陶瓷注射成型技术ppt课件
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注射成型工艺ppt课件
诚 信 · 团 结 · 坚 韧 · 创 新 · 效 益
中国模具工业协会教育培训基地 国 家 劳 动 部 认 证 项 目 辅 导 站 广东省模具工业协会常务理事单位
注射机的选用：
• • • • • • 1、最大注射量的校核： 塑件和水口料总重小于额定注射量的80%。 2、最大锁模力的校核： 胀型力小于额定锁模力的80% 胀型力=制品投影面积A×模具内压P （模具内压P通常取20—40MPa。流动性好的塑料取20 左右,流动性中等的塑料取30左右,流动性差的塑料取40左 右.） • 流动性好：PP.PE.PA 取20MPa • 流动性中性：ABS.HIPS.AS.PMMA 取30MPa • 流动性差：PC.HPVC.PPO.PSF 取40MPa
韧
·
创
新
·
效
益
中国模具工业协会教育培训基地 国 家 劳 动 部 认 证 项 目 辅 导 站 广东省模具工业协会常务理事单位
• 1-4-2 压力： 包括注射压力 , 塑化压力（即背压）、保压 力和锁模压力。 • 1、塑件的尺寸越大，形状越复杂，壁厚越薄，要求注射 压力越大。 • 2、流动性好的塑料及形状简单的塑件，注射压力较小； 玻璃化温度及黏度都较大的塑料，应用较高的注射压力。 • 3、模具或熔胶温度较低时，宜用较大的注射压力。 • 4、对于同一副模具，注射压力越大，注射速度也越快。
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中国模具工业协会教育培训基地 国 家 劳 动 部 认 证 项 目 辅 导 站 广东省模具工业协会常务理事单位
二 模具温度 三 模具温度指和制件接触的模腔表壁温度。它直接影 响熔体充模流动行为，制件的冷却速度和成型后的制件 性能等。
诚
信
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注射机的选用：
• • • • • • 1、最大注射量的校核： 塑件和水口料总重小于额定注射量的80%。 2、最大锁模力的校核： 胀型力小于额定锁模力的80% 胀型力=制品投影面积A×模具内压P （模具内压P通常取20—40MPa。流动性好的塑料取20 左右,流动性中等的塑料取30左右,流动性差的塑料取40左 右.） • 流动性好：PP.PE.PA 取20MPa • 流动性中性：ABS.HIPS.AS.PMMA 取30MPa • 流动性差：PC.HPVC.PPO.PSF 取40MPa
韧
·
创
新
·
效
益
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• 1-4-2 压力： 包括注射压力 , 塑化压力（即背压）、保压 力和锁模压力。 • 1、塑件的尺寸越大，形状越复杂，壁厚越薄，要求注射 压力越大。 • 2、流动性好的塑料及形状简单的塑件，注射压力较小； 玻璃化温度及黏度都较大的塑料，应用较高的注射压力。 • 3、模具或熔胶温度较低时，宜用较大的注射压力。 • 4、对于同一副模具，注射压力越大，注射速度也越快。
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二 模具温度 三 模具温度指和制件接触的模腔表壁温度。它直接影 响熔体充模流动行为，制件的冷却速度和成型后的制件 性能等。
诚
信
陶瓷注射成型技术教学课件ppt
陶瓷注射成型技术的优缺点及与其他成型技术的比较 最新研究进展和未来发展趋势
02
陶瓷注射成型技术概述
陶瓷注射成型技术的定义
陶瓷注射成型技术是一种将陶瓷粉末、粘结剂、增塑剂等原 料混合，通过注射机注入模具，经干燥、烧结后获得致密陶 瓷成品的工艺方法。
陶瓷注射成型技术结合了塑料注射成型技术和传统陶瓷成型 技术的优点，具有成型复杂形状、高精度、高一致性等优势 。
注射机
将混合好的原料注射到模具中 ，形成所需形状的坯体。
模具
用于确定坯体的形状和尺寸， 通常由金属或陶瓷制成。
压机
用于将注射好的坯体进行压缩 ，以提高其密度和强度。
烧结设备
烧结炉
用于将坯体进行高温烧结，使其成为具有足够强 度的成品。
烧结助剂
为了促进烧结过程的进行，通常需要添加一些烧 结助剂。
冷却装置
高技术陶瓷领域
如电子、通讯、能源、环保等 领域的零部件制造。
精密陶瓷领域
如光学、机械、航空航天等领域 的零部件制造。
功能陶瓷领域
如压电、热敏、磁性等领域的电子 元器件制造。
03
陶瓷注射成型技术工艺流程
原料制备
原料储存
配料计算
保证原料的化学性质稳定，避免吸潮、氧化 等。
根据所需制备的陶瓷部件的尺寸和性能要求 ，计算所需原料的种类和数量。
球磨混合
干燥与除气
