陶瓷注射成型技术
陶瓷注射成型
刘明亮
（武汉理工大学材料学院武汉市湖北省 430000）
摘要：陶瓷注射成型是一种近净尺寸陶瓷可塑成型方法，是当今国际上发展最快、应用最广的陶瓷零部件精密制造技术。详细阐述了陶瓷注射成型技术的关健因素，重点介绍了粘结剂、注射成型及脱脂等关健工艺及其研究现状，并在此基础上评价和展望了该技术的发展前景。
关键词：陶瓷注射成型；粘结剂；脱脂；现状
Ceramic Injection Molding
Liu mingliang
Abstract: Ceramic injection molding (CIM) is a near-net-shape forming process for fabricating ceramic components, which is extensively used in fabricating parts with high precision and complex shape and received great attention now. In this paper, the key steps of CIM are detailedly reviewed. Their research status and the techno1ogies involved including binder，injection process，debinding and so on are discussed. At last, the development of injection molding technology is also evaluated.
Keywords:ceramic injection molding; binder; debinding; status
20世纪以来，特别是二次世界大战以后，随着原子能工业的兴起和电子工业的迅速发展，对于材料的高温、高耐磨、多功能等性能要求越来越苛刻，而先进的工程陶瓷所具有的优点基本上能满足上述的苛刻条件。如：高性能结构陶瓷以其优异的耐高温、高强度、耐磨损与耐腐蚀等优良性能，被作为陶瓷发动机零部件的候选材料; 还有许多高导热性、绝缘性能良好、光学性能优良的功能陶瓷，在信息转换、存储、传递和处理方面，应用日益广泛。在未来的产业领域中，工程陶瓷将更广泛的取代现代金属材料，成为材料科学中的重要角色。
在陶瓷材料的制备工艺过程中，成形过程是一个重要环节。成形过程就是将分散体系（粉料、塑性物料、浆料）转变成为具有一定几何形状和强度的块体，也称素坯。由于陶瓷材料本身固有的脆性和一些特殊陶瓷材料的高硬度，如采用传统粉末冶金工艺，即先将粉末压制成形，再进行机械加工的方法，成本高且难以制备体积微小、形状复杂、尺寸精度高的陶瓷零部件，而采用注射成形技术，由于坯体的成形形状接近制品的最终形状，使这一问题得到了解决。特别是对于尺寸精度高、复杂形状陶瓷制品的大批量生产来说，陶瓷的注射成形(Ceramic injection molding，CIM) 更有着显著的优势，它可一次性成形复杂形状制品，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且产品性能优异。
陶瓷注射成型技术(CIM)类似于20世纪70年代发展起来的金属注射成型(MIM)技术，它们均是粉末注射成型(PIM)技术的主要分支，均是在聚合物注射成型技术比较成熟的基础上发展而来的，是当今国际上发展最快、应用最广的陶瓷零部件精密制造技术[l,2]。
1 CIM流程路线及技术特点
1.1 注射成型工艺路线
CIM成型的制造过程如图1 所示，主要包括4 个环节: ①注射喂料的制备，将合适的有机载体(具有不同性质和功能的有机物) 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，通过加热或其他物理化学方法，将注射成型坯体内的有机物排除；④烧结，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。
1.2 CIM 的技术特点
从技术特点来说，陶瓷粉末注射成形和金属粉末注射成形类似，这一技术很大程度地提高了形状复杂产品成形的精度和可靠性，注射成形技术与其它成形方法的比较见表1[3]。
表1 CIM 与其它成形方法比较
成型方法成型材料制品形状
制品尺寸（cm）
生产效率技术要点直径厚度
注射
粉末+ 有机材料(10~
25%)
非常复杂30~0.5 3.0~1大量生产脂添加剂选择，脱
机械压制
粉末+ 有机材料( 4~
8%)简单20~1.00.8~1.0
间歇、自动大
量生产
颗粒调整
冷等静压
粉末+ 有机材料( 3~
8%)较复杂柱状球
状
150~ 3150~ 1. 9
干式大流量生
产
颗粒调整、磨具设计
粉浆浇注粉末+ 各种材料+ 水相当复杂150~ 20 3. 0~ 0. 3间歇式控制粒度、调整粉浆
刮片
粉末+ 各种材料+ 有
机溶剂简单200~ 150.2~0.003自动大量生产
粒度分布，粉浆调
整，有机物选择
挤压粉末+ 有机材料+ 水棒状管状30~ 20 2. 5~0. 01连续大量生产添加剂选择
综合国内外文献及研究生产现状和趋势，我们可以归纳出陶瓷注射成形工艺的主要特点是:
(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、热压成形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，注射成形坯件的致密度相当均匀。
(4) 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
，所以制备各部位密度均匀，几何尺寸精度高。
2 CIM 工艺概述
2.1 原料
(1) CIM 中粉末的选用
价廉质优的粉末是CIM 工艺的关键，所选用的陶瓷粉末的特性，如颗粒形貌、大小、分布及比表面积等对整个工艺过程有很大的影响。一般来说，满足注射成形条件的理想的陶瓷粉末应有如下特点：a.粉末以球形或近球形为主，以提高填充密度，进而提高装载量，减少产品收缩率；b. 粒度分布较宽，平均粒径小，一般要小于1μm，有利于快速烧结；c.粉末不结块团聚；d.粉末间有足够的摩擦，以避免变形，一般来说，自然坡度角应大于55°；e.表面洁净，不会与粘结剂发生化学反应，无毒害，低成本。
