精密MIM金属粉末注塑机均适用于机械配件特殊结构件注塑成型质密度好

全国**陶瓷粉末(氧化锆)注塑机,陶瓷氧化铝注机厂家直销,(Metal Injection Molding,简称MIM)是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型的金属零件注射成型，深圳市德润一直致力于研发陶瓷粉末MIM粉末**注塑机，均适用于特殊结构件粉末产品，目前产品运用于汽车配件、机械配件、穿戴件表类饰品类等等；

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。

 

陶瓷粉末注射成型（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、*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. 陶瓷粉末注射成型的技术特点

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，如ZrO2、Al2O3、Si3N4等，都能利用CIM工艺制造形状复杂、精度高的产品。CIM的基本工艺过程如图2所示。

 



图2 CIM的基本工艺过程[1]

 

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)可自由地直接制备几何形状复杂的制品。

(2)成形周期短，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. 陶瓷粉末注射成型工艺的几大要素

2.1 原料粉末的选用

**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较保密的技术诀窍，这方面申请的**也较多。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，并对粉体有较好的粘附作用，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**物组成：为满足喂料的流动性要求，单一品种的**粘结剂很难达到，且多组分**聚合物组成的粘结剂对脱脂更为有利，同时粘结剂各组元**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较低限度。

 

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。

 



图3 闭双螺杆式挤压机

 

2.4 注射成型过程

 

注射成型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。

 

表1 CIM成型过程中的典型缺陷和产生原因[1]

坯体缺陷

原因

密度不均

注射压力，保压压力不足或坯料过厚

坯料填充过满

模具设计不合理，气体难以排出，注射浆料流动性能不好

气孔

浆料中气体过多

裂纹

注射压力过大，坯料冷却速度过快，粘结剂性能不好，添加量不合适

毛边

加料量过大；注射温度过高；注射压力过大；保温时间过长

变形

模温过高；装载量过低；喂料混炼不均匀；残余应力大

 

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较长的一步，也是较为关键的一步。

 

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、**临界萃取脱脂、微波脱脂等。

 

表2 几种CIM脱脂工艺的优缺点比较[1]

脱脂方法

优点

缺点

热脱脂

工艺简单，成本低，设备简单

脱脂速度慢，0-1mmh-1，只适用于尺寸较小的陶瓷部件，易产生鼓泡，裂纹等缺陷

溶剂脱脂

脱脂速度快，时间短

工艺复杂，成本高，需**设备，对环境和人体有害，产品易变形

虹吸脱脂

脱脂时间短

虹吸料吸附于陶瓷部件上难于清除，只适用于特定的粘结剂体系

催化脱脂

脱脂速率增加到1-2mmh-1，适用于较厚的陶瓷部件，产品不易变形

分解出的气体有毒，需**设备，投资高，存在酸腐蚀问题，应用面窄，只适用于催化脱脂的粘结剂组元

水基萃取脱脂

脱脂时间短，不易变形，无环境污染

应用面窄，只适用于特定的粘结剂体系

**临界萃取脱脂

脱脂速度加快

操作复杂

微波加热

脱脂速度非常快，无温度梯度和热应力，节约能源

易出现难以控制热源的现象

 

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。烧结速度与粘性流动、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。

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