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来源：鑫台铭时间：2020-04-02 11:34浏览次数：- |

精密陶瓷是近三十年材料科学领域中迅速发展起来的一大分支。但陶瓷材料本身固有的高硬度、低韧性使其不能进行普通的变形加工，机械加工也很困难。常规的粉末冶金工艺已不能满足要求，而注射成型工艺在很大程度上解决了这个问题。

陶瓷粉末成型机（简称cim）是近代粉末注射成型技术的一个分支，是从现代粉末注射成型技术中发展起来的一项新型成型技术，它具有一次性成型复杂形状制品、产品尺寸精度高、无需机械加工或只需微量加工、易于实现生产自动化和产品性能优异的特点，弥补了传统粉末冶金工艺的不足。

1、陶瓷粉末成型机的技术特点

从技术特点来说，陶瓷粉末注射成型和金属粉末注射成型类似，理论上任何形式的陶瓷粉末原料，都能利用cim工艺制造形状复杂、精度高的产品。

综合国内外文献及研究生产现状和趋势，可以归纳出陶瓷粉末注射成型工艺的主要特点如下：

(1)可自由地直接制造几何形状复杂的制品。

(2)成型周期短，仅为浇注、热压成型时间的几十分之一至几百分之一，坯件的强度高，可自动化生产，生产过程中的管理和控制也很方便，适宜大批量生产。

(3)由于粘结剂有较好的流动性，注射成型坯件的致密度相当均匀。

(4)由于注射成型加入的粘结剂较多，故脱脂时间长，尤其是厚度大的制品，脱脂时间可能长达100-200小时。

(5)由于粉末和粘结剂的混合很均匀，粉末之间的间隙很小，烧结过程中的收缩特性基本一致，所以制品各部位密度均匀，几何尺寸精度高。

2. 陶瓷粉末成型机工艺的几大要素

2.1 原料粉末的选用

价廉质优的粉末是cmi工艺的关键因素之一，所选用的陶瓷粉末的物理化学特性，如颗粒形貌、大小、分布及比表面积等对混合熔体的流变性能有很大的影响，陶瓷粉末的特性对注射成型熔体的影响主要体现在固相体积分数、粉末粒径和粒度分布几个方面。

综合考虑，除了一般粉末注射成型对原料粉末所要求的如粉末无团聚、洁净无杂质等要求外，cmi对粉末的性能还有一些特殊要求，理想的陶瓷粉末应能满足注射成型对熔体流变性能的要求，提高成型过程的稳定性，且要对陶瓷粉末的粒度分布进行优化，提高固相体积分数或降低悬浮体粘度。

2.2 粘结剂的选用

粘结剂是cmi技术中的核心和关键。

粘结剂和粉末的均匀混合，可提高粉末流动性，能使粉末填充成预期形状，它对整个工艺有重要影响，因此粘结剂的成分及配置是注射成型中最保密的技术诀窍，这方面申请的专利也最多。cim用粘结剂须具备以下性能：

(1)流动特性：流动性的好坏与粘结剂的分子量大小和分布有关，一般低分子量的粘结剂粘度较低，流动性好，而高分子量粘结剂粘度较高，流动性较差。一般我们认为，注射成型温度下粘结剂的粘度要小于0.1pa.s，且粘度随温度的波动不能太大。

(2)粘结剂与粉末的关系：粘结剂必须能很好地润湿粉体，并对粉体有较好的黏附作用，粘结剂与粉体的润湿角要小，通常为了改善粘结剂的润湿性能，要加入一些表面活性剂，如硬脂酸盐、钛酸盐等。同时粘结剂通过润湿颗粒产生毛细管力吸附颗粒，保持坯体不变形。此外，粘结剂相对于粉末来说应是惰性的。

(3)粘结剂由多组分有机物组成：为满足喂料的流动性要求，单一品种的有机粘结剂很难达到，且多组分有机聚合物组成的粘结剂对脱脂更为有利，同时粘结剂各组元有机聚合物之间的相容性要好。

(4)粘结剂具有较高的导热性和较低的热膨胀系数：较高的导热性能在较大的区域内把热能散开，避免因热应力而产生缺陷，而较低的热膨胀系数可减少坯体所受热冲击，减少缺陷。

此外，粘结剂还必须具有无毒害、不污染环境、不挥发、不吸潮、循环加热性能不变化等。

2.3 混料过程

注射成型前，必须将陶瓷粉末与粘结剂充分混合均匀，选定粘结剂配方后，应将添加量限制在所需的最低限度。

混合顺序是先加入熔点高、粒径大的粘结剂混合，溶化，再依次加上熔点低的成分，并加上粉体，最后加增塑剂，一般要混匀30分钟以上。

有三种混合器适合制备用于陶瓷注射成型的混合物，间歇操作的是轧制机和banbury密炼机，而挤压机是半连续操作的。挤压机一般为单螺杆式或双螺杆式，而后者更有效。许多螺杆挤压机的显著特点就是流道的几何结构的多样性和变化，这是为了避免出现物料中有未被混合的情况。

2.4 注射成型过程

注射成形是指将粒料用注射成型机加热软化后注入模具，在模具中冷却重新固化而制得所需形状的工艺过程。注射成型机由注射装置、合模装置(模具安装部分)、液压装置和电气控制装置所组成。

注射成型陶瓷材料要求注射机的相应零部件能耐磨损，特别是注射机的螺杆、止回阀和料筒。

2.5 脱脂过程

烧结前需进行脱脂，脱脂即将注射成型中的粘结剂组元用物理或化学的方法脱除的过程，它是陶瓷注射成型工艺过程中耗时最长的一步，也是极为关键的一步。

随着粘结剂体系的增加和改进，形成了多种新的cim脱脂方法，包括溶剂脱脂、虹吸脱脂、催化脱脂、水基萃取脱脂、超临界萃取脱脂、微波脱脂等。

2.6 烧结过程

脱脂结束后，脱脂尺寸与预制件几乎没有什么不同，即为多孔质成形体，密度较低，因此需通过高温烧结来获得高性能致密制品。粉末冶金中的各种烧结法及致密化措施均适用于cim中。烧结速度与黏性流动、凝结、容积扩散、表面扩散等有关。粒子的直径越小、熔融粘度越低，且表面张力越大，烧结速度就越快。而且烧结后，制品一般会有约13-20%的收缩率。

3. 陶瓷粉末成型机工艺的应用

（一）航航空航天工业典型产品主要包括：涡轮转子、叶片、飞机宇航器轴承、配套件火箭鼻锥等。

（二）汽车业典型产品主要包括：火花塞、汽车发动机、阀门、活塞、涡轮增压器转子、喷嘴等。

（三）电子业典型产品主要包括：光导纤维导管、集成电路基板、电阻器、发热元件等。

（四）医疗典型产品主要包括：人工骨、人工关节、人工牙床、牙托、医用刀具等。

（五）日用品典型产品主要包括：手表表壳、理发推剪、绝缘体、弹簧等。