近年来，随着制粉工艺的改进，CIM 用原料粉末的性能也得到改善，如采用较细的粉末，则烧结零件的颗粒结构细化，零件表面的粗糙度也明显改善，可省去精加工，进而大大降低成本。(2) 粘结剂的选取[4]
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，因此，粘结剂的成分及配置是注射成形的关键之一。常用的粘结剂一般是有机物，根据需要可以是液态、固态或糊膏状，按其成分作用可分为增塑剂、粘接剂、润滑剂、辅助剂。以上选择，除了考虑成形性、热稳定性、保形性和脱脂性外，还必须考虑残碳、原料成分的氧化和变质等问题。
为获得良好的注射流动性和均匀的坯体，粘结剂组元间必须有良好的相容性，有机物与陶瓷粉料间的润湿性也是非常重要的，这样才能获得均匀的、无空隙的、无缺陷的混合物熔体与成形体。表2列出了陶瓷注射成形中常用的粘结剂体系主要成分及其优缺点比较[5,6]。
表2 各种粘结剂体系的主要组元及其优缺点比较
体系主要组元优点缺点
热塑性体系石蜡、聚乙烯、聚丙烯适用性好、流动性好、易于成
型、粉末装载量高、注射过程
易控制
脱脂时间长、工艺较复杂
热固性体系环氧树脂、苯酚树脂注射坯的强度高、脱脂速度快
注射过程不易控制、适用性差、
缺陷多凝胶体系甲基纤维素、水、甘油、硼酸有机物少、脱脂速度快生坯强度低、脱脂困难水溶性体系纤维素醚、琼脂脱脂速度快粉末装载量小
2. 2混料[7]
注射成形前，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。其添加量视原料粉末的比表面积和粒度分布而定，如氧化铝需加40vol%左右，氧化锆则需50vol%以上。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。可以通过粘性扭矩的变化确定混料时间，粘性扭矩值稳定时，混料也就均匀了。
混合一般采用加压混合机，有三种形式的混合器，包括间歇操作的轧制机和Banbury 混合料机
，以及半连续操作的挤压机，挤压机分为单螺杆或双螺杆式，而后者更有效，混料时可加热。
2.3 注射成型
注射成型工艺[8,9,10]，也是整个工序的关键因素之一，如果控制不当就会使产品形成很多缺陷，如裂纹、孔隙、焊缝、分层、粉末和粘结剂分离等，而这些缺陷直到脱脂和烧结后才能被发现。所以控制和优化注射温度、模具温度、注射压力、保压时间等成型参数对减少生坯重量波动，防止注射料中各组分的分离和偏析，提高产品成品率和材料的利用率至关重要。如WenjeaJ.Tseng等[11]研究表明:注射压力、注射温度及注射速度等对产品的缺陷和力学性能都有直接影响。
注射过程是指把计量室中预塑好的喂料熔体注人到模具型腔里面去的过程。这是喂料熔体经过喷嘴、流道和浇口向模腔流动的过程。从工艺流程上看可分为2个阶段:注射阶段和保压阶段，这两个阶段虽都属于熔体流动过程，但流动条件却有较大区别。
注射阶段是从螺杆推进熔体开始到熔体充满型腔为止。此时，在螺杆头部对熔体所设定的压强（即注射压力）和螺杆推进熔体的速度（即注射速度）是注射成型的关键参数。在注射阶段，必须建立足够的速度和压力才能确保熔体充满模腔。如果注射压力调节过低会导致模腔压力不足，熔体不能充满模腔;反之，如果调整过高，则会造成制品溢边、胀模等不良现象。
保压阶段是从熔体充满模腔开始到浇口冻封为止。注射阶段完成后，必须继续保持注射压力，维持熔体的外缩流动，一直持续到浇口冻封为止。因此保压阶段在保压压力的作用下，模腔中的熔体将得到冷却补缩和进一步的压缩和增密。如果保压压力不足，则会导致模腔压力过低。保压时间会影响熔体的倒流，保压时间越短则模腔压力降低得越快，最终使模腔压力越低。WeiW.C.J.研究表明，高保压压力（≧70MPa）和长保压时间对于成型坯体的性质和坯体表面质量均更为有利。
料筒与喷嘴温度的设定与控制对注射成型的质量也有着重要影响。料筒温度是指料筒表面的加热温度。根据注射物料在料筒内的塑化机理分3段加热：第一段：固体输送段，是靠近料口处，温度要低些，有冷却水冷却防止物料架桥，保证较高的固体输送效率；第二段：压缩段，是物料处于压缩状态并逐渐地熔融，温度设定比第一段要高20—25℃；第三段：计量段，是物料全熔融的阶段，预塑开始时，这一段对应于螺杆计量段，在预塑终止后形成计量室储存塑化好的物料。一般来讲，第三段温度比第二段要高20~25℃，以保证物料处于熔融状态。
微注射成型( Micro Injection Molding) 是近几年发展起来的新技术[12]。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( MEMS)中许多微型部件(几十微米至1000μm) 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3～5 MPa；有些微型陶瓷零部件已进入实际应用，图2为微注射成型法制备的各种微型陶瓷零部件[13]。
图2 微注射成型法制备的微小陶瓷零部件: ( a) 微型氧化锆轴承，( b) 微环形齿轮泵的氧化锆陶瓷部件
2.4脱脂
脱脂是通过加热及其它物理方法将成型体内的有机物排除并产生少量烧结的过程。与配料、成型、烧结及陶瓷部件的后加工过程相比，脱脂是注射成型中最困难和最重要的因素。脱脂过程不正确的工艺方式和参数使产品收缩不一致，导致变形、开裂、应力和夹杂。脱脂对其后烧结也很重要，在脱脂过程中产生的裂纹和变形不能通过烧结来弥补。粘结剂和脱脂是联系在一起的，粘结剂决定脱脂方式。目前的脱脂工艺除了传统的热脱脂、溶剂脱脂外，还有最近几年发展起来的催化脱脂以及水基萃取脱脂等脱脂方法.
2.4.1 热脱脂
热脱脂是指将成型坯体加热到一定温度，使粘结剂蒸发或者分解生成气体小分子，气体分子通过扩散或渗透方式传输到成型坯体表面。热脱脂过程十分缓慢，对厚壁产品更是如此，因为脱脂时间与制品厚度平方成正比。为了提高热脱脂效率，根据有机物对微波吸收特性不同，采用微波加热脱脂，大大地缩短了脱脂时间.
2.4.2 溶剂脱脂
溶剂脱脂首先是溶剂分子扩散进入CIM成型坯，然后粘结剂溶解于溶剂中形成粘结剂—溶剂溶体，粘结剂分子在成型坯内通过粘结剂—溶剂溶体扩散至成型坯表面，扩散到成型坯表面的粘结剂分子脱离成型坯进入溶剂溶液中。溶剂脱脂的特点是效率高，脱脂时间短，同时，由于其中聚合物不溶解，脱脂时仍可保持坯体不变形，但它易产生溶胀现象，造成坯体开裂.
