悠飞喜勘诒《撞勘诤?，注射過(guò)程中流動(dòng)性喂料在注射壓力下從上向下流動(dòng)沖模，當(dāng)喂料流體抵達(dá)底部時(shí)，空腔截面面積突然變大，喂料會(huì)沿內(nèi)側(cè)經(jīng)樣品最底面漸進(jìn)沖模，這么一來(lái)最終被沖模地方不是空腔最底面，而是薄壁和厚壁接合處。所以模具上開(kāi)在底面排氣孔并不能充分排氣，使得氣體聚集，形成比較大孔洞。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第26頁(yè)變形和飛邊缺點(diǎn)變形。在脫模過(guò)程中，因?yàn)槟＞邷囟容^高或保壓冷卻時(shí)間太短，生坯溫度比較高，沒(méi)有收縮但有較強(qiáng)附著力，這使得它整個(gè)附著在上部凹模中，需要手動(dòng)拔出，而且坯體本身強(qiáng)度不高，這么就造成坯體變形或脫模部位不整齊。經(jīng)過(guò)降低模具溫度或者增加保壓冷卻時(shí)間，能夠在脫模過(guò)程中防止樣品變形。飛邊。普通出現(xiàn)在上下模板接合處。原因可能是鎖模力較小，或者是模板之間夾雜有異物，使得兩模板難得準(zhǔn)確配合。因?yàn)樵囼?yàn)中所用立式注射機(jī)兩模板上下排列，注射過(guò)程中余料和其它雜物很輕易掉落在下模板上，假如去除不及時(shí)或完全，就會(huì)造成兩模板接合處配合不準(zhǔn)確，形成飛邊。經(jīng)過(guò)調(diào)整模板位置增加鎖模力以及每次注射完認(rèn)真仔細(xì)去除模板上雜物，能夠防止飛邊產(chǎn)生。

陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第27頁(yè)脫脂工藝脫脂是經(jīng)過(guò)加熱及其它物理方法將成型體內(nèi)有機(jī)物排除并產(chǎn)生少許燒結(jié)過(guò)程。與配料、成型、燒結(jié)及陶瓷部件后加工過(guò)程相比，脫脂是注射成型中最困難和最主要原因。脫脂過(guò)程不正確工藝方式和參數(shù)使產(chǎn)品收縮不一致，造成變形、開(kāi)裂、應(yīng)力和夾雜。脫脂對(duì)其后燒結(jié)也很主要，在脫脂過(guò)程中產(chǎn)生裂紋和變形不能經(jīng)過(guò)燒結(jié)來(lái)填補(bǔ)。粘結(jié)劑和脫脂是聯(lián)絡(luò)在一起，粘結(jié)劑決定脫脂方式。當(dāng)前脫脂工藝除了傳統(tǒng)熱脫脂、溶劑脫脂外，還有最近幾年發(fā)展起來(lái)催化脫脂以及水基萃取脫脂.陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第28頁(yè)熱脫脂熱脫脂是指將成型坯體加熱到一定溫度，使粘結(jié)劑蒸發(fā)或者分解生成氣體小分子，氣體分子經(jīng)過(guò)擴(kuò)散或滲透方式傳輸?shù)匠尚团黧w表面。熱脫脂過(guò)程十分遲緩，對(duì)厚壁產(chǎn)品更是如此，因?yàn)槊撝瑫r(shí)間與制品厚度平方成正比。為了提升熱脫脂效率，依據(jù)有機(jī)物對(duì)微波吸收特征不一樣，采取微波加熱脫脂，大大地縮短了脫脂時(shí)間.陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第29頁(yè)脫脂工藝曲線陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第30頁(yè)熱脫脂工藝影響原因?qū)崦撝に嚠a(chǎn)生影響原因眾多：粘結(jié)劑特征，粉末形狀和粒度，脫脂升溫速度，脫脂分段保溫溫度選擇，分段保溫時(shí)間等，須綜合考慮，才能得到適當(dāng)脫脂工藝。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第31頁(yè)溶劑脫脂溶劑脫脂首先是溶劑分子擴(kuò)散進(jìn)入CIM成型坯，然后粘結(jié)劑溶解于溶劑中形成粘結(jié)劑—溶劑溶體，粘結(jié)劑分子在成型坯內(nèi)經(jīng)過(guò)粘結(jié)劑—溶劑溶體擴(kuò)散至成型坯表面，擴(kuò)散到成型坯表面粘結(jié)劑分子脫離成型坯進(jìn)入溶劑溶液中。溶劑脫脂特點(diǎn)是效率高，脫脂時(shí)間短，同時(shí)，因?yàn)槠渲芯酆衔锊蝗芙猓撝瑫r(shí)仍可保持坯體不變形，但它易產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象，造成坯體開(kāi)裂.陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第32頁(yè)催化脫脂催化脫脂首先由德國(guó)著名BASF企業(yè)開(kāi)發(fā)。其原理是利用一個(gè)催化劑把有機(jī)載體分子分解為較小可揮發(fā)分子，這些分子比其它脫脂過(guò)程中有機(jī)載體分子有較高蒸汽壓，能快速地?cái)U(kuò)散出坯體。催化脫脂工藝所采取粘結(jié)劑體系普通是由聚醛樹(shù)脂和起穩(wěn)定作用添加劑組成。聚醛基體系因?yàn)闃O性高和陶瓷粉體之間相容性好，成型坯體強(qiáng)度高。在酸蒸汽催化作用下，聚醛類解聚反應(yīng)普通在110~150℃之間快速進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物是氣態(tài)甲醛單體。此反應(yīng)溫度低于聚甲醛樹(shù)脂熔點(diǎn)，以預(yù)防液相生成。這么就防止了熱脫脂過(guò)程中因?yàn)樯梢合喽斐缮鬈浕蛞驗(yàn)橹亓?、?nèi)應(yīng)力或粘性流動(dòng)影響而產(chǎn)生變形和缺點(diǎn)。氣態(tài)酸不透過(guò)粘結(jié)劑，反應(yīng)只是在氣體和粘結(jié)劑界面上進(jìn)行。氣體擴(kuò)散限制在已形成多孔外殼上，在生坯內(nèi)部不會(huì)形成壓力。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第33頁(yè)水基萃取脫脂水基萃取脫脂是在萃取脫脂工藝基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)改進(jìn)而發(fā)展起來(lái)一個(gè)新型脫脂方法。美國(guó)TPT企業(yè)已把這種工藝應(yīng)用于生產(chǎn)（Thermal方法）。此法所用粘結(jié)劑可分為兩部分：一部分是水溶性，如聚乙二醇（PEG）、聚環(huán)氧乙烷（PEO）等；另一部分是不溶于水，如聚乙烯縮丁醛樹(shù)脂等聚醛類樹(shù)脂。脫脂也分為兩個(gè)階段進(jìn)行：坯體浸于水，水溶性粘結(jié)劑經(jīng)過(guò)水瀝?。╨eaching）作用而被脫除，然后部分不溶于水粘結(jié)劑可經(jīng)過(guò)加熱等方法進(jìn)行脫除。這要求水溶性和不溶兩部分粘結(jié)劑在液態(tài)下能完全混溶，且混溶過(guò)程快，在不需要很多能量下30分鐘內(nèi)就能夠完成，并形成均勻異相溶液。坯體在40~60℃水中脫脂，為控制瀝取速度和水對(duì)坯體影響，水要經(jīng)過(guò)去離子處理或加入一些特殊添加劑。普通在3小時(shí)之內(nèi)就可把水溶性粘結(jié)劑脫完，這時(shí)坯體內(nèi)已形成連續(xù)孔道，為不溶性粘結(jié)劑脫脂提供便利路徑，普通熱脫除時(shí)間為2小時(shí)左右。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第34頁(yè)幾個(gè)脫脂工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較脫脂工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)熱脫脂理論發(fā)展成熟、工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低、不需特殊設(shè)備脫脂速率低、<1mm/h.僅適于小型器件、爐溫控制困難、有缺點(diǎn)溶劑脫脂效率高、脫脂時(shí)間短工藝復(fù)雜、需特殊設(shè)備、且對(duì)環(huán)境和人體有害、有變形虹吸脫脂可將脫脂速率提升到1-2mm/h、適于壁厚器件、無(wú)變形有機(jī)載體粉末附著在陶瓷坯體上難以去除、粘結(jié)劑體系有限催化脫脂可將脫脂速率提升到1-2mm/h、適于壁厚器件、無(wú)變形脫脂分解氣體有毒、需特殊設(shè)備并進(jìn)行酸化處理、投資高水基萃取安全可靠、操作工序簡(jiǎn)單并和環(huán)境保護(hù)要求相適應(yīng)、脫脂速度快粘結(jié)劑體系有限微波脫脂加熱速度快、無(wú)溫度梯度和熱應(yīng)力、節(jié)約能量加熱過(guò)程極難控制陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第35頁(yè)燒結(jié)