将原料加入球磨机中，加入适量的水或其他 溶剂，混合均匀，以保证原料的分散性。
通过干燥和除气处理，去除原料中的水分和 气泡，保证注射成型的质量。
模具设计
01
02
03
模具材料选择
根据陶瓷部件的形状和尺 寸要求，选择合适的模具 材料，如金属、塑料等。
注射成型的工艺过程ppt课件
②制品断面的平均温度冷却到所要求某一温度以 下所需的时间；
③某些较厚的制品，虽然断面中心层部分尚未固 化，但也有一定厚度的壳层已经固化，此时取出制 品已可不产生过大的变形，这段时间也可以定为制 品的冷却时间；
④结晶型塑料制品的最厚部位断面的中心层温度 冷却到熔点温度以下所需要的时间，或结晶度达到 某一指定值所需要的时间。
保压阶段的压力可以维持原来的注射压力，一般是 稍低于原来的注射压力。提高保压阶段的压力，延长 保压时间，有利于提高制品密度，减少收缩，克服制 品表面缺陷。保压压力越高，浇口凝封压力也越高， 塑料还在流动，温度逐渐下降，因此，分子定向程度 大。这是注射制品大分子取向形成的主要阶段。
模腔内压力变化曲线分析 (4)
使模腔中的塑料能形成形状完整而致密的制品。
6.退回柱塞或螺杆，加入新料
7.冷却 卸除料筒中塑料的压力，通冷却水、油等冷却介质， 对模具进一步冷却。核心步骤 8.脱模 冷却到所需温度，可用人工或机械的方式脱模。
(三） 冲模阶段
注射过程中的压力损失
物料熔体在注射时要克服一系列阻力，包括熔体与料筒、喷嘴、浇 注系统、型腔的摩擦阻力及熔体的内摩擦阻力，同时还需要对熔体进行 压实，因此，所需的注射压力很高。
在螺杆式注塑机中，物料在固体输送段已经形成固体塞，阻力较小， 到计量段物料已经熔化，这时，无论固体、半固体还是熔体，其流动阻 力均较小。因此，螺杆式注塑机的注射压力损失小。
充模过程中模腔内压力变化曲线
模腔内压力变化曲线说明
a-熔料在受压保持时间（保压时间），b螺杆行程向前的时间，c-在塑模中冷却保持时 间， d-浇口中熔料凝固时的压力（封口压力）， e、e1、e2-压力曲线，f-开模时的残余压力。
料层厚度
③某些较厚的制品，虽然断面中心层部分尚未固 化，但也有一定厚度的壳层已经固化，此时取出制 品已可不产生过大的变形，这段时间也可以定为制 品的冷却时间；
④结晶型塑料制品的最厚部位断面的中心层温度 冷却到熔点温度以下所需要的时间，或结晶度达到 某一指定值所需要的时间。
保压阶段的压力可以维持原来的注射压力，一般是 稍低于原来的注射压力。提高保压阶段的压力，延长 保压时间，有利于提高制品密度，减少收缩，克服制 品表面缺陷。保压压力越高，浇口凝封压力也越高， 塑料还在流动，温度逐渐下降，因此，分子定向程度 大。这是注射制品大分子取向形成的主要阶段。
模腔内压力变化曲线分析 (4)
使模腔中的塑料能形成形状完整而致密的制品。
6.退回柱塞或螺杆，加入新料
7.冷却 卸除料筒中塑料的压力，通冷却水、油等冷却介质， 对模具进一步冷却。核心步骤 8.脱模 冷却到所需温度，可用人工或机械的方式脱模。
(三） 冲模阶段
注射过程中的压力损失
物料熔体在注射时要克服一系列阻力，包括熔体与料筒、喷嘴、浇 注系统、型腔的摩擦阻力及熔体的内摩擦阻力，同时还需要对熔体进行 压实，因此，所需的注射压力很高。
在螺杆式注塑机中，物料在固体输送段已经形成固体塞，阻力较小， 到计量段物料已经熔化，这时，无论固体、半固体还是熔体，其流动阻 力均较小。因此，螺杆式注塑机的注射压力损失小。
充模过程中模腔内压力变化曲线
模腔内压力变化曲线说明
a-熔料在受压保持时间（保压时间），b螺杆行程向前的时间，c-在塑模中冷却保持时 间， d-浇口中熔料凝固时的压力（封口压力）， e、e1、e2-压力曲线，f-开模时的残余压力。
料层厚度
陶瓷成型方法PPT课件
滚压头，如聚四氟乙烯。
3、滚压成型常见缺陷 1）粘滚头：泥料可塑性太强或水分过多；滚头转速太快； 滚头过于光滑及下降速度慢；滚头倾角过大。 2）开裂：坯料可塑性差；水分太少，水分不均匀；滚头 温度太高，坯体表面水分蒸发过快，引起坯体内应力增大。 3）鱼尾：坯体表面呈现鱼尾状微凸起。原因是滚头摆动； 滚头抬离坯体太快。 4）底部上凸：滚头设计不当或滚头顶部磨损； 滚头安装 角度不当；泥料水分过低。 5）花底：坯体中心呈菊花状开裂。原因是模具过干过热； 泥料水分少；转速太快；滚头中心温度高；滚头下压过猛； 新模具表面有油污。
§ 3 压制成型
一、定义
将含有一定水分（或其它粘结剂）的粒状粉料填充于模 具之中，对其施加压力，使之成为具有一定形状和强度 的陶瓷坯体的成型方法叫做压制成型。又称模压成型 （stamping process）、干压成型(dry pressing)。 粉料含水量8%~15％时为半干压成型； 粉料含水量为3％~7％时为干压成型； 特殊的压制工艺（如等静压法），坯料水分可在3％以 下。
§ 2 可塑成型
利用外力对坯料进行成型。基本原理是基于坯料的可塑性。 一、滚压成型