2.4.3 催化脱脂
催化脱脂首先由德国著名的BASF公司开发的。其原理是利用一种催化剂把有机载体分子分解为较小的可挥发的分子，这些分子比其他脱脂过程中的有机载体分子有较高的蒸汽压，能迅速地扩散出坯体。催化脱脂工艺所采用的粘结剂体系一般是由聚醛树脂和起稳定作用的添加剂组成。聚醛基体系由于极性高和陶瓷粉体之间的相容性好，成型坯体强度高。在酸蒸汽的催化作用下，聚醛类的解聚反应一般在110~150℃之间快速进行，反应产物是气态甲醛单体。此反应温度低于聚甲醛树脂的熔点，以防止液相生成。这样就避免了热脱脂过程中由于生成液相而导致生坯软化，或由于重力、内应力或粘性流动影响而产生的变形和缺陷。气态酸不透过粘结剂，反应只是在气体和粘结剂的界面上进行。气体的扩散限制在已形成的多孔外壳上，在生坯内部不会形成压力。
2.4.4 水基萃取脱脂
水基萃取脱脂是在萃取脱脂工艺的基础上，经过改进而发展起来的一种新型的脱脂方法。美国TPT公司已把这种工艺应用于生产（Thermal方法）。此法所用的粘结剂可分为两部分：一部分是水溶性的，如聚乙二醇（PEG）、聚环氧乙烷（PEO）等；另一部分是不溶于水的，如聚乙烯缩丁醛树脂等聚醛类树脂。脱脂也分为两个阶段进行：坯体浸于水，水溶性的粘结剂通过水的沥取（leaching）作用而被脱除，然后部分不溶于水的粘结剂可通过加热等方法进行脱除。这要求水溶性和不溶的两部分粘结剂在液态下能完全混溶，且混溶过程快，在不需要很多能量下30分钟内就可以完成，并形成均匀的异相溶液。坯体在40~60℃的水中脱脂，为控制沥取速度和水对坯体的影响，水要经过去
离子处理或加入一些特殊的添加剂。一般在3小时之内就可把水溶性粘结剂脱完，这时坯体内已形成连续的孔道，为不溶性粘结剂的脱脂提供便利的路径，一般热脱除时间为2小时左右。
2.4.5 虹吸脱脂
虹吸脱脂提供了附加的支持体，即成型体外的粉末和多孔材料。这样脱脂过程中的变形将会大大减小，能够得到更好的热的一致性，在成型体表面降低了气体部分气压的组成，而且有机体能均匀一致地被虹吸出坯体。虹吸脱脂特别适用于使用低熔点、低粘度的有机载体体系的低压注射成型体。它的缺点是:有机载体粉末附着在陶瓷坯体上难以清除，而且粘结剂体系有限[14]。
2.4.6 超临界脱脂
超临界脱脂是利用先进的超临界技术，将流体加热、加压至其超临界点之上，将部分粘结剂溶解脱除。一般采用CO2流体，来源方便，操作简单。超临界CO2流体具有溶解非极性分子或低分子量的有机物(如石蜡) 而不溶解极性分子或高分子量的有机物( 如聚丙烯和聚乙烯) 的性质，因此可以首先将低分子量有机物萃取，然后再快速加热脱除其余部分，从而提高脱脂效率。
2.4.7 微波脱脂
微波加热与传统方式有着本质上的差别[15]。在微波加热过程中，热是由材料内部产生的，而不是由外热源提供的。由于这种内部和整体的加热，使得微波处理的材料的热梯度和热流与传统方式相反。因此，不论材料大小，微波处理都能使快速加热成为可能，并能从深处有效地除去挥发性组分，减小了处理过程中引起开裂的热应力。采用微波脱脂显著地缩短了脱脂周期;当传统方法的加热速率与微波方法相同时，传统方法处理的元件就会出现许多层状裂纹;微波脱脂的温度也低于传统方法;另外，红外光谱分析表明微波方法更为奏效。微波脱脂和超临界脱脂的共同特点是脱脂周期短且能避免传统热分解所遇到的开裂、变形等间题，特别是对于大型元件的注射成形。
如下表3 对以上常见的各种脱脂工艺的优缺点进行了比较:
表3 几种常见CIM 脱脂工艺的优缺点比较
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, 需专用设备,对环境和人
体有害, 产品易变形和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
脱脂速度增加到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, 需专用设备, 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超临界萃取脱脂脱脂速度加快操作复杂微波脱脂
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
3 CIM 的应用
CIM 技术的出现，是陶瓷精密零件成形技术上的一次革命，目前注射成形陶瓷的发展很快，它适用于所有的陶瓷粉末，已经用注射成形工艺制造出优越性能的氮化硅、氮化铝、部分稳定氧化锆、氧化铝等陶瓷制品；从注射成形的材料性能看，已接近或达到同类材料常规工艺的水平；从经济效益看，有的成本降低一半，更重要的是使一些常规工艺所不能制造的制品得以制造成功。表4列出了CIM 的典型产品和应用领域。
表4 CIM 典型产品及其应用领域
应用领域典型产品
航空航天工业涡轮转子, 叶片, 飞机宇航器轴承, 配套件火箭鼻锥
汽车业火花塞, 汽车发动机, 阀门, 活塞,涡轮增压器转子, 喷嘴
电子业光导纤维导管, 集成电路基板, 电阻器, 发热元件
医疗人工骨, 人工关节, 人工牙床, 牙托, 医用刀具
日用品手表表壳, 理发推剪, 绝缘体, 弹簧
机械行业齿轮, 螺丝螺母, 刀具, 密封件, 拉丝模, 球磨件
4 国内外研究与应用状况
对陶瓷和金属粉末精密注射成型技术的研究，日本、美国、德国和英国处于领先地位，国际上大部分粉末注射成型的研究论文和发明专利都出自于这些国家，在理论基础研究和工艺技术研究方面都不断创新：①注重粉体表面化学与有机载体相互作用及其流变学的研究，为此专门开发了粉末注射成型用粘结剂与添加剂，并且将粉末与粘结剂混炼、造粒，为用户提供不同陶瓷材料体系的注射成型用喂料；②注重脱脂新技术的开发。国内陶瓷粉末注射成型研究起步较晚，主要有清华大学、中南大学、北京科技大学等单位。清华大学先后制备出Si3N4陶瓷涡轮转子、燃汽轮机陶瓷叶片以及透明氧化铝陶瓷托槽等制品。
目前，注射成型技术已应用于各种高性能陶瓷产品的制备。如生物医学领域用陶瓷医疗器械、牙齿矫正和修复用的陶瓷托槽与陶瓷牙桩等；光通讯用的氧化锆陶瓷插芯和陶瓷套筒；半导体和电子工业中使用的氧化铝绝缘陶瓷零部件，如集成电路高封装管壳、小型真空开关陶瓷管壳、小型陶瓷滑动轴芯；在纺织和机械等行业中使用的线轴及耐磨喷嘴；现代生活及制表业中使用的陶瓷刀、陶瓷表链及陶瓷表壳等。
5 展望
CIM技术作为一种新兴的精密制造技术，有着其不可比拟的独特优势。特别是近年来全球范围内产业化的不断扩大，更加充分证明CIM技术诱人的发展前景。陶瓷材料优异的物理化学性能和精密注射成型的有机结合，必将使CIM技术在航空航天、国防军事以及医疗器械等高科技领域发挥越来越重要的作用，它必将成为国内外精密陶瓷零部件中最有优势的先进制备技术。
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金属粉末注射成型工艺讲解
新疆农业大学机械交通学院 2015-2016 学年一学期 《金属工艺学》课程论文 2015 年 12 月 班级机制136 学号220150038 姓名侯文娜 开课学院机械交通学院任课教师高泽斌成绩__________
金属粉末注射成型工艺概论 作者：侯文娜指导老师:高泽斌 摘要：金属注射成形时一种从塑料注射成形行业中引申出来的新型粉末冶金近净成型技术，这种新的粉末冶金成型方法称作金属注射成型。 关键词：金属粉末注射成型 一：金属粉末注射成型的概念和原理、 粉末冶金不仅是一种材料制造技术，而且其本身包含着材料的加工和处理，它以少无切削的特点越来越受到重视，并逐步形成了自身的材料制备工艺理论和材料性能理论的完整体系。现代粉末冶金技术不仅保持和大大发展了其原有的传统特点（如少无切削、少无偏析、均匀细晶、低耗、节能、节材、金属非金属及金属高分子复合等），而且已发展成为支取各种高性能结构材料、特种功能材料和极限条件工作材料、各种形状复异型件的有效途径。近年来，粉末冶金技术最引人注目的发展，莫过于粉末注射成型（MIN）迅速实现产业化，并取得突破性进展。 金属注射成型（Metal injection Molding），简称MIM，是传统的粉末冶金工艺与塑料成型工艺相结合的新工艺，是集塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科交叉的产物，是粉末冶金和精密陶瓷成型加工领域中的新技术，利用磨具可注射成型，快速制造高密度、高精度、复杂形状的结构零件，能够快速准确的将设计思想转变为具有一定结构、功能特性的制品，并可直接批量生产出零件，是制造技术行业一次新的变革。 其注射机理为：通过注射将金属粉末与粘结剂的混合物以一定的温度，速度和压力注入充满模腔，经冷却定型出模得到一定形状、尺寸的预制件，再脱出预制件中的粘结剂并进行烧结，可得到具有一定机械性能的制件。其成型工艺工艺流程如下：金属粉末，有机粘接剂—混料—成型—脱脂—烧结—后处理—成品。 二：金属粉末注射成型工艺流程 2.1金属粉末的选择：首先根据产品的技术要求和使用条件选择粉末的种类，然后决定粉末颗粒尺寸。金属粉末注射成型所用的粉末颗粒尺寸一般在 0.5-20μm；从理论上讲，粉末颗粒越细，比表面积也越大，颗粒之间的内聚力也越大，易于成型和烧结。而传统的粉末冶金工艺则采用大于40μm的较粗粉末。粉末的选择要有利于混炼、注射形成、脱脂和烧结，而这往往是互相矛盾的，对于MIM的原料粉末要求很细，MIM原料粉末价格一般较高，有的升值达到传统PM 粉末价格的10倍，这是目前限制MIM技术广泛应用的一个关键因素，目前生产MIM用原料粉末的方法主要有超高压水雾化法、高压气体雾化法等。 2.2粘接剂；粘接剂是MIM技术的核心，在MIM中粘接剂具有增强流动性
