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一文了解陶瓷注射成型技術(shù)

2019-02-23

陶瓷注射成型(Ceramic Injection Molding, 簡稱CIM)是近代粉末注射成型(Powder Injection Molding致份,簡稱PIM)技術(shù)的一個分支晶襟,它是一種近凈尺寸陶瓷可塑成型方法,是當今國際上發(fā)展最快种洛、應用最廣的陶瓷零部件精密制造技術(shù)百览。

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陶瓷注射成型技術(shù)原理

陶瓷注射成型是將聚合物注射成型方法與陶瓷制備工藝相結(jié)合而發(fā)展起來的一種制備陶瓷零部件的新工藝映情。在成型過程中需要將熱塑性材料混合在一起拔泪。

陶瓷注射成型工藝主要有三個環(huán)節(jié)構(gòu)成:

1、熱塑性材料與陶瓷粉體混合成熱熔體阱墩,然后注射進入相對冷的模具中谍臀。

2、這種混合熱熔體在模具中冷凝固化局该。

3抡杈、成型后的坯體制品被頂出而脫模。

 

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陶瓷注射成型技術(shù)和工藝優(yōu)勢

1涉佑、可快速而自動地進行批量生產(chǎn)加梁,且對其工藝過程可以進行精確的控制顶质;

2、由于流動充模融蹂,使生坯密度均勻旺订;

3、由于高壓注射超燃,使得混料中粉末含量大幅提高区拳,減少燒結(jié)產(chǎn)品的收縮,使產(chǎn)品尺寸精確可控意乓,公差可達±0.1%~0.2%樱调,性能優(yōu)越;

4届良、無須機械加工或只需微量加工笆凌,降低制備成本;

5士葫、可成型復雜形狀的菩颖,帶有橫孔、斜孔为障、凹凸面晦闰、螺紋、薄壁鳍怨、難以切削加工的陶瓷異形件散烂,有著廣泛的應用前景。


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陶瓷注射成型技術(shù)發(fā)展歷程

1估横、粉末注射成型源于20世紀20年代的一種熱壓鑄成型技術(shù)变钙,當時已用于生產(chǎn)汽車火花塞等產(chǎn)品。

2台筷、20世紀50年代挥棒,用環(huán)氧樹脂作粘結(jié)劑試制了大量的硬質(zhì)合金、難熔金屬售微、陶瓷等芭惠,預示著此技術(shù)在應用中的地位。但因理論欠缺甩腻,加之制粉弦离、成型和燒結(jié)等技術(shù)存在一系列不足,離應用的距離還比較遠昭仲。

3棵章、到20世紀80年代,硬質(zhì)合金、陶瓷領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的發(fā)展和突破缓溅,如超細粉制備蛇损、先進陶瓷增韌理論和技術(shù)的發(fā)展,使該工藝制備的材料性能較50年代有很大的提高坛怪,促使PIM成為比較成熟的復雜形狀制品的制備成型技術(shù)州藕。

4、陶瓷粉末注射成型產(chǎn)品全球銷售收入從80年代末的4500萬美元到90年代末的4.2億美元酝陈,并以每年20%~25%的速度增長床玻。

但是,只有美國,歐洲和日本的PIM產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較成熟沉帮,而韓國锈死、新加坡、中國穆壕、中國臺灣地區(qū)待牵、印度等地均建有PIM生產(chǎn)廠,但產(chǎn)值尚小喇勋,正蓄勢待發(fā)缨该。

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注射成型過程中缺陷分析

注射成型過程中由于工藝參數(shù)控制不當,或者是喂料本身缺陷判逊,以及模具設(shè)計不合理等因素饿遏,容易造成諸如欠注、斷裂殊纫、孔洞替熊、變形、毛邊等各種缺陷厌哈。結(jié)合具體過程掘顾,對常見的注射缺陷進行分析,并加以控制钟肴,以提高生產(chǎn)率和喂料的利用率累踱。

1、欠注缺陷苏狠,指喂料在充模過程中不能充滿整個模腔惫借,如圖所示。一般在剛開始注射時產(chǎn)生舒贼,可能是由喂料溫度或模具溫度過低丰吐、加料量不足虑稼、喂料粘度過大等因素引起的琳钉。通過增加預塑時間升高喂料溫度、升高模具溫度、加大進料量歌懒、升高注射溫度降低喂料粘度等措施可以消除此缺陷啦桌。