1.工艺原理和特点：成型时盛放着泥料的石膏模型和滚压头分 别绕自己的轴线以一定的速 度同方向旋转。滚压头在旋 转的同时逐渐靠近石膏模型， 对泥料进行滚压成型。 优点：坯体致密、组织结构 均匀、表面质量高。 阳模滚压（外滚压）：滚压 头决定坯体形状和大小，模 型决定内表面的花纹。 阴模滚压（内滚压）：滚压 头形成坯体的内表面。
收缩不一致。
3）压力注浆
通过提高泥浆压力来增大注浆过程推动力，加速水分的
扩散，不仅可缩短注浆时间，还可减少坯体的干燥收缩
和脱模后坯体的水分。注浆压力越高，成型速度越大，
3、滚压成型常见缺陷 1）粘滚头：泥料可塑性太强或水分过多；滚头转速太快； 滚头过于光滑及下降速度慢；滚头倾角过大。 2）开裂：坯料可塑性差；水分太少，水分不均匀；滚头 温度太高，坯体表面水分蒸发过快，引起坯体内应力增大。 3）鱼尾：坯体表面呈现鱼尾状微凸起。原因是滚头摆动； 滚头抬离坯体太快。 4）底部上凸：滚头设计不当或滚头顶部磨损； 滚头安装 角度不当；泥料水分过低。 5）花底：坯体中心呈菊花状开裂。原因是模具过干过热； 泥料水分少；转速太快；滚头中心温度高；滚头下压过猛； 新模具表面有油污。
§ 3 压制成型
一、定义
将含有一定水分（或其它粘结剂）的粒状粉料填充于模 具之中，对其施加压力，使之成为具有一定形状和强度 的陶瓷坯体的成型方法叫做压制成型。又称模压成型 （stamping process）、干压成型(dry pressing)。 粉料含水量8%~15％时为半干压成型； 粉料含水量为3％~7％时为干压成型； 特殊的压制工艺（如等静压法），坯料水分可在3％以 下。
§ 2 可塑成型
利用外力对坯料进行成型。基本原理是基于坯料的可塑性。 一、滚压成型
1.工艺原理和特点：成型时盛放着泥料的石膏模型和滚压头分 别绕自己的轴线以一定的速 度同方向旋转。滚压头在旋 转的同时逐渐靠近石膏模型， 对泥料进行滚压成型。 优点：坯体致密、组织结构 均匀、表面质量高。 阳模滚压（外滚压）：滚压 头决定坯体形状和大小，模 型决定内表面的花纹。 阴模滚压（内滚压）：滚压 头形成坯体的内表面。
收缩不一致。
3）压力注浆
通过提高泥浆压力来增大注浆过程推动力，加速水分的
扩散，不仅可缩短注浆时间，还可减少坯体的干燥收缩
和脱模后坯体的水分。注浆压力越高，成型速度越大，
第三章-注射成型PPT课件
、
选用 品烧伤现象。
注
注射速率一般依成型条件、模具结构、塑料性能、
射
制品形状、壁厚等确定。合理地提高注射速率，能
时
缩短生产周期，减小制品的尺寸公差，能在较低的
间
模温下顺利地获得优良的制品。
聊城大学材料科学与工程学院
34
注射速度(cm/s)、注射速率(cm3／s)、注射时间
(s)
注射时，熔料经喷嘴进入温度较低的模腔内、随着
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12
柱塞式注射系统的不足： 1）塑化不均匀:物料靠加热器通过热传导供 给热量来进行塑化，导致料筒内物料的温差 较大； 2）注射压力损耗大：注射压力消耗包括进 入模腔的阻力、压实物料、物料的前移、通 过分流梭所遇到的阻力上。易造成充模困难。 3）注射速度不均匀：必须先把料筒中未塑 化的物料压实，然后注射柱塞的移动速度才 能与熔体的注射速度达到一致。 小型的注射机上才使用柱塞式注射系统。
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19
喷嘴口的直径主要根据实践经验确定，对于 高粘度熔料，喷嘴口的直径约为螺杆直径的 1/10-1/15，对于中低粘度熔料，喷嘴口的 直径约为螺杆直径的1/15-1/20，但要比主 流道直径略小(约小0.5—1mm)。
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20
加压和驱动装置 ➢供给柱塞或螺杆对物料施加的压力。使柱塞或螺杆 在注射周期中发生的往复运动进行注射的设施，就是 加压装置，它的动力来源有液压力和机械力两种。大 多数采用液压力。 ➢使注射机螺杆转动而完成对物料预塑化的装置是驱 动装置。常用的驱动装置有单速交流电机和液压马达 两种。采用电动机驱动可保证转速的稳定性。采用液 压马达驱动的优点有： 1)传动持性较软，启动惯性小。对螺杆过负载有保护 作用。 2)易平滑地实现螺杆转速的无级调速； 3)传功装置体积小，重量轻、结构简单等。 当前的发展趋势是采用液压马达驱动装置。
4.2陶瓷注射成型技术解析
每年垄断了全球数亿美元的市场 ▪ 美国已实现氧化锆理发推剪的生产和发动机中氮化硅零部件
的应用等 ▪ 在国内中南工业大学粉末冶金国家重点实验室开发出精密双
螺旋混练机陶瓷内衬和具有双螺纹的陶瓷喷嘴等 ;而华中科 技大学材料学院应用CIM技术成功开发出氧化锆氧传感器.