金属粉末注射成型技术
金属粉末注射成型技术集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
金属粉末注射成型技术金属粉末注射成型技术(MetalPowderInjectionMolding，简称MIM)是将现代塑料喷射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(~150℃)用喷射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。 美国加州Parmatech公司于1973年发明，八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术，并得到迅速推广。特别是八十年代中期，这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的发展，每年都以惊人的速度递增。到目前为止，美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。日本在竞争上十分积极，并且表现突出，许多大型株式会社均参与MIM工业的推广，这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工--爱普生、大同特殊钢等。目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司，其MIM工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美
陶瓷胶态注射成型技术
陶瓷胶态注射成型技术 摘要：结合注射成型和凝胶注模成型技术的优点，发明了陶瓷胶态注射成型技术，实现了水基非塑性浆料的注射成型。经过研究表明：通过调节工艺中的各项参数和添加适当的助剂，可以实现陶瓷浆料的可控固化；加入应力缓释剂调节高分子网络结构，能有效降低坯体中的内应力，制备出大尺寸陶瓷部件；利用胶态注射成型技术与设备，不仅能实现规模化大批量生产，而且产品具有较高的可靠性，具有广阔的应用前景。 关键词：胶态注射成型；水基非塑性浆料；可控固化；内应力；应力缓释剂 Colloidal Injection Molding of Ceramics Abstract：Colloidal injection molding of ceramics(CIMC) is a new ceramic forming technique，which combines the advantages of gel-casting and injection molding, to achieve a non-plastic water-based slurry injection．After the study show that；all kinds of lectors which effect solidification of slurry is studied and then we can control solidification course．Internal stress of green body is also studied and large-size ceramic component can be got by adding moderator．So high performance ceramics with complex shape is manufactured by CIMC technique with high reliability，high automation and low cost． Key words：colloidal injection molding；injection molding；controllable solidification；stress；stress release agent 引言 随着技术的进步，高性能陶瓷以其优异的耐高温、高强度、耐磨损、耐腐蚀等性能和优点被广泛地应用于工业、国防、机械、石油、汽车、家用电器等各个领域的候选材料。 高性能陶瓷产业化关键在于提高产品性能可靠性和降低其制造成本，而陶瓷材料可靠性及其制造成本与制备工艺密切相关，围绕这两个关键问题，近二三十年来，新的陶瓷粉体制备工艺、成型工艺及烧结工艺的研究逐渐成为陶瓷材料研究领域的新热点。其中成型工艺作为制备高性能陶瓷材料及部件的关键技术，它不仅是材料设计和材料配方实现的前提，而且是降低陶瓷制造成本，提高材料可靠性尤为重要的环节，已逐渐成为陶瓷材料制备科学研究的主流。 1 高性能陶瓷产业化应用的困局 目前高性能陶瓷的应用面临的两大问题是陶瓷的制造成本高和使用性能的 可靠性差。由于陶瓷的制造成本高，从而导致产品的价格高，无法与金属及其复合材料竞争，因此目前只能用于一些特殊领域。 高技术陶瓷由于硬度高质脆，不像金属那样可以加工成各种各样的形状，其中陶瓷机加工的成本几乎占到陶瓷制造成本的1／3— 2／3，主要是因为陶瓷部件的成型很难达到近净尺寸成型。 原因在于传统的陶瓷注射成型技术来源于高分子材料的注塑成型，将大量的高分子粘结剂与陶瓷粉体混练在一起，然通过注射成型机制备各种复杂形状的陶瓷零部件。因此，采用传统陶瓷制备工艺和装备很难获得显微结构均匀、无缺陷和近净尺寸陶瓷部件。 另外，陶瓷材料的性能分散性大，即陶瓷材料的可靠性差，特别是结构陶瓷
金属或陶瓷粉末注塑成型工艺
来源于：注塑塑胶网https://www.360docs.net/doc/9f13948002.html, 金属或陶瓷粉末注塑成型工艺 使用金属或陶瓷粉末通过注塑成型工艺生产复杂零件 如今，使用粉末材料的注塑成型技术主要用于制造工业用复杂组件。粉末注塑成型是除了其它成型工艺（精密铸造和轴向或均衡压制）外的另一种可供选择的工艺。 近年来，用陶瓷或金属粉末来制造注塑成型零件的应用领域主要包括汽车工业、刀具工业、磁体生产、纺织工业、钟表工业、家居用品、精密工程、医疗和牙科技术以及陶瓷工业。 在 ARBURG PIM 实验室，客户可以通过实际观看样品生产来了解粉末注塑的优点。 表1: 金属和陶瓷组件的典型公差 粉末注塑成型技术使组件的批量生产成为可能，因为采用机械加工或压制技术进行批量生产已经不再是一种经济有效的方式。注塑成型技术使组件的设计和制造过程具有几乎无限的自由度。 粉末注塑成型制造过程包括成型零件的初始注塑成型、脱脂和烧结。组件公差由以下重要因素确定： ● 粘合剂含量 ● 粉末特性 ● 混合过程 ● 注塑成型参数 ● 重力变形 ● 在烧结托盘上的滑动性能 可用材料范围广泛 原则上，所有细颗粒、可烧结的粉末都可以和相应的粘合剂混合并在注塑机上加工。包括氧化陶瓷、金属、碳化物及氮化物。 由于混合和注塑设备在处理粉末材料的过程中会受到较强磨损，因此建议选择粒度尽可能小的粉末。较细的粉末可降低表面粗糙度，从而在加工过程中降低磨损并提高生坯强度。各种粉末材料的性能范围如表3中所示。 表2: 在严格的公差范围内的高重复性 粘合剂使粉末可用来注塑 对粘合剂最重要的要求是：脱脂过程中的尺寸稳定性、良好的保存特性、不与粉末材料发生反应、很高的零件强度、良好的脱模特性、热稳定性和在脱脂过程中易于去除并可完全去除。 粘合剂与粉末颗粒之间的粘附力还应尽可能高，以便在注塑过程中增高压力不会使两个组份分离，而导致填充的零件不均匀。为了获得良好的注塑成型特性并以低收缩率获得均匀的烧结质量，建议采用球形粉末。
