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氧化铝陶瓷注射成形技术概述

发布日期:2014-11-07 11:44:05 浏览量:

氧化铝是一种常用的现代工业陶瓷,与普通陶瓷相比具有更高的纯度、硬度和密度,最重要的是它比普通的陶瓷具有一定的塑性和韧性,没有那么“脆”了。正是因为具备普通陶瓷材料的耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小、绝缘性及自身的一些独特优点,氧化铝陶瓷才深受现代工业从业者的喜爱。在微电子、核反应堆、航天、磁流体发电、人工骨和人工关节等高精尖领域,氧化铝陶瓷制品正在发挥着不可替代的作用。

   普通陶瓷制品的制造工艺一般是原料配制、坯料成形和窑炉烧结三道工序组成的,氧化铝陶瓷制品则主要采用粉末烧结法。对于氧化铝陶瓷材料来说,硬度高使其拥有了比金属更强的耐磨性和强度,但同时也使其难以切割加工,对于一些形状稍微复杂点的陶瓷零部件来说,一次成形,成形后不必做过多后加工的成形工艺是最为适合的。

陶瓷注射成形就是这样一种采用高纯度、微细陶瓷粉末为原料,一次成形具有精确的形状和尺寸的氧化铝零部件的成形工艺。这是一种将传统的高分子材料注塑工艺引入粉末成形领域的新型近净成形工艺,利用该法生产的陶瓷零部件可以不必经过后加工,直接使用。例如汽车发动机中的增压器转子,骨骼、牙齿等生物陶瓷制品,在成形烧结以后即为成品。

   今天我们就从原料、设备和工艺流程的角度来全面了解一下氧化铝陶瓷注射成形技术,首先是原料,用于氧化铝陶瓷注射成形的陶瓷粉末粒度一般为1μm,但是由于团聚作用,流动性极差,还无法作为直接的原料用于注射,于是还需要经过混炼造粒制成粉末装载量在80-90%的注射喂料。

   在制备喂料的过程中需要选择有机粘结剂与陶瓷粉末进行充分的混合、搅拌,使陶瓷粉末表面都能均匀地包裹一层粘结剂,提高陶瓷粉末的流动性,搅拌均匀后需要冷却、干燥、粉碎后,才获得适合注射成形机漏斗进料的颗粒。陶瓷喂料制备所选择的有机粘结剂一般为热塑性树脂、热固性树脂以及增塑剂和减摩剂等,加入量一般为喂料总量的10-30%,粘结剂的加入使得喂料具有了很好的流动性和成形性,从而从源头上确保了复杂形状产品成形的形状精度和可靠性。

   其次,注射成形设备对于氧化铝陶瓷注射成形来说也是很重要的组成部分,注射成形机一般由增塑装置(或注射装置)、合模装置、油压装置以及电子、电源控制装置组成。氧化铝陶瓷具有比金属粉末更高的摩擦系数且材料具有易被金属污染的特点,所以不能直接使用MIM工艺中的先关注射成形设备。

   从注射成形机料筒等直接与物料接触部分材质到模具材料的选择都区别于金属注射成形,例如模具材料一般采用的是高洁度、耐磨性、耐腐蚀性均优良的合金钢。为了使注塑条件最优化,需要依靠模具、料筒等的温度管理和模具内的压力传感器进行细致的管理。此外,模具上应有冷却槽,可以冷却和加热,依靠温度调节器使模具温度保持恒定,对提高成形体的精度很有效。

   再次,氧化铝陶瓷注射成形工艺过程中也应对每个环节的工艺参数进行精确控制,才能制得符合设计要求的高品质陶瓷零部件。例如,喂料生产环节对粉末粒度和原料流动性的控制、注射环节在注射成形集中攻关装设自适应控制器,对注射温度、模具温度、注射压力和注射时间进行精准控制、在脱脂环节不断探索使用快速彻底的新型脱脂方法、烧结环节要将烧结的线收缩率控制在15-20%以内。

最后,氧化铝陶瓷注射成形技术是一种综合了材料学、设备制造、粉末烧结、粉末制备等多学科和技术的综合性零部件成形技术,涉及的内容除了原料、设备和工艺之外还有许多方面,在此就不一一赘述了。总之,氧化铝陶瓷注射成形技术的发展进步离不开相关学科的进步,目前在粘结剂配方、粉末制备和脱脂烧结环节的还有许多难题未能解决,相信随着科技的进步,这些难题终将会被一一克服,氧化铝陶瓷制品也会因此得到更高的质量和更广泛的应用。