2、斷裂缺陷斷裂及皂,如圖所示甫男。一般發(fā)生在脫模中,往往是脆斷验烧。主要是因為模具溫度太低板驳,或者是保壓和冷卻時間過長,使得坯體溫度大幅下降碍拆,引起的收縮太大使坯體緊緊箍在下部凸模上若治,在模具頂出機構(gòu)的強烈沖擊下,很容易引起脆斷感混。通過適當升高模溫以及減少保壓和冷卻時間端幼,在脫模過程中可以避免斷裂。

3憨箍、孔洞缺陷王捧,孔洞,指在生坯的橫截面上可以發(fā)現(xiàn)的孔隙遇娜。有的是一個近圓形的小孔匹忙,有的就發(fā)展為幾乎貫穿生坯坯體的中心通孔,這是常見的缺陷区呕,注射成型樣品不同部位產(chǎn)生的氣孔的原因也不一樣类繁。

一般中部產(chǎn)生的氣孔較小,原因可能是喂料本身混合不充分并夾有氣體乌骇、注射溫度太高造成粉末同粘結(jié)劑分離撞浪。相應可通過調(diào)整喂料質(zhì)量,降低模溫和注射溫度等措施消除序摔。而底部產(chǎn)生的氣孔較大炭央,有的甚至是周身或半周身通孔。產(chǎn)生這樣孔洞的原因主要是注射時底部排氣不充分而使樣品夾入氣體柱悬。因為樣品上部壁薄而底部壁厚熙掺,注射過程中流動性喂料在注射壓力下從上向下流動沖模,當喂料流體到達底部時咕宿,空腔截面面積突然變大币绩,喂料會沿內(nèi)側(cè)經(jīng)樣品最底面漸進沖模,這樣一來最后被沖模的地方不是空腔最底面府阀,而是薄壁和厚壁的接合處缆镣。因此模具上開在底面的排氣孔并不能充分排氣芽突,使得氣體聚集,形成比較大的孔洞董瞻。  

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陶瓷注射成型技術(shù)的應用

目前寞蚌,陶瓷注射成型技術(shù)開始向精密化發(fā)展,研究與開發(fā)的重點由過去的高溫非氧化物陶瓷(如氮化硅钠糊、碳化硅)擴展為氧化物陶瓷(如氧化鋯挟秤、氧化鋁)、功能陶瓷抄伍、生物陶瓷產(chǎn)品艘刚,種類越來越多,其主要應用領(lǐng)域如下截珍。

1讹荣、光通訊用精密陶瓷部件

主要有光纖連接器用氧化鋯多晶陶瓷插芯和陶瓷套管。因為其尺寸小保跨、精度高合杜、內(nèi)孔直徑只有125微米,因此只能采用注射成型强媚。目前光纖連接器所需陶瓷插芯和陶瓷套管主要由中國制造断迁,包括廣東潮州三環(huán)和湖南正陽公司,而日本京瓷捞幅、東陶迎硼、Adamand等國外公司生產(chǎn)的產(chǎn)品在不斷減少。

光纖連接器用陶瓷插芯與套管

2闲窃、生物陶瓷制品

主要包括人造陶瓷牙齒雹税、種植牙陶瓷固定螺桿、人工關(guān)節(jié)骇诈、固定牙冠套旧庶、牙齒正畸用陶瓷托槽等,如圖3所示浊洞。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計牵敷,牙齒畸形并發(fā)率約為49%,在美國50-60%的家庭都會進行牙齒正畸法希,必須配帶牙齒矯形托槽枷餐。采用陶瓷注射成型生產(chǎn)的該類產(chǎn)品尺寸精度高且性能良好,在國內(nèi)的市場前景開闊苫亦。

生物陶瓷制品

3 毛肋、文化生活用陶瓷

陶瓷粉末注射成型已成功用于陶瓷表殼、表鏈的制備屋剑,如香奈兒國際品牌陶瓷表和瑞士“雷達”永不磨損高檔手表的表殼和表鏈润匙。近幾年高檔手機的外殼和按鍵也采用陶瓷注射成型诗眨,均采用耐磨ZrO2陶瓷材料,拋光后表面粗糙度控制在30 nm左右趁桃。