陶瓷粉末注射成型基本工艺流程图
注射成型技术对陶瓷粉末的要求
注射成型粘结剂体系
▪ 注射成型中的粘结剂有两个基本的功能。首先在注 射成型阶段能够和粉末均匀混合，加热后能够使得 粉末具有良好的流动性；其次，粘结剂能够在注射 成型后和脱脂期间起到维持坯体形状的作用。可以 说，粘结剂是粉末注射成型技术中的核心和关键， 每次注射成型工艺的提高和突破都伴随着新粘结体 系的诞生。在CIM中，由于粉末粒度比金属粉末注 射成型中的细小，粉末本身的流动性差，粉末和粘 结剂混合后粉末之间的间隙极小，造成脱脂困难， 这就对粘结剂提出了更苛刻的要求。因此，作为陶 瓷注射成型粘结剂，必须具备以下条件：
立式注射成型机ຫໍສະໝຸດ 注射成型机构组成▪ 可塑化机构（注射机构） ▪ 合模机构（包括模具） ▪ 油压机构 ▪ 电气控制机构
注射成型模具
注射成型制备氧化锆坯体
注射成型制备氧化锆坯体
注射成型过程中缺陷的控制
▪ 在注射成型过程中缺陷的控制基本可从两个方面考 虑：一方面是成型温度、压力和时间三者关系设定； 另一方面是填充时喂料在模腔中的流动。因为CIM 产品大多数是形状复杂、精度要求高的小尺寸零件， 混料在模腔的流动就牵涉到模具设计问题，包括进 料口位置、流道的长度、排气孔的位置等，都需对 混料流动性质、模腔内温度和残余应力分布等参数 有清楚了解。现行计算机充模过程动态模拟，正为 注射成型这一步提供理论指导。
系
的应用等 ▪ 在国内中南工业大学粉末冶金国家重点实验室开发出精密双
螺旋混练机陶瓷内衬和具有双螺纹的陶瓷喷嘴等 ;而华中科 技大学材料学院应用CIM技术成功开发出氧化锆氧传感器.
陶瓷粉末注射成型基本工艺流程图
注射成型技术对陶瓷粉末的要求
注射成型粘结剂体系
▪ 注射成型中的粘结剂有两个基本的功能。首先在注 射成型阶段能够和粉末均匀混合，加热后能够使得 粉末具有良好的流动性；其次，粘结剂能够在注射 成型后和脱脂期间起到维持坯体形状的作用。可以 说，粘结剂是粉末注射成型技术中的核心和关键， 每次注射成型工艺的提高和突破都伴随着新粘结体 系的诞生。在CIM中，由于粉末粒度比金属粉末注 射成型中的细小，粉末本身的流动性差，粉末和粘 结剂混合后粉末之间的间隙极小，造成脱脂困难， 这就对粘结剂提出了更苛刻的要求。因此，作为陶 瓷注射成型粘结剂，必须具备以下条件：
立式注射成型机ຫໍສະໝຸດ 注射成型机构组成▪ 可塑化机构（注射机构） ▪ 合模机构（包括模具） ▪ 油压机构 ▪ 电气控制机构
注射成型模具
注射成型制备氧化锆坯体
注射成型制备氧化锆坯体
注射成型过程中缺陷的控制
▪ 在注射成型过程中缺陷的控制基本可从两个方面考 虑：一方面是成型温度、压力和时间三者关系设定； 另一方面是填充时喂料在模腔中的流动。因为CIM 产品大多数是形状复杂、精度要求高的小尺寸零件， 混料在模腔的流动就牵涉到模具设计问题，包括进 料口位置、流道的长度、排气孔的位置等，都需对 混料流动性质、模腔内温度和残余应力分布等参数 有清楚了解。现行计算机充模过程动态模拟，正为 注射成型这一步提供理论指导。
系
CIM陶瓷粉末注射成型技术教学课件ppt
生产设备及选择
04
生产设备的组成
包括料斗、料仓、振动筛等，用于储存和筛选原料。
原料储存设备
混炼设备
成型设备
烧成设备
如搅拌机、捏合机、三辊研磨机等，用于将原料混合并研磨成均匀的浆料。
包括注射机、模具、脱模机等，用于将浆料注射到模具中并形成制品。
如窑炉、烧成车等，用于烧成和硬化制品。
生产设备的选择原则
03
检测和检验
对烧结后的制品进行质量检测和性能检验，以确保其符合预期的技术要求和规格。
注射后的处理
01
脱模
注射成型后，将制品从模具中脱出，并对其进行必要的清理和修饰。
02
烧结
将脱模后的制品进行高温烧结，以去除其中的粘结剂等添加剂，并获得最终的制品。
关键技术
03
VS
陶瓷粉末的制备方法主要有研磨法、化学法、熔融法等。根据不同的制备方法，选择适当的工艺参数，确保粉末的粒度、纯度和分散性满足要求。
充模
成型
在一定温度和压力的作用下，使陶瓷粉末成型并形成具有一定形状和尺寸的坯体。成型方法有压制成型和等静压成型等。
成型和脱脂以及烧结
脱脂
将坯体中的粘结剂脱去，以形成具有微孔隙的素坯。脱脂过程需要在一定温度和气氛条件下进行，同时需要注意防止素坯变形和开裂。
烧结
将素坯在高温下进行烧结，使陶瓷颗粒之间形成牢固的结合。烧结温度和时间是影响烧结效果的关键因素，需要在一定范围内选择合适的工艺参数。烧结后的陶瓷制品需要进行后处理，如加工、研磨和抛光等，以满足使用性能要求。
根据生产规模和产量要求，选择具有相应生产能力的设备。
生产能力
选择能够生产出符合要求的制品的设备。