金属粉末注射成型技术
编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 金属粉末注射成型技术 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-3132-56 金属粉末注射成型技术 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 金属粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding，简称MIM)是将现代塑料喷射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(~150℃)用喷射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21
粉末注射成型-粘结剂分类及优缺点
1.蜡基粘结剂 石蜡是固态高级烷烃的混合物，主要成分的分子式为CnH2n+2，其中n=17～35。主要组分为直链烷烃，还有少量带个别支链的烷烃和带长侧链的单环环烷烃；直链烷烃中主要是正二十二烷（C22H46）和正二十八烷（C28H58）。 石蜡又称晶形蜡，通常是白色、无味的蜡状固体，在47°C-64°C熔化，密度约0.9g/cm3，溶于汽油、二硫化碳、二甲苯、乙醚、苯、氯仿、四氯化碳、石脑油等一类非极性溶剂，不溶于水和甲醇等极性溶剂。石蜡也是很好的储热材料，其比热容为2.14–2.9J·g–1·K–1，熔化热为200–220J·g–1。 石蜡的主要性能指标是熔点、含油量和安定性。 熔点：石蜡是烃类的混合物，因此它并不像纯化合物那样具有严格的熔点。所谓石蜡的熔点、是指在规定的条件下，冷却熔化了的石蜡试样，当冷却曲线上第一次出现停滞期的温度。各种蜡制品都对石蜡要求有良好的耐温性能，即在特定温度r.不熔化或软化变形。按照使用条件、使用的地区和季节以及使用环境的差异，要求商品石蜡具有一系列不同的熔点。影响石蜡熔点的主要因素是所选用原料馏分的轻重，从较重馏分脱出的石蜡的熔点较高。此外，含油量对石蜡的熔点也有很大的影响，石蜡中含油越多，则其熔点就越低。 含油量：是指石蜡中所含低熔点烃类的量。含油量过高会影响石蜡的色度和储存的安定性，还会使它的硬度降低。所以从减压馏分中脱出的含油蜡膏，还需用发汗法或溶剂法进行脱油，以降低其含油量。但大部分石蜡制品中需要含有少量的油，这对改善制品的光泽和脱模性能是有利的。 安定性：石蜡制品在造型或涂敷过程中，长期处于热熔状态，并与空气接触，假如安定性不好，就容易氧化变质、颜色变深，甚至发出臭味。此外，使用时处于光照条件下石蜡也会变黄。因此，要求石蜡具有良好的热安定性、氧化安定性和光安定性。影响石蜡安定性的上要因素是其所含有的微量的非烃化合物和稠环芳烃。为提高石蜡的安定性，就需要对石蜡进行深度精制，以脱除这些杂质。 根据加工精制程度不同，可分为全精炼石蜡、半精炼石蜡和粗石蜡3种。每类蜡又按熔点，一般每隔2℃，分成不同的品种，如52，54，56，58等牌号。粗石蜡含油量较高，主要用于制造火柴、纤维板、篷帆布等。 全精炼石蜡是指以含油蜡为原料，经发汗或溶剂脱油，再经白土或加氢精制所得到的产品。全精炼石蜡和半精炼石蜡的主要区别是含油量的多少，全精炼石蜡含油量小于0.8%，半精炼石蜡含油量小于2.0%。 1.1普通石蜡 固体石蜡又称晶形蜡，是从原油蒸馏所得的润滑油馏分经溶剂精制、溶剂脱蜡或经蜡冷冻结晶、压榨脱蜡制得蜡膏，再经溶剂脱油、精制而得的片状或针状结晶，是碳原子数约为18～30的烃类混合物，主要组分为直链烷烃。可用于制造橡胶制品蜡纸蜡笔食品和药物组分等。 液体石蜡性状为无色透明油状液体，在日光下观察不显荧光。室温下无嗅无味，加热后略有石油臭。密度比重0.86-0.905(25℃)不溶于水、甘油、冷乙醇。溶于苯、乙醚、氯仿、二硫化碳、热乙醇。与除蓖麻油外大多数脂肪油能任意混合、樟脑、薄荷脑及大多数天然或
金属陶瓷粉末注射成型技术MIM
金属(陶瓷)粉末注射成型技术 （Metal Powder Injection Molding，简称MIM） 是一项新的制造技术，美国加州Parmatech公司于1973年发明，八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术，并得到迅速推广。特别是八十年代中期，这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的发展，每年都以惊人的速度递增。到目前为止，美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。日本在竞争上十分积极，并且表现突出，许多大型株式会社均参与MIM工业的推广，这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工--爱普生、大同特殊钢等。目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司，其MIM工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。日本未来3至5年MIM产业的市场预计达20亿美元。据不完全统计，1995年全世界MIM技术制作的销售额已突破4亿美元，预计2010年MIM 潜在市场为30亿美元。到目前为止，全球已有百余家公司从事该项技术的产品开发、研制与销售工作，MIM技术也因此成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域，被世界冶金行业的开拓性技术，代表着粉末冶金技术发展的主方向。 中国MIM技术的研究始于1985年，由中国兵器工业五三研究所承担该课题，当时列入国家[七五]军用新材料重点预研计划，经十余年的探索，技术已基本成熟，并于1996年与上海金珠东方雪域企业有限公司合作成立了山东金珠粉末注射制造有限公司。经过几年的发展，山东金珠公司完成了MIM技术由试验室水平向产业化发展的过程，应用技术更加成熟，能够大批量生产高精尖的军用、民用产品，制品水平已接近世界同期水平，并连续三年实现产值翻番，企业的发展呈现出良好的态势。 近年来，国内努力平衡对日贸易逆差大，掌握关键性零部件的制造技术和提升制造能力，一直是政府协助业者的重要工作之一。本文对MIM技术、生产工艺过程、工艺特点、制品
MIM(金属粉末注塑成型)技术介绍
MIM(金属粉末注塑成型)技术介绍 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种全新的金属零部件近净成形加工技术，是近年来粉末冶金学科和工业领域中发展十分迅猛的一项高新技术。MIM的工艺步骤是：首先选取符合MIM要求的金属粉末与有机粘结剂在一定温度条件下采用适当的方法混合成均匀的喂料，然后经制粒后在加热塑化状态下用注射成形机注入模具型腔内获得成形坯，再经过化学或溶剂萃取的方法脱脂处理，最后经烧结致密化得到最终产品。 MIM产品的特点： 1、零部件几何形状的自由度高，能像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属零部件; 2、MIM产品密度均匀、光洁度好，表面粗糙度可达到Ra 0.80～1.6μm，重量范围在0.1～200g。尺寸精度高（±0.1%～±0.3%），一般无需后续加工; 3、适用材料范围宽，应用领域广，原材料利用率高，生产自动化程度高，工序简单，可实现连续大批量生产; 4、产品质量稳定、性能可靠，制品的相对密度可达95%～99%，可进行渗碳、淬火、回火等热处理。产品强度、硬度、延伸率等力学性能高，耐磨性好，耐疲劳，组织均匀; 国际上普遍认为MIM技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“21世纪最热门的零部件的成形技术”。 MIM技术优势
MIM 与传统粉末冶金相对比 MIM可以制造复杂形状的产品，避免更多的二次机加工。 MIM 产品密度高、耐蚀性好、强度高、延展性好。 MIM 可以将2个或更多PM产品组合成一个MIM产品，节省材料和工序。MIM与机械加工相对比 MIM 设计可以节省材料、降低重量。 MIM 可以将注射后的浇口料重复破碎使用，不影响产品性能，材料利用率高。 MIM通过模具一次成形复杂产品，避免多道加工工序。 MIM可以制造难以机械加工材料的复杂形状零件。 MIM 与精密铸造相对比 MIM 可以制造薄壁产品，最薄可以做到0.2mm。 MIM 产品表面粗糙度更好。 MIM更适宜制细盲孔和通孔。 MIM 大大减少了二次机加工的工作量。 MIM可以快速的大批量、低成本制造小型零件。 MIM材料范围 常用MIM材料应用领域：