陶瓷表殼辽话、表鏈肄鸽、手機蓋板卫病、外殼

4 、電子用精密陶瓷部件

在IT和電子行業(yè)中啄灭,元器件散熱需要用到風扇膏娃,風扇中馬達若采用陶瓷軸承即可減少噪音,又可延長壽命囊喜,比金屬軸承具有更大優(yōu)越性蚜再。ZrO2和Si3N4陶瓷不僅耐磨性好,斷裂韌性高汪具,而且具有一定的自潤滑性率敞,因此是制造陶瓷軸承的理想候選材料。

電子用精密陶瓷部件

5滞逼、 機電工業(yè)用精密陶瓷部件

包括各種氧化鋁(Al2O3)體系絕緣陶瓷零部件灯狠,如集成電路封裝管殼;電真空開關(guān)陶瓷管泄肆;微波爐中磁控管用絕緣陶瓷等黔晶;圖示為英國摩根公司生產(chǎn)的直接驅(qū)動馬達陶瓷部件,以及磁盤驅(qū)動部件等鹤协。

機電工業(yè)用精密陶瓷部件

6椎沟、 透明氧化鋁陶瓷產(chǎn)品

許多透明氧化鋁陶瓷產(chǎn)品已采用注射成型技術(shù)制備,包括牙齒矯正用透明陶瓷托槽味滞、陶瓷金屬鹵化物燈泡內(nèi)的透明陶瓷電弧發(fā)光管樱蛤、以及集實用與美觀于一體的半透明氧化鋁陶瓷杯。

透明氧化鋁陶瓷產(chǎn)品

7剑鞍、 精密機械與微型陶瓷部件

隨著精密機械和微電子工業(yè)的發(fā)展刹悴,對小型和微型精密陶瓷零部件的需求不斷增加,包括陶瓷注射成型(CIM)制備的軸和小齒輪行星齒輪變速器攒暇、陶瓷螺桿和行星齒輪土匀、以及微型氧化鋯陶瓷滑動軸承,其外徑只有1.5 mm形用。

精密機械與微型陶瓷部件

8 就轧、醫(yī)療器械用陶瓷部件

目前,在醫(yī)療領(lǐng)域陶瓷注射成型技術(shù)也得到了越來越多的應用田度。采用陶瓷注射成型工藝制作陶瓷手術(shù)刀等多種醫(yī)療器械妒御,具有抗菌解愤、耐腐蝕、不易被玷污等傳統(tǒng)金屬器械所不具備的優(yōu)點乎莉。

醫(yī)療器械用陶瓷手術(shù)刀等零部件

9 送讲、紡織機械用耐磨陶瓷件

紡織工業(yè)中目前使用大量耐磨陶瓷件,主要有紡紗用導絲輪炒圈、拉線輪等各種產(chǎn)品署咸,大多采用高硬度的氧化鋁(Al2O3)和韌性好耐磨性好的氧化鋯(ZrO2),以及氮化硅和碳化硅陶瓷材料蚕顷。這些產(chǎn)品形狀復雜铜乱、尺寸精度高,因此廣泛采用陶瓷精密注射成型制備技術(shù)峰辣。

紡織機械耐磨陶瓷零部件

10 馏舰、環(huán)保、化工拓坠、冶金用陶瓷噴嘴

噴嘴外形復雜便浮,內(nèi)設(shè)小孔,要求耐磨赎遗、耐腐蝕尤痒、耐高溫,采用氧化鋯(ZrO2)和碳化硅(SiC)氮化硅(Si3N4)粉末可一次注射成型制備性能優(yōu)良形狀各異的陶瓷噴嘴照菱。

注射成型各種陶瓷噴嘴

陶瓷注射成型技術(shù)作為一種新興的精密制造技術(shù)烁焙,有著其不可比擬的獨特優(yōu)勢。特別是近年來全球范圍內(nèi)產(chǎn)業(yè)化的不斷擴大耕赘,更加充分證明CIM技術(shù)誘人的發(fā)展前景骄蝇。陶瓷材料優(yōu)異的物理化學性能和精密注射成型的有機結(jié)合,必將使CIM技術(shù)在航空航天操骡、國防軍事以及醫(yī)療器械等高科技領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用九火,成為國內(nèi)外精密陶瓷零部件中最有優(yōu)勢的先進制備技術(shù)。


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