产品质量
陶瓷注射成型技术
在采用ＣＩＭ 工艺制备陶瓷材料的过程中，由于要加入大量黏结剂，故ＣＩＭ 制品
烧结后的尺寸收缩远远大于模压制品，尺寸难以控制，烧结坯体中也容易产生内应力，影 响烧结体性能．为了防止因大量收缩引起的变形和精度下降，试验中在不影响成型性的条 件下，要求尽可能高的粉末含量．随着石蜡含量的减少，烧结后试样的体积密度和抗弯强 度都降低．这主要是由于降低石蜡含量将使喂料黏度增加，流动性变差，在相同的混料工 艺和时间内混料相对困难，黏结剂不能很好地均匀包裹粉末颗粒，脱脂后生坯密度不均匀， 更易形成内部缺陷，而这在后续的烧结中是无法弥补的．
双辊式混炼机的主要结构是以不同速度相对回转的２个辊筒．浆料在辊 隙中由于机械力和相对速度的作用受到强烈的碾压、剪切和撕裂作用，经过多 次反复碾压剪切作用使浆料的各组分分散均匀，达到混合的目的．在混合初期， 浆料在碾压和剪切力作用下，高分子链发生断裂生成部分相对分子质量较小的 有机物并且发生形变，形成片状或带状物结构．
不同的混料工艺对氧化铝注射成型制品的脱脂质量 也有较大的影响．
图７ 采用２种混料工艺的试样在脱脂后的直观图
图７为脱脂后试样的直观图，可以看出，搅拌式 混料工艺有利于脱脂的进行，脱脂后试样无裂纹、变 形、孔洞、塌陷等缺陷，而采用双辊式混料工艺的试 样在脱脂后表面出现了严重的裂纹和中心凹陷，内部 有较大孔洞．
过程中会有少量碳生成，导致浆料颜色变深，而游离碳在后续脱脂工艺中很难 完全脱除，从而严重影响试样性能．当温度控制在低于170℃时，聚丙烯不能很 好地熔化，使得浆料黏度增加，与辊筒之间的摩擦阻力增大，不利于混料的进
行．摩擦热不是一个定值，而是随着浆料体积、室内温度、通风条件等的改变 而变化，因此双辊式混料的温度不易控制．
主
题
2012.4.2
烧结后的尺寸收缩远远大于模压制品，尺寸难以控制，烧结坯体中也容易产生内应力，影 响烧结体性能．为了防止因大量收缩引起的变形和精度下降，试验中在不影响成型性的条 件下，要求尽可能高的粉末含量．随着石蜡含量的减少，烧结后试样的体积密度和抗弯强 度都降低．这主要是由于降低石蜡含量将使喂料黏度增加，流动性变差，在相同的混料工 艺和时间内混料相对困难，黏结剂不能很好地均匀包裹粉末颗粒，脱脂后生坯密度不均匀， 更易形成内部缺陷，而这在后续的烧结中是无法弥补的．
双辊式混炼机的主要结构是以不同速度相对回转的２个辊筒．浆料在辊 隙中由于机械力和相对速度的作用受到强烈的碾压、剪切和撕裂作用，经过多 次反复碾压剪切作用使浆料的各组分分散均匀，达到混合的目的．在混合初期， 浆料在碾压和剪切力作用下，高分子链发生断裂生成部分相对分子质量较小的 有机物并且发生形变，形成片状或带状物结构．
不同的混料工艺对氧化铝注射成型制品的脱脂质量 也有较大的影响．
图７ 采用２种混料工艺的试样在脱脂后的直观图
图７为脱脂后试样的直观图，可以看出，搅拌式 混料工艺有利于脱脂的进行，脱脂后试样无裂纹、变 形、孔洞、塌陷等缺陷，而采用双辊式混料工艺的试 样在脱脂后表面出现了严重的裂纹和中心凹陷，内部 有较大孔洞．
过程中会有少量碳生成，导致浆料颜色变深，而游离碳在后续脱脂工艺中很难 完全脱除，从而严重影响试样性能．当温度控制在低于170℃时，聚丙烯不能很 好地熔化，使得浆料黏度增加，与辊筒之间的摩擦阻力增大，不利于混料的进
行．摩擦热不是一个定值，而是随着浆料体积、室内温度、通风条件等的改变 而变化，因此双辊式混料的温度不易控制．
主
题
2012.4.2
陶瓷注射成型技术
陶瓷粉末注射成型基本工艺流程图
注射成型技术对陶瓷粉末的要求
2) 粉末不结块团聚；
1) 粉末应专门配制，以求高的极限填充密度和低的成本；
3) 粉末形状主要为球形；
4) 粉末间有足够的摩擦力以避免粘结剂脱出后坯件变形
或塌陷，在大多数情况下，自然坡度角应大于55°；
5) 为利于快速烧结，应具有小的平均粒度，一般要求小 于1μm； 6) 粉末本身致密，无内孔隙； 7) 粉末的表面清洁，不会与粘结剂发生化学反应。
各种粘结剂体系的优缺点比较
体系 主要组元 优点 缺点
热塑性 石蜡、聚乙 适用性好、流动性好、易 脱脂时间长、工 体系 烯、聚丙烯 于成型、粉末装载量高、 艺较复杂 注射过程易控制 热固性 环氧树脂、 注射坯的强度高、脱脂速 注射过程不易控 体系 苯酚树脂 度快 制、适用性差、 缺陷多 有机物少、脱脂速度快 凝胶体 甲基纤维素、 生坯强度低、脱 系 脂困难 水、甘油、 硼酸 粉末装载量小 水溶性 纤维素醚、 脱脂速度快 体系 琼脂
陶瓷注射成型技术
陶瓷部件的注射成型是利用塑性材料在压 力下的注射成型原理的一种成型原理。在 成型过程中需要将热塑性材料混合在一起。
