新型陶瓷的注射成形技术

新型陶瓷亦称精密陶瓷、特种陶瓷、或高技术陶瓷。它是采用高度精选的原料，按照特殊的制造工艺生产，能精确控制化学组成和具有优异性能的陶瓷。目前，新型陶瓷主要使用在高技术和尖端工业，如微电子、核反应堆、航天、磁流体发电、人工骨和人工关节等方面。新型陶瓷在制造工艺上，应当满足以下三方面的要求。①精选的原料要选用高纯度的，颗粒应尽可能的细；②严格控制化学成分。制造过程中要防止杂质混入和成分本身的挥发，对烧结件的颗粒度、界面、气孔等要严格控制，以达到质量稳定和具有再现性；③精确的形状和尺寸。新型陶瓷制件一般不经加工，直接使用，特别是陶瓷电子器件要求较高的精度。新型陶瓷和普通陶瓷在成分和制造工艺上都有很大的差别。普通陶瓷经过原料配制、坯料成形和窑炉烧成三道工序制成；而新型陶瓷大多采用粉末烧结法制造。在成形技术方面，由于陶瓷的硬度极高，难于切割加工，特别对于形状复杂的非对型制品，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，无需再加工。为了满足这一要求，人们模仿高分子材料工业的注射成形技术生产塑料零件的方法，加工新型陶瓷制品，取得了满意的效果。陶瓷注射成形技术，是在陶瓷粉料中加入热塑性树脂、热固性树脂，增塑剂和减摩剂，使陶瓷粉料成为粘性弹体，然后将加热混炼后的料浆从喷口射入金属模内，冷却固化即成。常用的热塑性树脂有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯，加入量为10-30％。这一技术很大程度地提高了形状复杂产品成形的精度和可靠性。一、注射成形设备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。其类型根据增塑装置内部结构的不同，可以分为柱塞式和并联螺旋桨式。近年来，一般认为后者优点较多。注射成形机是以电子、电源控制装置为中枢，在驱动油压装置的同时使增塑装置、合模装置顺次工作。其工作程序是：陶瓷原料由漏斗放入，进入缸体，原料在送人缸体端部的同时，进行熔化、搅拌，经缸体端部的喷嘴注射至金属模具的型腔中获得坯件。国外先进的控制系统采用屏幕显示方式(如利用示波管、等离子、电致发光、液晶)，以及设计图形控制台方式或二者组合的复合控制台方式。模具材料一般采用高洁度、耐磨性、耐腐蚀性均优良的合金钢。模具设计应当符合陶瓷一高分子系统的流动特性。为了减少成形体的收缩，避免模具体内空气卷入成形体，因此模具要考虑控制放出口。在环状制品上，栅的对侧易产生熔合纹，所以也要注意栅的位置。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。由于原料中要大量使用有机材料，为了不使毛坯产生热裂，不剩碳渣地进行脱脂也是一个重要课题。二、工艺陶瓷的注塑成形原理和塑料的注塑成形基本相同。只是塑料内混合大量的陶瓷粉末。为了改进注塑成形条件，必须选择与使用原料匹配的有机材料，并要选定添加量。为了获得致密又均匀的注塑成形体，陶瓷粉末的浓度要高些。但过高将使成形性能变差。为改进混炼坯料的流动性，应降低分散剂高分子系的粘度。作为前处理很重要的是提高陶瓷粉末的分散性，为了提高高分子的流动性，需添加适当的增塑剂和润滑剂。陶瓷原料的粒度一般为1μm，加入粘结剂(或称为添加剂)，经充分混合、搅拌。注射成形的工艺流程见下图。 在搅拌过程中，陶瓷粉末被粘结剂润湿和包复，全部成为均匀的复合物才可进行注射成形。且需要冷却、干燥、粉碎后，才获得适合注射成形机漏斗进料的颗粒。整个工艺中应注意和掌握的技术问题有以下四个方面。1、原料的流动性注射成形所用的陶瓷颗粒一般由80-90％(重要比，下同)的粉末和10～20％的粘结剂组成。粘结剂在脱脂工序中去掉，因此添加量以最低限度为宜，但应注意若添加量不足会影响成形效果。此外，陶瓷颗粒的流动性在粒度越小、形状越偏离球形时越差。因此，应用尽可能简便的方法对流动性进行测试。2、成形条件产生的缺陷成形条件如果不正确，会产生各种缺陷。其中最关键的是熔焊线条，若成形体带有通孔或盲孔，则容易出现这种缺陷。因此，必需注意模具的设计，特别是开口的类型、位置、大小及个数。同时应注意注射成形的注射温度和速度间的平衡。此外，为了避免发生表面粗糙、裂纹、长条痕、变形等缺陷。在成形困难的情况下，可在注射成形机中装设自适应控制器，进行细微的控制。