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陶瓷注射成型技术

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     陶瓷注射成型(CeramicInjectionMolding,CIM)是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种制备陶瓷零部件的新工艺。陶瓷精密注射成型的制造过程主要包括四个环节:(1)注射喂料的制备:将合适的有机载体与陶瓷粉末在一定温度下混炼、干燥、造粒,得到注射用喂料;(2)注射成型:混炼后的注射混合料于注射成型机内被加热转变为粘稠性熔体,在一定的温度和压力下高速注入金属模具内,冷却固化为所需形状的坯体,然后脱模;(3)脱脂:通过加热或其它物理化学方法,将注射成型坯体内的有机物排除;(4)烧结:将脱脂后的陶瓷素坯在高温下致密化烧结,获得所需外观形状、尺寸精度和显微结构的致密陶瓷部件。

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  陶瓷注射成型工艺具有一系列突出的优点:(1)成型过程机械化和自动化程度高、生产效率高、成型周期短、坯件强度高,生产过程中的管理和控制也很方便,易于实现大批量、规模化生产;(2)可近净成型各种几何形状复杂及有特殊要求的小型陶瓷零部件,使烧结后的陶瓷产品无需进行机加工或少加工,从而减少昂贵的陶瓷加工成本;(3)成型出的陶瓷产品具有很高的尺寸精度和表面光洁度。因此,这种技术在国内外得到广泛的研究和应用,特别是对尺寸精度高、形状复杂的陶瓷制品的大批量生产,采用陶瓷粉末注射成型最有优势。

  在上世纪80年代,为了适应陶瓷发动机研制和涡轮转子等高温陶瓷部件制备的需求,陶瓷注射成型研究的重点是氮化硅、碳化硅等非氧化物高温陶瓷部件,特别是发动机用Si3N4,SiC涡轮转子、叶片和滑动轴承的注射成型制备,同时成功地制备出许多高性能,复杂形状的高温结构陶瓷产品,其中陶瓷涡轮转子在日本和美国已用于赛车和军用装甲车等。目前,陶瓷注射成型已广泛用于各种陶瓷粉料和各种工程陶瓷制品的成型。通过该工艺制备的各种精密陶瓷零部件,已用于航空、汽车、机械、能源、光通讯、生命医学等领域。

  近几年又发展起来陶瓷的微注射成型(MicroInjectionMolding)新技术。由于结构陶瓷具有优异的力学、化学和耐高温特性,在微电子产业和微机电系统中许多微型部件(几十微米至1000微米)需采用结构陶瓷材料。相对于其它微加工技术,采用微注射成形将陶瓷或金属粉末一次成形得到各种形状的坯件,制造成本较低,效率高,因此已经成为最有应用前景的一种先进微成型制造技术。目前,一些氧化铝、氧化锆、氮化硅、锆钛酸铅、钛酸钡、羟基磷灰石以及氮化铝的微型陶瓷部件已由低压微注射成型法制成,其成形温度为60~100℃,注射压力为3~5MPa。

  可以预见,随着陶瓷注射成型技术的不断完善与发展,它必将成为精密陶瓷零部件中最有优势的制备技术。

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