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一文了解陶瓷粉末成型機

來(lái)源：鑫臺銘時(shí)間：2020-04-02 11:34瀏覽次數：- | 分享加入收藏

精密陶瓷是近三十年材料科學(xué)領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來(lái)的一大分支。但陶瓷材料本身固有的高硬度、低韌性使其不能進(jìn)行普通的變形加工，機械加工也很困難。常規的粉末冶金工藝已不能滿(mǎn)足要求，而注射成型工藝在很大程度上解決了這個(gè)問(wèn)題。

陶瓷粉末成型機（簡(jiǎn)稱(chēng)CIM）是近代粉末注射成型技術(shù)的一個(gè)分支，是從現代粉末注射成型技術(shù)中發(fā)展起來(lái)的一項新型成型技術(shù)，它具有一次性成型復雜形狀制品、產(chǎn)品尺寸精度高、無(wú)需機械加工或只需微量加工、易于實(shí)現生產(chǎn)自動(dòng)化和產(chǎn)品性能優(yōu)異的特點(diǎn)，彌補了傳統粉末冶金工藝的不足。

1、陶瓷粉末成型機的技術(shù)特點(diǎn)

從技術(shù)特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，陶瓷粉末注射成型和金屬粉末注射成型類(lèi)似，理論上任何形式的陶瓷粉末原料，都能利用CIM工藝制造形狀復雜、精度高的產(chǎn)品。

綜合國內外文獻及研究生產(chǎn)現狀和趨勢，可以歸納出陶瓷粉末注射成型工藝的主要特點(diǎn)如下：

(1)可自由地直接制造幾何形狀復雜的制品。

(2)成型周期短，僅為澆注、熱壓成型時(shí)間的幾十分之一至幾百分之一，坯件的強度高，可自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中的管理和控制也很方便，適宜大批量生產(chǎn)。

(3)由于粘結劑有較好的流動(dòng)性，注射成型坯件的致密度相當均勻。

(4)由于注射成型加入的粘結劑較多，故脫脂時(shí)間長(cháng)，尤其是厚度大的制品，脫脂時(shí)間可能長(cháng)達100-200小時(shí)。

(5)由于粉末和粘結劑的混合很均勻，粉末之間的間隙很小，燒結過(guò)程中的收縮特性基本一致，所以制品各部位密度均勻，幾何尺寸精度高。

2. 陶瓷粉末成型機工藝的幾大要素

2.1 原料粉末的選用

價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的粉末是CMI工藝的關(guān)鍵因素之一，所選用的陶瓷粉末的物理化學(xué)特性，如顆粒形貌、大小、分布及比表面積等對混合熔體的流變性能有很大的影響，陶瓷粉末的特性對注射成型熔體的影響主要體現在固相體積分數、粉末粒徑和粒度分布幾個(gè)方面。

綜合考慮，除了一般粉末注射成型對原料粉末所要求的如粉末無(wú)團聚、潔凈無(wú)雜質(zhì)等要求外，CMI對粉末的性能還有一些特殊要求，理想的陶瓷粉末應能滿(mǎn)足注射成型對熔體流變性能的要求，提高成型過(guò)程的穩定性，且要對陶瓷粉末的粒度分布進(jìn)行優(yōu)化，提高固相體積分數或降低懸浮體粘度。

2.2 粘結劑的選用

粘結劑是CMI技術(shù)中的核心和關(guān)鍵。

粘結劑和粉末的均勻混合，可提高粉末流動(dòng)性，能使粉末填充成預期形狀，它對整個(gè)工藝有重要影響，因此粘結劑的成分及配置是注射成型中最保密的技術(shù)訣竅，這方面申請的專(zhuān)利也最多。CIM用粘結劑須具備以下性能：

(1)流動(dòng)特性：流動(dòng)性的好壞與粘結劑的分子量大小和分布有關(guān)，一般低分子量的粘結劑粘度較低，流動(dòng)性好，而高分子量粘結劑粘度較高，流動(dòng)性較差。一般我們認為，注射成型溫度下粘結劑的粘度要小于0.1Pa.s，且粘度隨溫度的波動(dòng)不能太大。

