陶瓷注射成型的來源與介紹—東莞夏陽(yáng)新材料有限公司
陶瓷注射成型(ceramic injection molding,CIM)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。特別是對(duì)于尺寸精度高、形狀復(fù)雜的陶瓷制品大批量生產(chǎn),采用陶瓷粉末注射成型最有優(yōu)勢(shì)。該工藝突出的優(yōu)點(diǎn)包括:①成型過程具有機(jī)械化和自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、成型周期短、坯件強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn);生產(chǎn)過程中的管理和控制也很方便,易于實(shí)現(xiàn)大批量、規(guī)?;a(chǎn);②可近凈成型各種幾何形狀復(fù)雜的及有特殊要求的小型陶瓷零部件,使燒結(jié)后的陶瓷產(chǎn)品無(wú)需進(jìn)行機(jī)加工或少加工,從而減少昂貴的陶瓷加工成本;③成型出的陶瓷產(chǎn)品具有極高的尺寸精度和表面光潔度。因此,這種技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的研究和應(yīng)用。
早在20 世紀(jì) 80 年代,伴隨陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)研制和渦輪轉(zhuǎn)子及葉片等高溫陶瓷熱機(jī)部件制備的需要,美國(guó)貝特爾紀(jì)念協(xié)會(huì)組織世界上近 40 余家研究機(jī)構(gòu)和公司,制定了“陶瓷注射成型”研發(fā)計(jì)劃,美國(guó)、英國(guó)、日本、瑞典、德國(guó)等參加這一研究計(jì)劃。由于陶瓷注射成型是一門跨學(xué)科的綜合技術(shù),涉及高分子流變學(xué)、粉體科學(xué)、表面化學(xué)、陶瓷工藝學(xué)等,因此參與陶瓷注射成型技術(shù)研究和開發(fā)的既有陶瓷學(xué)家和陶瓷公司,又有高分子黏結(jié)劑的化學(xué)家和化學(xué)公司,如日本著名的京瓷陶瓷公司,德國(guó)著名的巴斯夫化學(xué)公司。英國(guó) Brunel 大學(xué)對(duì)陶瓷的注射成型進(jìn)行了全面細(xì)致的研究,并且發(fā)表了一系列有影響研究論文 (Edirisingbe,1986,Evans,1991);清華大學(xué)也較早地開展了這一工作(張濤,1988;謝志鵬,1993,1995)。

20 世紀(jì)80 至90年代陶瓷注射成型研究的重點(diǎn)是氮化硅、碳化硅等非氧化物高溫陶瓷部件,特別是發(fā)動(dòng)機(jī)用 Si3N4、SiC 渦輪轉(zhuǎn)子、葉片和滑動(dòng)軸承的注射成型制備(Mclean,1982; Storm,1982;Mangels,1984a,b,c),包括注射用有機(jī)載體(即各種有機(jī)黏結(jié)劑)、注射混合料(又稱喂料)的流變學(xué)特性、注射工藝參數(shù)、注射成型坯體的脫脂工藝等基礎(chǔ)工作(Zhang,1989a,b; Edirisinghe,1987; Xie, 1995a,b;梁樹全,2000)。同時(shí)成功地制備出許多高性能的復(fù)雜形狀高溫結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品,其中陶瓷渦輪轉(zhuǎn)子在日本和美國(guó)已用于賽車和軍用裝甲車等(Mutsuddy,1991)。
近10余年來,特別是進(jìn)入21世紀(jì),陶瓷注射成型技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)城更加廣闊和深入。在成型的粉體材料方面,納米氧化鋯、氧化鋁等氧化物陶瓷的注射成型備受重視(Wei,1998;Tseng,1999),特別是光纖連接器用四方相氧化鋯陶瓷插芯的注射成型(外徑為2.5mm,內(nèi)孔直徑僅有 125μm)和套筒己在國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)(Lin,2001;xie.2005),在注射成型及脫脂技術(shù)方面,一些新的黏結(jié)劑體系和脫脂工藝相繼被開發(fā),如日本、美國(guó)、德國(guó)、中國(guó)分別提出的超臨界脫脂、溶劑萃取脫脂、化學(xué)催化脫脂、微波脫脂等新工藝也得到發(fā)展(Yang,2000; Thierry,1995; Ebenhoch,1996;Xie, 1995日,b)。此外,一種可以制備幾十微米至1mm 的微型陶資零部件的微注射成型先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備也得到快速發(fā)展 (Piotter,2002)。
目前,陶瓷注射成型已廣泛用于各種陶瓷粉料和各種工程陶瓷制品的成型。通過該工藝制備的各種精密陶瓷零部件,已用于航空、汽車、機(jī)械、能源、光通信、生命醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
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