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异形精密氧化铝陶瓷成型的解决之道
作者: 发布日期:2020-07-25

  氧化铝陶瓷是氧化物中最稳定的物质之一,具有高机械性能、高电绝缘性和低介电损耗,广泛应用于航空航天、机械、电子、汽车等领域。在成型技术中,由于氧化铝陶瓷的高硬度和脆性,很难切割,尤其是形状复杂、精度高的异形零件,尤其是微结构零件(毫米级),其他成型方法几乎无能为力。

  陶瓷注射成型的出现为氧化铝陶瓷的成型工艺带来了新的解决方案。该工艺主要包括加料、注射成型、脱脂和烧结四个阶段。基本过程是在氧化铝陶瓷粉末中加入粘结剂,并混合均匀,形成粘塑性饲料。在加热条件下,通过注射成型机将原料注射到模腔中进行冷凝成型,并通过脱脂工艺去除粘结剂,该粘结剂可用于烧结。

氧化铝陶瓷

  一、氧化铝陶瓷喂料的研制

  该饲料的制备是将陶瓷粉和适量的有机载体在一定的温度下按一定的比例混合,然后干燥、造粒,得到注射用饲料。注射成型用氧化铝陶瓷原料必须具有足够高的固含量、良好的流变性和热力学稳定性。饲料的性能主要取决于粉料的性能和粘结剂的选择,因此饲料的研究和优化也集中在这两个方面。

  1.粉末特性

  平均粒度、堆积密度、粉末形状、比表面积、颗粒间隙等决定了所制备饲料的性质,进而影响最终产品的质量。对于氧化铝粉末来说,最重要的要求是粒度细、形状规则,在注射成型过程中流动性好、填充量大、烧结收缩率低。

  结果表明,在氧化铝陶瓷原料固含量相同的情况下,包覆氧化铝粉末所需的粘结剂用量随着粉末比表面积的减小而减少,这使得粉末更容易流动,原料粘度降低,有利于注射成型过程的完成。

  2.粘合剂

  粘结剂是陶瓷粉末的载体,它决定了进料注射成型的流变和注射性能。良好的粘结剂能保持形状,有效减少毛坯的变形和脱脂缺陷。

  氧化铝陶瓷注射成型粘结剂应满足以下条件:

  (1)流动性好,注塑粘度适中,粘度不会随温度波动太大,从而减少缺陷;

  (2)良好的润湿性和对粉末的粘附性;

  (3)高导热系数和低热膨胀系数;

  (4)一般由多组分有机质组成,单一有机粘结剂难以满足流动性要求。

  氧化铝陶瓷粉CIM常用胶粘剂及其脱脂方法。目前,氧化铝注射成型中最常用的粘合剂由石蜡(PW)、聚丙烯(PP)和硬脂酸(SA)组成。一些研究人员用乙烯-醋酸乙烯共聚物代替聚丙烯,用植物油代替水杨酸。同时,也有研究者将EVA和PP按一定比例混合。

  二、注射成型

  注射成型工艺是指将混合好的注射混合物在注塑机中加热,转变成粘稠的熔体,在一定的温度和压力下高速注射到金属模具中,冷却固化成所需形状的坯料,然后脱模。

  注射成型过程是一个不可压缩、非等温、不稳定的流动过程。工艺参数控制不当会导致许多缺陷,直到脱脂和烧结后才能发现。因此,控制和优化注塑工艺参数对提高成品率和材料利用率非常重要。注射成型的工艺参数包括温度、成型周期、压力和速度。

  三、脱脂

  脱脂,也称为去胶,是指通过加热或其他方法去除注射成型胚胎中的有机物。

  脱脂过程是注塑成型中最耗时的过程,也是质量控制中最关键的过程。脱脂不当会导致许多产品缺陷。常见的脱脂工艺包括热脱脂和溶剂脱脂。对于氧化铝陶瓷的注射成型,最初主要采用热脱脂,有机物被简单地烧掉。这种方法能耗高、时间长,但对于厚壁陶瓷零件仍有一定的局限性。

  溶剂脱脂主要使用有机溶剂(如丙酮、乙烷等)。)来溶解胚胎体中的石蜡,而其他结合剂仍然可以保持胚胎体的形状,然后可以排出溶剂。对于大比例的粘结剂体系,可采用石蜡,溶剂脱脂工艺。

  近年来,各种新的脱脂方法不断被报道,如水基萃取脱脂、催化脱脂和超临界脱脂。与传统脱脂方法相比,具有脱脂速度快、裂纹缺陷少等优点,大大提高了烧结后最终产品的性能。例如,马卡费拉托[3]试验了氧化铝,的超临界脱脂工艺,发现可以在短时间内获得无缺陷的注射成型坯体。

  四、烧结

  脱脂陶瓷素坯是低密度的多孔体,需要在高温下进行致密化和烧结,以获得具有所需尺寸精度和纤维结构的致密陶瓷部件。这一过程类似于一般的陶瓷致密化烧结,包括无压烧结、热压烧结等。

氧化铝陶瓷

  与其他制备工艺生产的氧化铝陶瓷零件相比,氧化铝陶瓷注射成型可以加工形状复杂、精度高的零件,如电子基板、牙托、微型齿轮等。是一种高效的异形精密氧化铝陶瓷成型方法,在国内外具有广阔的研究和应用前景。鉴于氧化铝,注射成型工艺复杂,注射和脱模过程受多种因素制约,容易出现欠注射、缩孔、飞边、变形等缺陷。目前,饲料制备和脱脂工艺仍是该工艺的技术难点,因此将从以下几个方面进行进一步研究:

  1.不规则氧化铝粉末颗粒的注射成型研究。粉末的性能对成品的质量有很大的影响。许多实验室使用的粉末粒度和比表面积都很严格,但在工业生产中使用高质量粉末的成本会相当高。因此,如何克服不规则氧化铝粉末颗粒造成的注射成型困难是工业生产中的关键环节。

  2.粘合剂的研究如果我们能开发一种新的粘结剂体系,有效地增加混合物的装载能力,甚至开发一种无粘结剂技术,我们就能大大提高生产效率和优化工艺流程。

  3.脱脂工艺研究。利用计算机技术,可以模拟和控制脱脂时间和脱脂质量,从而提高产品性能和生产效率。

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