什么是陶瓷注塑技术(CIM)?

什么是陶瓷注塑技术(CIM)?

陶瓷注射成型(CIM)是将聚合物注射成型法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种陶瓷零件制备新工艺。CIM技术类似于金属注射成型(MIM)技术。它们是粉末注射成型(PIM)技术的主要分支，是在相对成熟的聚合物注射成型技术的基础上发展起来的。对于大批量生产尺寸精度高、形状复杂的陶瓷产品，采用陶瓷粉末成型是最有利的。

陶瓷注射成型技术是在陶瓷粉末中加入热塑性树脂、热固性树脂、增塑剂、抗摩擦剂，使陶瓷粉末变成粘性弹性体，然后从喷嘴将加热混合的链浆注入金属模具中。常用的热塑性树脂有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯等，添加量为10%~30%。CIM技术可以实现传统干压工艺无法实现的外观，产品几乎可以不受外观的限制。

陶瓷注射成型技术(CIM)特点:

优势:

• 成型工艺具有机械化、自动化程度高、生产效率高、成型周期短、毛坯强度高等特点，其工艺可通过程序进行精确控制，易于实现规模化、规模化生产。
• 它可以几乎净成型各种几何形状复杂和有特殊要求的小型陶瓷零件，使烧结陶瓷产品不需要机械加工或少加工，从而降低昂贵的陶瓷加工成本。
• 形成的陶瓷产品具有极高的尺寸精度和表面光洁度。

缺点:

• 一次性设备投资和加工成本高，只适合批量生产。

陶瓷注射成型(CIM)的工艺流程与工艺

• 喂养准备:
  进料是粉末和粘合剂的混合物。注射工艺要求注射料具有良好的流动性，这就要求选用符合要求的粉末和合适的粘结剂体系，并在一定温度下有一定的加载比。注塑进料，保证后续工艺的顺利进行，其产品有可能从实验室走向高科技市场。因此，饲料准备在整个过程中至关重要。
• 注射成型及模具设计:
  注塑工艺控制不当，会导致产品中形成许多缺陷，如裂纹、气孔、焊缝、分层、粉末、粘结剂分离等，这些缺陷要到脱脂烧结后才能发现。CIM常采用多型腔模具。每个空腔的尺寸不同，使用中空腔的磨损会导致零件尺寸不同。此外，注射回用材料的使用也会影响粘度和流变性。因此，控制和优化注射温度、模温、注射压力、保压时间等成型参数，对于减少坯重波动，防止注射材料中组分的分离和离析，提高产品成品率和材料利用率至关重要。CIM技术的模具设计主要考虑注射成型过程中料在模腔内的流动控制。由于大多数CIM产品是小尺寸零件，形状复杂，精度要求高，因此需要仔细设计和布置进料口的位置，流道的长度，排气孔的位置。当然，模具设计需要清楚地了解饲料流变特性，型腔温度和残余应力分布。此外，计算机仿真技术将在粉末注射成型模具设计中发挥重要作用。
• 脱脂过程:
  脱脂是通过加热等物理方法，从成型体中除去有机物，产生少量烧结的过程。与陶瓷零件的配料、成型、烧结和后处理相比，脱脂是注塑成型中最困难和最重要的因素。不正确的工艺方法和参数导致产品收缩不一致，造成变形、开裂、应力和夹杂。脱脂对随后的烧结很重要，在脱脂过程中发生的裂纹和变形不能通过烧结来补偿。结合剂与脱脂相结合，确定脱脂方式。除传统的热脱脂和溶剂脱脂外，目前的脱脂工艺还包括近年来发展起来的催化脱脂和水基萃取脱脂。
• 烧结:
  脱脂陶瓷坯体在高温下致密烧结，得到具有所需外观、形状、尺寸精度和微观结构的致密陶瓷零件。由于陶瓷注射成型坯料中含有脱脂留下的孔隙，因此在烧结过程中产品收缩率比较大，通常可达13%-15%。CIM技术的研究重点是烧结尺寸的精确控制。此外，烧结设备也是烧结技术的关键。

陶瓷粉末注射成型工艺的几个要素:

• 原料粉料的选择:
  质优价廉的粉末是CMI工艺的关键因素之一。所选陶瓷粉末的物理化学性质，如颗粒形态、大小、分布、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塑熔体的影响主要体现在固相体积分数、粉末粒度、粒度分布等方面。除了一般粉末注射成型对原料粉末的要求，如粉末无结块、清洁度、无杂质等外，CMI对粉末性能还有一些特殊的要求。要求，提高成型工艺的稳定性和优化陶瓷粉末的粒度分布，增加固相的体积分数，或降低悬浮液的粘度。
• 粘合剂的选择:
  粘结剂是CMI技术的核心和关键。结合剂与粉体的均匀混合可以提高粉体的流动性，使粉体能够被填充成所需的形状。它对整个过程有着重要的影响。因此，粘合剂的组成和配置是注塑成型中最机密的技术诀窍。

  CIM用胶粘剂应具备以下特性:

  • 流动特性:流动性与粘合剂的分子量和分布有关。一般来说，低分子量的粘结剂粘度较低，流动性较好，而高分子量的粘结剂粘度较高，流动性也较好。一般来说，我们认为粘结剂在注塑温度下的粘度应小于0.1 Pa。S，粘度随温度的波动不宜太大。
  • 粘合剂与粉末的关系:粘合剂必须能够很好地润湿粉末，并与粉末有良好的附着力。粘合剂与粉末之间的润湿角要小。为了改善粘结剂的润湿性能，加入了硬脂酸盐和钛酸盐等表面活性剂。同时粘结剂通过润湿颗粒产生毛细力吸附颗粒，使坯体不变形。此外，粘合剂对于粉末应该是惰性的。
  • 粘合剂由多组分有机物组成:为满足进料的流动性要求，很难实现单一类型的有机粘合剂，而由多组分有机聚合物组成的粘合剂更有利于脱脂，同时粘合剂各组分的有机聚合物之间的相容性更好。
  • 胶粘剂具有较高的导热系数和较低的热膨胀系数:较高的导热系数使热能在更大的区域内消散，避免热应力产生缺陷，而较低的热膨胀系数可以减少机体的热冲击，减少缺陷。此外，粘合剂还必须具有无毒、对环境无污染、不挥发、不吸湿、循环加热性能不变化等特点。

• 混合过程:
  在注塑成型前，必须将陶瓷粉和粘结剂充分混合均匀。粘结剂配方选定后，应将添加量限制在所需的最小值。混合顺序为先加入熔点高、粒度大的粘结剂，混合溶解，再加入熔点低的配料，加入粉末，最后加入增塑剂，一般混合30分钟以上。适用于制备陶瓷注射成型混合物的混炼机有三种，轧辊机和班伯里混炼机是分批操作的，挤出机是半连续操作的。挤出机一般为单螺杆或双螺杆，后者效率更高。许多螺杆挤出机的一个显著特点是流道的几何形状的变化和变化，以避免未混合的材料。
• 注射成型工艺:
  注射成型是指用注塑机将颗粒加热软化，然后注射到模具中，然后在模具中冷却再凝固，从而获得所需形状的过程。注塑机由注射装置、夹紧装置(模具安装部分)、液压装置、电气控制装置组成。注塑陶瓷材料要求注塑机的相应部件具有耐磨性能，特别是注塑机的螺杆、止回阀、机筒等。
• 脱脂过程:
  烧结前需除油。脱脂是用物理或化学方法去除注射成型中粘结剂成分的过程。它是陶瓷注射成型过程中最长也是最关键的一步。随着粘结剂体系的增加和完善，形成了多种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、超临界萃取脱脂、微波脱脂等。
• 烧结过程:
  脱脂后，脱脂的尺寸与预制件的尺寸几乎相同，它是密度低的多孔模体，因此需要通过高温烧结获得高性能致密产品。粉末冶金中的各种烧结方法和致密化措施都适用于CIM。烧结速度与粘性流动、凝固、体积扩散、表面扩散等因素有关。颗粒直径越小，熔体粘度越低，表面张力越高，烧结速度越快。而烧结后，产品的收缩率一般在13-20%左右。

CIM陶瓷注射成型的应用:

注射成型技术已应用于各种高性能陶瓷制品的制备。如生物医学领域的陶瓷医疗器械、陶瓷支架、用于牙齿正畸和修复的陶瓷牙柱等。光通信用氧化锆陶瓷插套和陶瓷套管。氧化铝绝缘陶瓷元件应用于半导体和电子工业，如集成电路高封装管、小型真空开关陶瓷管、小型陶瓷滑动轴等。陶瓷刀、陶瓷手链、陶瓷表壳在现代生活和制表中都有应用。涡轮转子、叶片、飞机、航天器轴承、火箭机头锥等在航空航天工业中的应用。汽车发动机、气门、活塞、涡轮增压器转子、喷嘴等。