陶瓷注射成型工艺主要有三个环节构成： 第一：热塑性材料与陶瓷粉体混合成热熔体，然后注射进入相对 冷的模具中。
第二：这种混合热熔体在模具中冷凝固化。
第三：成型后的坯体制品被顶出而脱模。
CIM中几种常见的粘结剂组成
近年来国际上各种陶瓷粉末注射成型中经常用到的较典型的粘结剂，从表 中可以看出，CIM中用粘结剂体系还主要属于热塑性多组分体系。
粉末组成
Si3N4
粘结剂组成
体系
ZrO2 Al2O3 SiC/Si3N4
陶瓷工艺学成型PPT课件
第34页/共82页
提高注浆成型的速率的方法
2.提高吸浆过程的推动力
提高石膏模的毛细管吸力。其大小与石膏 模的渗透率有关。
影响因素：
• 石膏模制造工艺，如水膏比（78:100时可 制得具有最大毛细管力）可影响石膏模的毛细管 力的大小。
• 增大泥浆与模型之间压力差：在生产中常采 用压力注浆、真空注浆和离心注浆等方法。
• 塑压成型机； • 粘土质坯料水分为20%左右，具
有一定可塑性； • 适于成型各种异形的盘、碟类制
品，自动化程度高，对模具要求 高。
第20页/共82页
可塑成型方法——塑压成型过程
操作：靠压缩空气通入透气的石膏模中，将坯体从 模中托起，达到脱模的目的。其操作步骤如下图:
① 将泥段切成泥饼，置于底模上，见图a； ② 上下抽真空，施压成型，见图b； ③ 压缩空气从底模通入，使成型好的坯体脱离底模；
一般为21%～26%； • 设备简单，操作要求高，坯体质量不如
滚压。
旋压成型示意图
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可塑成型方法——车坯成型
适用于外形复杂的圆柱状产品，如圆柱形的套管、棒形支柱和棒形悬式绝缘子的成型。根据坯泥加工 时装置的方式不同，车坯成型分为立车和横车。根据所用泥料的含水率不同，又分为干车和湿车。
⑤ 承接坯体的托板必第须16页平/共直82页光滑，以免引起坯体弯
可塑成型方法——挤压成型
• 金属机嘴； • 粘土质坯料，瘠性坯料。要求塑性良
好，经真空处理； • 产量大操作简单，坯体形状简单，可
连续生产。
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挤压成型设备
第18页/共82页
挤压成型产品
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可塑成型方法——塑压成型
第二节 成型方法的分类与选择
提高注浆成型的速率的方法
2.提高吸浆过程的推动力
提高石膏模的毛细管吸力。其大小与石膏 模的渗透率有关。
影响因素：
• 石膏模制造工艺，如水膏比（78:100时可 制得具有最大毛细管力）可影响石膏模的毛细管 力的大小。
• 增大泥浆与模型之间压力差：在生产中常采 用压力注浆、真空注浆和离心注浆等方法。
• 塑压成型机； • 粘土质坯料水分为20%左右，具
有一定可塑性； • 适于成型各种异形的盘、碟类制
品，自动化程度高，对模具要求 高。
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可塑成型方法——塑压成型过程
操作：靠压缩空气通入透气的石膏模中，将坯体从 模中托起，达到脱模的目的。其操作步骤如下图:
① 将泥段切成泥饼，置于底模上，见图a； ② 上下抽真空，施压成型，见图b； ③ 压缩空气从底模通入，使成型好的坯体脱离底模；
一般为21%～26%； • 设备简单，操作要求高，坯体质量不如
滚压。
旋压成型示意图
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可塑成型方法——车坯成型
适用于外形复杂的圆柱状产品，如圆柱形的套管、棒形支柱和棒形悬式绝缘子的成型。根据坯泥加工 时装置的方式不同，车坯成型分为立车和横车。根据所用泥料的含水率不同，又分为干车和湿车。
⑤ 承接坯体的托板必第须16页平/共直82页光滑，以免引起坯体弯
可塑成型方法——挤压成型
• 金属机嘴； • 粘土质坯料，瘠性坯料。要求塑性良
好，经真空处理； • 产量大操作简单，坯体形状简单，可
连续生产。
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挤压成型设备
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挤压成型产品
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可塑成型方法——塑压成型
第二节 成型方法的分类与选择
陶瓷的注射成型技术.