(2)粘結劑與粉末的關(guān)系：粘結劑必須能很好地潤濕粉體，并對粉體有較好的黏附作用，粘結劑與粉體的潤濕角要小，通常為了改善粘結劑的潤濕性能，要加入一些表面活性劑，如硬脂酸鹽、鈦酸鹽等。同時(shí)粘結劑通過(guò)潤濕顆粒產(chǎn)生毛細管力吸附顆粒，保持坯體不變形。此外，粘結劑相對于粉末來(lái)說(shuō)應是惰性的。

(3)粘結劑由多組分有機物組成：為滿(mǎn)足喂料的流動(dòng)性要求，單一品種的有機粘結劑很難達到，且多組分有機聚合物組成的粘結劑對脫脂更為有利，同時(shí)粘結劑各組元有機聚合物之間的相容性要好。

(4)粘結劑具有較高的導熱性和較低的熱膨脹系數：較高的導熱性能在較大的區域內把熱能散開(kāi)，避免因熱應力而產(chǎn)生缺陷，而較低的熱膨脹系數可減少坯體所受熱沖擊，減少缺陷。

此外，粘結劑還必須具有無(wú)毒害、不污染環(huán)境、不揮發(fā)、不吸潮、循環(huán)加熱性能不變化等。

2.3 混料過(guò)程

注射成型前，必須將陶瓷粉末與粘結劑充分混合均勻，選定粘結劑配方后，應將添加量限制在所需的最低限度。

混合順序是先加入熔點(diǎn)高、粒徑大的粘結劑混合，溶化，再依次加上熔點(diǎn)低的成分，并加上粉體，最后加增塑劑，一般要混勻30分鐘以上。

有三種混合器適合制備用于陶瓷注射成型的混合物，間歇操作的是軋制機和Banbury密煉機，而擠壓機是半連續操作的。擠壓機一般為單螺桿式或雙螺桿式，而后者更有效。許多螺桿擠壓機的顯著(zhù)特點(diǎn)就是流道的幾何結構的多樣性和變化，這是為了避免出現物料中有未被混合的情況。

2.4 注射成型過(guò)程

注射成形是指將粒料用注射成型機加熱軟化后注入模具，在模具中冷卻重新固化而制得所需形狀的工藝過(guò)程。 注射成型機由注射裝置、合模裝置(模具安裝部分)、液壓裝置和電氣控制裝置所組成。

注射成型陶瓷材料要求注射機的相應零部件能耐磨損，特別是注射機的螺桿、止回閥和料筒。

2.5 脫脂過(guò)程

燒結前需進(jìn)行脫脂，脫脂即將注射成型中的粘結劑組元用物理或化學(xué)的方法脫除的過(guò)程，它是陶瓷注射成型工藝過(guò)程中耗時(shí)最長(cháng)的一步，也是極為關(guān)鍵的一步。

隨著(zhù)粘結劑體系的增加和改進(jìn)，形成了多種新的CIM脫脂方法，包括溶劑脫脂、虹吸脫脂、催化脫脂、水基萃取脫脂、超臨界萃取脫脂、微波脫脂等。

2.6 燒結過(guò)程

脫脂結束后，脫脂尺寸與預制件幾乎沒(méi)有什么不同，即為多孔質(zhì)成形體，密度較低，因此需通過(guò)高溫燒結來(lái)獲得高性能致密制品。粉末冶金中的各種燒結法及致密化措施均適用于CIM中。燒結速度與黏性流動(dòng)、凝結、容積擴散、表面擴散等有關(guān)。粒子的直徑越小、熔融粘度越低，且表面張力越大，燒結速度就越快。而且燒結后，制品一般會(huì )有約13-20%的收縮率。

3. 陶瓷粉末成型機工藝的應用

（一）航航空航天工業(yè) 典型產(chǎn)品主要包括：渦輪轉子、葉片、飛機宇航器軸承、配套件火箭鼻錐等。

（二）汽車(chē)業(yè) 典型產(chǎn)品主要包括：火花塞、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機、閥門(mén)、活塞、渦輪增壓器轉子、噴嘴等。

（三）電子業(yè) 典型產(chǎn)品主要包括：光導纖維導管、集成電路基板、電阻器、發(fā)熱元件等。

（四）醫療 典型產(chǎn)品主要包括：人工骨、人工關(guān)節、人工牙床、牙托、醫用刀具等。

（五）日用品 典型產(chǎn)品主要包括：手表表殼、理發(fā)推剪、絕緣體、彈簧等。

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本文標簽：陶瓷粉末成型機 鑫臺銘

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