金属注射成型综述要点
河南工程学院 《机械工程材料与成形工艺》考查课 专业论文 金属注射成型 学生姓名： 学院： 专业班级： 专业课程： 任课教师： 201 年月日
摘要 金属注射成形(Metal Injection Molding,简称MIM)是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术,众所周知,塑料注射成形技术低廉的价格生产各种复杂形状的制高、耐磨性好的 制品，近年来，这一想法已发展演变为最大限度地提高固体粒子的含量并且在随后的烧结过程中完全除去粘结剂并使成形坯致密化。这种新的粉末冶金成形方法称为金属注射成形。金属注射成形的基本工艺步骤是：首先是选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后在注射成形，获得的成形坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品。 关键词：金属注射成形粘结剂脱脂烧制
一、金属粉末注射成型的发展现状及现状 1. 国外概况 金属粉末注射成型工艺技术的开拓者是美国的Parmatech公司。该公司的航天燃料专家Wiech博士于1973年发明了MIM技术。以Riverst和Wiech于70年代发明的专利为起点，开始了金属粉末注射成形技术。Parmatech于70年代末注射成型铌火箭喷嘴获得MPIF 奖。但由于该技术的独特优点和先进性，被美国列为不对外扩散技术加以保密，直到1985年才向全世界公布这一技术，而在这期间美国国内的MIM技术得以成熟并迅速发展形成产业化。该项技术向世界披露后得到世界各国政府、学术界、企业界的广泛重视，并投入了大量人力物力和财力予以开发研究。其中日本在研究上十分积极而且表现突出，许多大型株式会社参与了MIM技术的工业化推展。目前日本有四十余家企业从事MIM制品的生产，每家公司的利润都十分可观。2000年世界粉末冶金会议在日本召开，并专门设立了MIM技术论坛。继日本快速发展之后，台湾、韩国、新加坡、欧洲和南美的MIM产业也雨后春笋般的发展起来，其中德国的BASF公司以其独特的黏结剂配方成立了专门的MIM产品喂料生产线，在全世界范围内进行技术辅导和喂料的销售，获得了较大的商业利润。 德国BASF公司的Bloemacher于90年代初开发的MIM工艺成为MIM实现产业化的一个重大突破。它采用聚醛树脂作为粘结剂,并在酸性气氛中快速催化脱脂,不仅大大缩短了脱脂时间,而且这种催化脱脂能在低于粘结剂的软化温度下进行,避免了液相的生成,有利于
特种陶瓷制备工艺..
特种陶瓷材料的制备工艺 10材料1班 王俊红，学号：1000501134 摘 要：介绍粉末陶瓷原料的制备技术、特种陶瓷成形工艺、烧结方法。 目前，特种陶瓷中的粉末冶金陶瓷工艺已取得了很大进展，但仍有一些急需解决的问题。 当前阻碍陶瓷材料进一步发展的关键之一是成形技术尚未完全突破。 压力成形不能满足形状复杂性和密度均匀性的要求。 多种胶体原位成形工艺，固体无模成形工艺以及气相成形工艺有望促使陶瓷成形工艺获得关键性突破。 关键词：特种陶瓷；成形；烧结；陶瓷材料 前言：陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类， 特种陶瓷是以人工化合物为原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷。 它主要用于高温环境、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。 特种陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域，还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。 因此研究特种陶瓷制备技术至关重要。 正文：特种陶瓷的生产步骤大致可以分为三步：第一步是陶瓷粉体的制备、第二步是成形，第三步是烧结。 特种陶瓷制备工艺流程图 一、 陶瓷粉体的制备 粉料的制备工艺(是机械研磨方法，还是化学方法)、粉料的性质(粒度大小、形态、尺寸分布、相结构)和成形工艺对烧结时微观结构的形成和发展有着巨大的影响，即粉末制备 坯料制备 成型 干燥 烧结 后处理 热压或热等静压烧结 成品
陶瓷的最终微观组织结构不仅与烧结工艺有关，而且还受粉料性质的影响。由于陶瓷的材料零件制造工艺一体化的特点，使得显微组织结构的优劣不单单影响材料本身的性能，而且还直接影响着制品的性能。陶瓷材料本身具有硬、脆、难变形等特点。因此，陶瓷材料的制备工艺显得更加重要。由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的，而烧结过程主要是沿粉料表面或晶界的固相扩散物质的迁移过程。因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。就是说，粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数。因为粉末粒径越小，表面积越大，单位质量粉末的表面积(比表面积)越大，烧结时进行固相扩散物质迁移的界面就越多，即越容易致密化。制备现代陶瓷材料所用粉末都是亚微米(＜lμm)级超细粉末，且现在已发展到纳米级超细粉。粉末颗粒形状、尺寸分布及相结构对陶瓷的性能也有着显著使组分之间发生固相反应，得到所需的物相。同时，机械球磨混合无法使组分分的影响。粉末制备方法很多，但大体上可以归结为机械研磨法和化学法两个方面。 传统陶瓷粉料的合成方法是固相反应加机械粉碎(球磨)。其过程一般为：将所需要的组分或它们的先驱物用机械球磨方法（干磨、湿磨）进行粉碎并混合。然后在一定的温度下煅烧。由于达不到微观均匀，而且粉末的细度有限（通常很难小于 l μm 而达到亚微米级），因此人们普遍采用化学法得到各种粉末原料。根据起始组分的形态和反应的不同，化学法可分为以下三种类型： 1.固相法： 化合反应法：化合反应一般具有以下的反应结构式： A(s)+B(s)→C(s)+D(g) 两种或两种以上的固态粉末，经混合后在一定的热力学条件和气氛下反应而成为复合物粉末，有时也伴随一些气体逸出。 钛酸钡粉末的合成就是典型的固相化合反应。等摩尔比的钡盐BaCO3和二氧化钛混合物粉末在一定条件下发生如下反应： BaCO3+TiO2→BaTiO3+CO2↑ 该固相化学反应在空气中加热进行。生成用于PTC制作的钛酸钡盐，放出二氧化碳。但是，该固相化合反应的温度控制必须得当，否则得不到理想的、粉末状钛酸钡。 热分解反应法：
陶瓷注射成型技术
陶瓷注射成型 刘明亮 （武汉理工大学材料学院武汉市湖北省430000） 摘要：陶瓷注射成型是一种近净尺寸陶瓷可塑成型方法，是当今国际上发展最快、应用最广的陶瓷零部件精密制造技术。详细阐述了陶瓷注射成型技术的关健因素，重点介绍了粘结剂、注射成型及脱脂等关健工艺及其研究现状，并在此基础上评价和展望了该技术的发展前景。 关键词：陶瓷注射成型；粘结剂；脱脂；现状 Ceramic Injection Molding Liu mingliang Abstract: Ceramic injection molding (CIM) is a near-net-shape forming process for fabricating ceramic components, which is extensively used in fabricating parts with high precision and complex shape and received great attention now. In this paper, the key steps of CIM are detailedly reviewed. Their research status and the techno1ogies involved including binder，injection process，debinding and so on are discussed. At last, the development of injection molding technology is also evaluated. Keywords:ceramic injection molding; binder; debinding; status 20世纪以来，特别是二次世界大战以后，随着原子能工业的兴起和电子工业的迅速发展，对于材料的高温、高耐磨、多功能等性能要求越来越苛刻，而先进的工程陶瓷所具有的优点基本上能满足上述的苛刻条件。