陶瓷的注射成型技朮随着现代陶瓷越来越多地被应用在先进热机组件上，注射成型以其适于大批量生产复杂形状陶瓷制品而倍受重视。
现代陶瓷在高温强度和耐磨性等方面具有优异的性能，但其硬度很大，采用机械加工成本极高，而采用注射成型技朮，由于坯体的成型形状接近制品的最终形状，使得这一问题得到了解决。
尽管许多工艺都可用来制造陶瓷，但对于高尺寸精度、复杂形状陶瓷制品的大批量生产，仅可通过粉浆浇注和注射成型来实现，而后者更快。
陶瓷的注射成型技朮有着诸多优点，用它制备复杂形状陶瓷组件，不仅产品尺寸精度高、表面条件好，而且省去了后加工操作，降低了生产成本，缩短了生产周期，还具有自动化程度高，适合于大规模生产的特点。
该工艺一般包括下列步骤：陶瓷粉的选取﹔粘结剂的选取﹔陶瓷粉与粘结剂的均匀混合﹔注射成型﹔脱脂(脱粘结剂)﹔烧结。
其中，脱脂是成功的关键。
1原料1.1陶瓷粉的选取陶瓷粉的特性如颗粒形貌、粒度分布、平均粒径、比表面以及表面自由能等对整个工艺的其它环节都有很大的影响﹝6～8﹞。
理想的陶瓷粉应该具有如下特点：(1)粒度分布宽，平均粒径小，适于快速烧结。
(2)以球形(或等轴)为主，填充密度高，有足够的粒间摩擦，以避免变形。
(3)表面洁净，无团聚。
(4)无毒害，低成本。
1.2粘结剂的选取粘结剂能使粉末填充成预期形状，它对整个工艺有重要的影响。
理想的粘结剂应具备下列特点：(1)在成型温度下纯粘结剂的粘度在0.1Pa.s以下，流动时不发生与粉体的分离，冷却后有足够的强度和硬度。
(2)为惰性物质，与粉体无反应。
(3)在成型和混合温度以上才分解，分解产物无毒性、腐蚀性且残余灰分少。
(4)膨胀系数低，由热膨胀或结晶引起的残余应力低。
(5)符合环保要求，价廉，安全﹔不吸湿，无易挥发组分，贮藏寿命长。
目前使用的大多数粘结剂可分为3类：蜡基或油基粘结剂、水基粘结剂和固体聚合物溶液。
表1列出了各类粘结剂的典型成分。
表1陶瓷注射成型用粘结剂的成分蜡基粘结剂通常含3、4种组分。
陶瓷凝胶注模成型技术PPT课件
随着外加电解质浓度的增加有更多与固体表面离
子符号相反的离子进入溶剂化层，同时双电层的 厚度变薄（从d变成d/、d//、…）。ζ电势下降 （从ζ变成ζ’ 、ζ”、…）。当双电层被压缩到 与溶剂化层叠合时，ζ电势降以零为极限。
ζ=4πσd/ε σ表面电荷密度 d扩散层厚度 ε分散介质的介电常数
溶胶是热力学上不稳定体系，粒子间有相互 聚结而降低其表面能的趋势，即具有具结不 稳定性。离子要聚集在一起，必须克服一定 的势垒，这是稳定的溶胶中离子不相互聚结 的原因，在这种情况下尽管布朗运动使粒子 相碰，但当粒子靠近到双电层重叠时随即发 生排斥作用又使其离开，就不会引聚结。
a) 悬浮颗粒的静电稳定机制
根据胶体化学原理，液体介质中固体微粒之间的相 互作用力主要是胶体双电层排斥力(E1ectrical duble layer repulsion)和范氏吸引力(Vander waals attraction)。根据胶体稳定的DLVO(DergsginLandsu-Vervey-Orerbeek ) 理论，胶体颗粒在介质 中的稳定性取决于它们的相互作用的总势能。在颗 粒表面无有机大分子吸附时，ET＝Ea+Er。式中Ea 是半径为r的两颗粒之间的范氏吸引力的作用势能， Er则为两粒间双电层排斥能。
悬浮颗粒的静电稳定机制
双电层排斥能
吸引力能 作用势能
图 2 粒子间作用能与距离的关系
悬浮颗粒的静电稳定机制
图2知，两颗粒要聚集在一起，必须越过位能 峰定E。0。而可位见能提峰高E0位大能小峰决E定0。于，颗有粒助表于面颗的粒ξ电的位稳， 若降低颗表面的ξ电位，减少颗粒的电性，则 颗4中粒曲间线排2斥)。位当能颗减粒少表，面位ξ能电峰位E降0也为随零之时降，低位(图能 峰稳E定0也性为最零差(，图并3中立曲即线产3生)，聚则沉此。时颗颗粒粒表的面聚的集ξ 电具位有值最受大介正质电的位P；H所值以影要响想。得Al到2O高3在固P相H4、.0左低右粘， 度的浆料，应远离其等电点，在其ξ电位绝对 值最大处，使颗粒表面的双电层排斥力起主导 作用。
子符号相反的离子进入溶剂化层，同时双电层的 厚度变薄（从d变成d/、d//、…）。ζ电势下降 （从ζ变成ζ’ 、ζ”、…）。当双电层被压缩到 与溶剂化层叠合时，ζ电势降以零为极限。
ζ=4πσd/ε σ表面电荷密度 d扩散层厚度 ε分散介质的介电常数
溶胶是热力学上不稳定体系，粒子间有相互 聚结而降低其表面能的趋势，即具有具结不 稳定性。离子要聚集在一起，必须克服一定 的势垒，这是稳定的溶胶中离子不相互聚结 的原因，在这种情况下尽管布朗运动使粒子 相碰，但当粒子靠近到双电层重叠时随即发 生排斥作用又使其离开，就不会引聚结。
a) 悬浮颗粒的静电稳定机制
根据胶体化学原理，液体介质中固体微粒之间的相 互作用力主要是胶体双电层排斥力(E1ectrical duble layer repulsion)和范氏吸引力(Vander waals attraction)。根据胶体稳定的DLVO(DergsginLandsu-Vervey-Orerbeek ) 理论，胶体颗粒在介质 中的稳定性取决于它们的相互作用的总势能。在颗 粒表面无有机大分子吸附时，ET＝Ea+Er。式中Ea 是半径为r的两颗粒之间的范氏吸引力的作用势能， Er则为两粒间双电层排斥能。