燒結(jié)工藝主要是控制陶瓷晶粒尺寸長(zhǎng)大，取得所需要相態(tài)材料，并確保得到高燒結(jié)密度和致密陶瓷燒結(jié)體。燒結(jié)工藝兩個(gè)主要參數(shù):燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第36頁(yè)不一樣溫度氧化鋯燒結(jié)試樣斷口SEM圖片

1500℃1550℃1600℃陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第37頁(yè)不一樣溫度氧化鋯燒結(jié)試樣斷口SEM分析在1500℃時(shí)顆粒圓滑，保持原有未燒結(jié)粉末形貌，1550℃燒結(jié)樣品斷口呈經(jīng)典解理斷口，顆粒尺寸為1μm左右，有不連續(xù)氣孔存在。1600℃燒結(jié)斷口，也為解理型斷口，但顆粒尺寸和空隙尺寸較大，顆粒尺寸約為1.5~2μm，有顯著長(zhǎng)大。陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第38頁(yè)燒結(jié)溫度對(duì)相對(duì)密度和收縮率影響陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第39頁(yè)燒結(jié)體相態(tài)組成份析燒結(jié)樣品中ZrO2主晶相為四方相，但也有少許單斜相。1550℃燒結(jié)樣品中四方相含量約占85%，而1600℃燒結(jié)樣品中四方相含量?jī)H占65%左右，單斜相含量顯著增多。這說(shuō)明伴隨燒結(jié)溫度升高，晶粒尺寸變大，促使四方相在低溫下轉(zhuǎn)變成單斜相。所以過(guò)高燒結(jié)溫度盡管增加了樣品致密度，但不利于取得細(xì)晶粒，保持四方相穩(wěn)定。

a）1550℃燒結(jié)樣品；b）1600℃燒結(jié)樣品陶瓷注射成型技術(shù)專家講座第40頁(yè)新型陶瓷粉末注射成型工藝

粉末共注成型技術(shù)粉末共注成型技術(shù)（PCM）是粉末注射成型一個(gè)新發(fā)展。此技術(shù)使用雙料筒注射成型機(jī)把兩種不一樣粉末/粘結(jié)劑混合料相繼注入模腔。這種工藝使得表面處理在注射成型時(shí)完成而不是在制備成品之后再進(jìn)行。能把產(chǎn)品制備和表面處理在一道工序中完成，其本身從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度考慮就有很大吸引力。低壓注射成型技術(shù)就注射工藝本身而言，低壓注射過(guò)程要優(yōu)于高壓注射。普通粘度在1.5-4.0Pa·s之間喂料能夠由0.8Mpa壓縮空氣完成沖模過(guò)程，這么能夠去掉傳