如：高性能结构陶瓷以其优异的耐高温、高强度、耐磨损与耐腐蚀等优良性能，被作为陶瓷发动机零部件的候选材料; 还有许多高导热性、绝缘性能良好、光学性能优良的功能陶瓷，在信息转换、存储、传递和处理方面，应用日益广泛。在未来的产业领域中，工程陶瓷将更广泛的取代现代金属材料，成为材料科学中的重要角色。 在陶瓷材料的制备工艺过程中，成形过程是一个重要环节。成形过程就是将分散体系（粉料、塑性物料、浆料）转变成为具有一定几何形状和强度的块体，也称素坯。由于陶瓷材料本身固有的脆性和一些特殊陶瓷材料的高硬度，如采用传统粉末冶金工艺，即先将粉末压制成形，再进行机械加工的方法，成本高且难以制备体积微小、形状复杂、尺寸精度高的陶瓷零部件，而采用注射成形技术，由于坯体的成形形状接近制品的最终形状，使这一问题得到了解决。特别是对于尺寸精度高、复杂形状陶瓷制品的大批量生产来说，陶瓷的注射成形(Ceramic injection molding，CIM) 更有着显著的优势，它可一次性成形复杂形状制品，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且产品性能优异。 陶瓷注射成型技术(CIM)类似于20世纪70年代发展起来的金属注射成型(MIM)技术，它们均是粉末注射成型(PIM)技术的主要分支，均是在聚合物注射成型技术比较成熟的基础上发展而来的，是当今国际上发展最快、应用最广的陶瓷零部件精密制造技术[l,2]。 1 CIM流程路线及技术特点 1.1 注射成型工艺路线
金属粉末注射成型技术.
金属粉末注射成型(Metal Powder Injection Molding,简称MIM技术是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净成形技术。其基本工艺过程是:首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练,经制粒后在加热塑化状态下(~150℃用注射成型机注入模腔内固化成型,然后用化学或热分解的方法将成型坯中的粘结剂脱除,最后经烧结致密化得到最终产品。与传统工艺相比,MIM具有精度高、组织均匀、性能优异、生产成本低等特点,其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命,被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。 MIM技术由美国加州Parmatech公司于1973年发明,八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术,并使其得到迅速推广,特别是在八十年代中期该技术实现产业化以来,更获得了突飞猛进的发展,产量每年都以惊人速度递增。到目前为止,美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。日本在竞争上十分积极,并且表现突出,许多大型株式会社均参与MIM工艺的推广应用,这些公司包括太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工-爱普生、大同特殊钢等。目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司,其MIM产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。MIM技术已成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域,是世界冶金行业的开拓性技术,代表着粉末冶金技术发展的主方向。 金属粉末注射成型技术是塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科渗透与交叉的产物,利用模具可注射成型坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、三维复杂形状的结构零件,能够快速、准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品,并可直接批量生产出零件,是制造技术行业一次新的变革。该工艺技术不仅具有常规粉末冶金工艺工序少、无切削或少切削、经济效益高等优点,而且克服了传统粉末冶金工艺制品材质不均匀、机械性能低、薄壁成型困难、结构复杂等缺点,特别适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊要求的金属零件。
金属粉末注射成型设备和发展
金属粉末注射成型技术(Metal Injection Molding，简称MIM)是近年来粉末冶金学科和工业中发展最迅猛的领域，是现代先进的塑料注射成型技术和传统粉末冶金技术相结合而形成的一项新型粉末冶金近净型成形技术。 一、MIM成型技术 MIM基本丁艺过程是：将微细的金属或陶瓷粉末与有机黏结剂均匀混合成为具有流变性的物质，采用先进的注射机注入具有零件形状的模腔形成坯件，新技术脱除黏结剂并经烧结，使其高度质密成为制品，必要时还可以进行后处理。i亥技术不仅具有常规粉末冶金技术生产效率高，产品一致性好，少切削或无切削，经济高效的优点，而且克服r传统粉末冶金制品密度低，材质不均匀，力学性能低，不易成型薄壁复杂件的缺点，特别适合大批量、小型、复杂以及具有特殊要求的金属零部件的生产加工. 该工艺技术在20世纪8O年代中期实现产业化以来，已获得突飞猛进的发展，注射成型的产品已遍及计算机信息产业、汽车摩托车产业、医疗卫生器械、家用电器、仪器仪表、机械制造、化工、纺织、国防军工等领域。到目前为止，已有20多个国家和地区的几百家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作，粉末注射成型工艺技术也因此成为新型制造业中开发最为活跃的前沿技术领域，被誉为世界粉末冶金领域中的开拓性技术，代表着粉末冶金技术发展的主方向。该工艺的主要特点如下：
(1)可成型复杂结构的零件该工艺技术利用注射机注射成型产品毛坯，保证物料充分充满模具型腔，也就保证了零件复杂结构的实现。这一点是传统机械加工和常规粉末冶金工艺技术所无法比拟的，是注射成型工艺发展的坚强基础。 (2)注射成型制品尺寸精度高,注射成型工艺可直接成型薄壁、复杂结构件，制品形状已能够达到或接近最终产品要求，产品不必进行二次加工或只少罱精加工。零件尺寸公差一般保持在±0．1％～±0．3％左右。特别对于降低难于进行机械加工的硬质合金的加工成本，减少贵重金属的加工损失尤其具有重要意义。 (3)与传统粉末压制工艺相比注射成制品微观组织均匀，密度高，性能好。 二、连续烧结设备的必要性 随着MIM技术的规模产业化，传统粉末冶金和注塑行业的通用生产设备以及各种专门的金属注射成型：工业生产设备已广泛应用于金属注射成型的产业化生产中。企业对产业生产效率和设备自动化，加工连续化程度及设备性能要求的提高促进了金属注射成型产业化进程。MIM产业的全面发展更需通过生产设备来提高企业的生产效率。正确选择和掌握MIM生产过程中的各种设备，可提高产品的质量、产量以及劳动生产率，加速产业化发展。
粉末注射成型金刚石制品的烧结工艺_伍俏平
