中國粉體網(wǎng)訊  陶瓷注射成型(CIM)是將聚合物注射成型方法與陶瓷制備工藝相結合而發(fā)展起來的一種制備陶瓷零部件的新工藝，類似于20世紀70年代發(fā)展起來的金屬注射成型(MIM)，均是粉末注射成型的分支，陶瓷注射成型有如下特點：

1、成型過程具有機械化和自動化程度高、生產效率高、成型周期短、坯體強度高，生產過程中的管理和控制也很方便，易于實現(xiàn)大批量、規(guī)模化生產。

2、可近凈成型各種幾何形狀復雜的及有特殊要求的小型陶瓷零部件，使燒結后的陶瓷產品無需進行機加工或少加工，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劑較多，需先經過低溫脫脂工藝，才能進而高溫燒結，對于厚度大的制品，脫脂時間可能長達100-200小時。

4、成型時，陶瓷粉末和粘結劑的混合均勻，后期燒結其收縮一致，得到的陶瓷制品各部位密度均勻，因而這類產品具有極高的尺寸精度和表面光潔度。

因此CIM技術成為現(xiàn)有陶瓷成型技術中高精度和高效率的成型方法之一，在國內外得到廣泛的應用和研究。

工藝流程

它的工藝流程如下：

其中脫脂過程是最重要的一個階段，它在某種程度上決定了最終產品的質量。因為陶瓷材料中絕大多數(shù)的缺陷都在脫脂階段形成，比如裂紋、氣孔、變形、鼓泡等情況，并且在脫脂過程中產生的缺陷也是無法通過后期的燒結階段來彌補的。

脫脂工藝

1、熱脫脂

機理：通過加熱方法把坯體中的有機粘結劑熔融、揮發(fā)和裂解來脫除。具體過程是將成形坯加熱到一定的溫度，使粘結劑蒸發(fā)或熱分解生成氣體小分子，氣體小分子通過擴散或滲透方式傳輸?shù)匠尚闻鞅砻�，最后粘結劑的分解氣體從成形坯表面脫離進入外部氣氛。

注意事項：由于黏結劑組分受熱軟化，導致坯體在重力和熱應力作用下易產生黏性流動變形，因此熱脫脂的速率非常緩慢，脫脂時間特別長，對于厚壁的陶瓷部件更是這樣。尤其是在脫脂初期，低熔點的有機物無法排除坯體而在坯體內部產生較高壓力，容易導致坯體產生鼓泡、裂紋和變形等缺陷。

解決辦法：

1、提高粉末的裝載量，增寬脫脂溫度分布范圍。

2、埋粉。一方面埋粉能夠在熱脫脂中起到支撐坯體的作用，防止坯體中粘結劑軟化的時候坯體因為自重而發(fā)生變形，另一方面則是埋粉的毛細吸附作用促進了有機粘結劑排出，這種毛細吸附作用本質上改變了坯體表面的有機粘結劑分布狀態(tài)，包括液相有機粘結劑的含量和氣相的產物的濃度，一般粉末越細，比表面積越大則毛細作用越大，所以脫脂速率也越快；目前使用較多的埋粉主要有：剛玉細粉、石英粉、氧化鋁粉、碳化硅粉等。

2、溶劑萃取脫脂

機理：溶劑脫脂是利用溶劑選擇性地溶解脫除坯塊中的粘結劑組元，以達到比熱脫脂更好的精度。其整個過程是：低分子溶劑在生坯中擴散至與粘結劑接觸，溶劑溶脹并溶解粘結劑中被溶物質，然后粘結劑中的可溶部分通過擴散到達坯塊表面，最后進入溶劑。當部分粘結劑被溶解后，就形成了通道，以利于其它組分的脫除。

注意事項：溶劑脫脂的速率由溶劑類型、溫度、生坯厚度、溶解速度、脫脂活化能等因素決定。溫度的升高可加快溶劑和被溶組分的擴散，從而使脫脂速率提高。若溫度過高則會出現(xiàn)鼓泡、開裂等缺陷，這是因為溫度過高會導致脫脂速率過快，粘結劑溶解時溶劑浸入所產生的毛細管力等超過陶瓷粉末顆粒間的結合力，使粉末松散，從而形成各種缺陷。

解決辦法：控制溫度保持在50-80℃左右。這樣在脫脂時粘結劑不會因為軟化而導致變形的問題。

3、虹吸脫脂

機理：虹吸脫脂是指將成形坯放置于一多孔基板或多孔粉坯上，將成形坯加熱到粘結劑的粘度足夠低，能夠發(fā)生毛細流動的程度，粘結劑將在毛細力的作用下被吸出成形坯并且流入吸料中。

注意事項：吸料粉末的直徑要小于成形坯粉末顆粒直徑，孔隙率要高，并且應該與成形坯不發(fā)生反應。

4、催化脫脂

催化脫脂是近幾年才發(fā)展起來的一種新脫脂工藝，最早是由德國著名的化工公司BASF公司開發(fā)出來的。

機理：利用一種催化劑把有機載體分子解聚為較小的可揮發(fā)的分子，這些分子比其它脫脂過程中的有機載體分子有較高的蒸汽壓，能迅速的擴散出坯體。

注意事項：熱脫脂過程中由于生成液相而導致“生坯”軟化，或由于重力、內應力或粘性流動影響而產生的變形和缺陷。

解決辦法：催化脫脂的反應溫度范圍為100～150℃，低于聚甲醛樹脂的熔點，以防液相生成和尺寸變形。

除了催化脫脂外，最近幾年發(fā)展起來的超臨界萃取脫脂、微波脫脂以及水基萃取脫脂具有脫脂速率快、脫脂過程中裂紋和缺陷形成少、對產品尺寸要求降低的優(yōu)點，而且燒結后的最終產品性能大幅度提高，因此受到廣泛的重視。

總結

處于快速發(fā)展的陶瓷注射成形技術，以其近凈成型的特點成為越來越受關注的新型陶瓷成形技術，而脫脂是其中重要的關鍵工藝。一個成功的脫脂過程就是要保證粘結劑能連續(xù)平穩(wěn)地從成形坯中脫除。由于脫脂過程的復雜性涉及到許多因素，包括粉末的影響、粘結劑的影響、喂料與粘結劑的流變和燒結性能等，在保證制品形狀和尺寸精度的前提下，盡量縮短脫脂時間和簡化脫脂工藝，并且使其在系統(tǒng)化、規(guī)模化方面取得更大進步，為工業(yè)化生產提供條件。

參考來源：

[1]宋明等.先進陶瓷注射成型的脫脂工藝進展

[2]彭周等.陶瓷注射成形中脫脂工藝及其新進展

[3]化工儀器網(wǎng)、中國粉體網(wǎng)

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