先進(jìn)陶瓷注射成型工藝

陶瓷注射成型（Ceramic Injection Molding，簡稱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,。特別是對尺寸精度高,、形狀復(fù)雜的陶瓷制品的大批量生產(chǎn)，采用陶瓷粉末注射成型有優(yōu)勢,。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,、光通訊、生命醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,。

圖1 陶瓷注射成型示意圖

一,、陶瓷粉末注射成型的技術(shù)特點(diǎn)

從技術(shù)特點(diǎn)來說，陶瓷粉末注射成型和金屬粉末注射成型類似,，理論上任何形式的陶瓷粉末原料,，如ZrO2、Al2O3,、Si3N4等,，都能利用CIM工藝制造形狀復(fù)雜、精度高的產(chǎn)品其基本工藝過程

陶瓷粉末注射成型工藝的主要特點(diǎn)如下：

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,、坯體強(qiáng)度高，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)模化生產(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注射成型過程中加入的粘結(jié)劑較多,，需先經(jīng)過低溫脫脂工藝，才能進(jìn)而高溫?zé)Y(jié),，對于厚度大的制品，脫脂時(shí)間可能長達(dá)100-200小時(shí),。

④成型時(shí),，陶瓷粉末和粘結(jié)劑的混合均勻，后期燒結(jié)其收縮一致,，得到的陶瓷制品各部位密度均勻,，因而這類產(chǎn)品具有*的尺寸精度和表面光潔度。

二,、陶瓷粉末注射成型工藝環(huán)節(jié)

包括4個(gè)環(huán)節(jié)：

1,、注射喂料的制備

將合適的有機(jī)載體（具有不同性質(zhì)和功能的有機(jī)物）與陶瓷粉末在一定溫度下混煉、干燥,、造粒,，得到注射用喂料；

粉末注射成型不僅要求粉末無團(tuán)聚,、潔凈無雜質(zhì)等,，還希望陶瓷粉末能滿足注射成型對熔體流變性能的要求，提高成型過程的穩(wěn)定性,，且要對陶瓷粉末的粒度分布進(jìn)行優(yōu)化,，提高固相體積分?jǐn)?shù)或降低懸浮體粘度。

2,、注射成型

混煉后的注射混合料于注射成型機(jī)內(nèi)被加熱轉(zhuǎn)變?yōu)轲こ硇匀垠w,，在一定的溫度和壓力下高速注入金屬模具內(nèi)，冷卻固化為所需形狀的坯體,，然后脫模,。

3、脫脂

通過加熱或其他物理化學(xué)方法,，將注射成型坯體內(nèi)的有機(jī)物排除,；脫脂工藝是陶瓷注射成型工藝中極為關(guān)鍵的一環(huán),，其耗時(shí)較長。

隨著粘結(jié)劑體系的增加和改進(jìn),，形成了多種新的CIM脫脂方法,，包括溶劑脫脂、虹吸脫脂,、催化脫脂,、水基萃取脫脂、超臨界萃取脫脂,、微波脫脂等,。

4、燒結(jié)

脫脂后陶瓷素坯在高溫下致密化燒結(jié),，獲得所需外觀形狀,、尺寸精度和顯微結(jié)構(gòu)的致密陶瓷部件。

燒結(jié)速度與粘性流動(dòng),、凝結(jié),、容積擴(kuò)散、表面擴(kuò)散等有關(guān),。顆粒的直徑越小,、熔融粘度越低，且表面張力越大,，燒結(jié)速度就越快,。而且燒結(jié)后，制品一般會(huì)有約13-20%的收縮率,。

三,、陶瓷粉末注射成型工藝的應(yīng)用

1、高溫?zé)釞C(jī)陶瓷部件

主要是發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪轉(zhuǎn)子和燃?xì)廨啓C(jī)陶瓷葉片等熱機(jī)陶瓷部件,，材料通常為氮化硅或碳化硅等耐高溫的陶瓷,。

2、光通訊用精密陶瓷件

光纖連接器用四方氧化鋯陶瓷插芯和氧化鋯陶瓷套筒,。

圖2 氧化鋯陶瓷插芯 

3,、醫(yī)學(xué)用生物陶瓷制品

包括外科機(jī)械用各種陶瓷器件、陶瓷關(guān)節(jié),、牙齒矯正用透明陶瓷槽,、牙齒修復(fù)用陶瓷螺桿和牙樁等，這些產(chǎn)品尺寸小,、形狀復(fù)雜,、精度高。 

圖3 陶瓷關(guān)節(jié)

4,、電子機(jī)械用零部件

半導(dǎo)體和電子行業(yè)廣泛使用的各種Al2O3體系絕緣陶瓷零部件,、小型精密陶瓷滑動(dòng)軸承,、各種陶瓷噴嘴等。

5,、現(xiàn)代生活用陶瓷制品

有耐磨陶瓷表殼與表鏈,、耐磨損的陶瓷推剪、陶瓷刀等,，克服了金屬易氧化和產(chǎn)生化學(xué)致過敏的缺點(diǎn),。

圖4陶瓷手表