杜夏梅等：水热碱蚀与碱溶滤联合处理制备介孔丝光沸石? 1207 ?第41卷第9期 DOI：10.7521/j.issn.0454–5648.2013.09.07 粉末注射成型金刚石制品的烧结工艺 伍俏平1，邓朝晖1，潘占2，言佳颖1，万林林1 (1. 湖南科技大学机电工程学院，湖南，湘潭 411201；2. 湖南大学，国家高效磨削工程技术研究中心，长沙 410082) 摘要：对采用粉末注射成型技术制备的金刚石制品的烧结工艺进行了研究。通过观测金刚石制品的形貌、相对密度和抗弯强度，分析了烧结温度、烧结气氛、保温时间及升温速率等对金刚石制品烧结性能的影响，优化了烧结工艺参数。结果表明：随烧结温度的提高或保温时间的延长，金刚石制品的相对密度线性增大后趋于平缓，抗弯强度呈现出先增大后下降趋势；在真空气氛中烧结有利于制品烧结致密化和力学性能的提高；过高的升温速率会引起金刚石制品的烧结变形，过低的升温速率会造成金刚石制品处于加热过程的时间过长，影响制品性能。优化的烧结工艺参数为：烧结气氛为真空烧结，烧结温度为920℃，保温时间为10min，升温速率为5/min ℃。 关键词：金刚石制品；粉末注射成型；烧结参数；烧结性能 中图分类号：TG146.2 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2013)09–1207–07 网络出版时间：2013–08–29 11:49:04 网络出版地址：https://www.360docs.net/doc/9f13948002.html,/kcms/detail/11.2310.TQ.20130829.1149.007.html Sintering Process of Diamond Products by Powder Injection Molding WU Qiaoping1，DENG Zhaohui1，P AN Zhan2，YAN Jiaying1，WAN Linlin1 (1. College of Electromechanical Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, Hunan, China; 2. National Engineering Research Centre for High Efficiency Grinding, Hunan University, Changsha 410082, China) Abstract: The sintering process of diamond products prepared by powder injection molding technology was discussed. Effects of parameters (i.e., sintering temperature, sintering atmosphere, time and heating speed) on the sintering performance was investigated via the analysis of morphological structure and measurement of relative density and tensile strength of the sintered diamonds products. The experimental results indicate that the relative density of the products increases, and the tensile strength increases firstly and then decreases with increasing the sintering temperature or time. The sintering of the products in a vacuum atmosphere can improve the densification and mechanical properties of the products. The products appear a sintering deformation at a high heating rate, and the performance of the products decreases at a low heating rate. The optimized sintering process can be obtained at a heating rare of 5℃/min and a sintering temperature of 920℃in vacuum atmosphere for 10min. Key words: diamond products; powder injection molding; sintering parameters; sintering performance 常用的金刚石工具(如金刚石锯片和金刚石节块)一般由金刚石和胎体材料经混合、模压成型后烧结制备而成。但模压工艺由于自身工艺的局限，制品存在密度不均匀、孔隙率大、制品形状受到限制等不足。粉末注射成型(powder injection molding，PIM)是当今最热门的近净成型技术[1–4]。该技术是在传统粉末冶金技术基础上，创造性地结合了塑料注射成型技术发展起来的一种高新近净成形技术。由于注射成型过程中流动充模的均匀性，使得产品各处密度均匀，避免了模压工艺容易出现的密度梯度，烧结后可以达到很高的致密度，特别适合于几何形状复杂、组织结构均匀的小型零件的大批量生产[5–8]。在航空航天、电子、汽车等行业得到了应用和发展。 PIM技术经过几十年的发展，材料体系不断拓展，已从Fe–Ni合金、不锈钢、高比重合金、陶瓷等材料向更多新兴材料的方向发展，产品种类、规格也在不断扩大。目前，PIM技术已发展成金属粉末注射成型(MIM)、陶瓷粉末注射成型(CIM)以及金 收稿日期：2013–03–16。修订日期：2013–04–26。 基金项目：国家自然科学基金(51205126，50775069)项目；湖南省自然科学基金青年人才联合培养项目(12JJB006)资助。 第一作者：伍俏平(1981—)，男，博士，讲师。Received date:2013–03–16. Revised date: 2013–04–26. First author: WU Qiaoping (1981–), male, Ph.D., Lecturer. E-mail: meishanzi11@https://www.360docs.net/doc/9f13948002.html, 第41卷第9期2013年9月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 41，No. 9 September，2013
粉末注射成型技术的特点
粉末注射成型技术的特点 MIM作为一种制造高质量精密零件的近净成形技术，具有常规和机加工方法比拟的优势。MIM能制造许多具有复杂形状特征的零件：如各种外部切槽，外螺纹，锥形外表面，交叉通孔、盲孔，四台与键销，加强筋板，表面滚花等等，具有以上特征的零件都是无法用常规粉末冶金方法得到的。由于通过MIM制造的零件几乎不需要再进行机加工，所以减少了材料的消耗，因此在所要求生产的复杂形状零件数量高于一定值时，MIM就会比机加工方法更为经济。 MIM和精密铸造成形能力的比较 粉末注射成型的优点： 能像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷等零件部件产品成本低、光洁度好、精度高（±0.3％～±0.1％），一般无需后续加工产品强度，硬度，延伸率等力学性能高，耐磨性好，耐疲劳，组织均匀原材料利用率高，生产自动化程度高，工序简单，可连续大批量生产无污染，生产过程为清洁工艺生产 粉末注射成型 粉末注射成型材料应用 较新MIM材料体系应用
常用MIM产品应用 几种粉末注射成型材料的基本性能 粉末注射形成技术与其他成形工艺技术比较 粉末注射成型工艺与传统批量工业与自动化零件加工、冲压、锻造、精密铸造、粉末冶金相比，具有极其明显的优势。
零件薄壁能力高中中低高 零件复杂程度高低中高低 零件设计宽容度高中中中低 批量生产能力高高中中－高高 适应材质范围高高中－高高中 供货能力高高中低高 粉末注射成型工艺流程图 适用材料及性能 材料 密度硬度拉伸强度伸长率 g/cm 3 洛氏MPa % 铁基合金 MIM-2200（烧结态） 7.65 45HRB 290 40 MIM-2200（烧结态）50HRC 380 20 MIM-2700（烧结态） 7.65 69HRB 440 26 MIM-2700（碳氮共渗）55HRC 830 9 MIM-4650（烧结态）7.55 90HRB 700 11 MIM-4650（热处理态）7.55 48HRC 1655 2 MIM-8620（烧结态）7.5 85HRB 445 20 MIM-8620（热处理态）7.5 35HRC 800-1300 5-9 不锈钢 MIM - 316L （烧结态）7.8 67HRB 520 50 MIM-304L（烧结态）7.75 60HRB 500 70