悬浮颗粒的静电稳定机制
双电层排斥能
吸引力能 作用势能
图 2 粒子间作用能与距离的关系
悬浮颗粒的静电稳定机制
图2知，两颗粒要聚集在一起，必须越过位能 峰定E。0。而可位见能提峰高E0位大能小峰决E定0。于，颗有粒助表于面颗的粒ξ电的位稳， 若降低颗表面的ξ电位，减少颗粒的电性，则 颗4中粒曲间线排2斥)。位当能颗减粒少表，面位ξ能电峰位E降0也为随零之时降，低位(图能 峰稳E定0也性为最零差(，图并3中立曲即线产3生)，聚则沉此。时颗颗粒粒表的面聚的集ξ 电具位有值最受大介正质电的位P；H所值以影要响想。得Al到2O高3在固P相H4、.0左低右粘， 度的浆料，应远离其等电点，在其ξ电位绝对 值最大处，使颗粒表面的双电层排斥力起主导 作用。
陶瓷成型原理与成型技术ppt
第十三章成型原理与成型技术
13.9.3印刷成型法
将超细粉料、粘合剂、润滑剂、溶剂等 充分混合，调制成流动性很好的稀浆料， 然后采用丝网漏印法，即可印出一层极薄 的坯料。每印刷一次瓷浆，约可得6μm厚 的坯层，通常必须重复印2～3次，方能达 到必要的厚度和良好的匀度。
第十三章成型原理与成型技术
13.9.4喷涂成型法
第十三章成型原理与成型技术
第十三章成型原理与成型技术
13.5挤压成型 将经真空练制的泥料，置于挤制机内，通过 挤制机的机嘴，挤压出各种形状的坯体。
13.5.1挤压成型泥料的性能要求
（1）粉料有足够的细度和圆润的外形。 （2）溶剂、增塑剂等用量要适当。
第十三章成型原理与成型技术
13.5.2挤压成型的特点
7.这篇文言文深刻揭露“宫市”对劳 动人民 的残酷 剥削， 同时反 映了古 代时宦 者（太 监）对 贫苦农 民百姓 的收费 的贪婪 ！选文 中的卖 柴翁却 表现出 强烈的 反抗精 神，在 被逼走 投无路 的情况 下，奋 起反抗 ，怒殴 宦者， 是因为 长期被 压迫， 内心积 压的愤 恨都发 泄了出 来。
2.蜡浆的性能 （1）稳定性好 （2）可铸性好 （3）收缩率低
3.热压铸成型的特点 适用于外形复杂、精密度高的中小型制品。其
成型设备不复杂，模具磨损小，操作方便，生产 效率高。热压铸成型的缺点是，工序较繁，耗能 大，工期长，对于壁薄、大而长的制品不宜采用。
第十三章成型原理与成型技术
13.3干压成型
3．干压成型对粒料的工艺要求
粒度和粒度分布 压制大的坯件，粒料可适当粗些，较
小的坯件，粒料需稍细。粒度不当，成型 的坯件密度低，强度差。粒料过细，坯件 易出现起层（层裂）现象。 粒料的流动性
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表１列出了试验中氧化铝陶瓷注射成型用喂料的组分．采用搅拌式混料工艺，烧结后 试样的体积密度和抗弯强度测试结果见图２．从图中可以看出，烧成后试样１（与表１中 的喂料编号相对应，下同）比其他试样的密度和强度都高．这主要是由于试样１的粉末含 量高，故生坯密度高，在混料充分均匀、脱脂完全后，坯体中氧化铝颗粒紧密堆积，内部 缺陷少，所以烧成后体积密度大，抗弯强度高．当粉末的质量分数降到７０％时，由于生 坯密度较低，在烧结过程中试样收缩较大，内部易形成缺陷，烧结致密化程度降低，故烧 结试样体积密度较小，抗弯强度较低． 在采用ＣＩＭ 工艺制备陶瓷材料的过程中，由于要加入大量黏结剂，故ＣＩＭ 制品 烧结后的尺寸收缩远远大于模压制品，尺寸难以控制，烧结坯体中也容易产生内应力，影 响烧结体性能．为了防止因大量收缩引起的变形和精度下降，试验中在不影响成型性的条 件下，要求尽可能高的粉末含量．随着石蜡含量的减少，烧结后试样的体积密度和抗弯强 度都降低．这主要是由于降低石蜡含量将使喂料黏度增加，流动性变差，在相同的混料工 艺和时间内混料相对困难，黏结剂不能很好地均匀包裹粉末颗粒，脱脂后生坯密度不均匀 ，更易形成内部缺陷，而这在后续的烧结中是无法弥补的．
陶瓷注射成型技 术
目录
主题 关于CIM
试验材料与试验方案
试验结果与分析
结
论
关于CIM
陶瓷注射成型技术（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｉ ｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ，简称ＣＩ Ｍ）是在比较成熟的聚合物注射成型技术的基础 上发展而来的．由于它能生产复杂形状制品，且 尺寸精度高，机加工量少，表面光洁，适合批量 生产，成本低，因而成为当今国际上发展最快、 应用最广的陶瓷零部件精密制造技术．这一陶瓷 制备技术在氧化铝陶瓷生产中的应用尤其广泛．
聚丙烯 硬脂酸 140℃ 均匀透 混炼5h 明的 石蜡 胶状液 体
喂料均匀 搅拌逐渐 高速 加入Al2O3 搅拌1h （混料量为 200g/2.5h）
脱脂和烧结
脱脂工艺采用SX-4-10箱式电阻炉(上海意丰 公司)，于空气气氛中脱脂．将脱脂后的生坯放于 高温感应立式氢气炉（锦州电炉厂，型号为 GLQS--2000,额定功率为60kW）中，在氢气气氛 下于1800℃保温4ｈ，最终烧结而成．喂料的流 变特性采用HAAKE RHEOCOR 90转矩流变仪测 量．喂料的热重－差热（TG--DSC）曲线采用美 国ＴＡ公司的SDT Q600型差示扫描量热仪从室 温到600℃以10℃／min的速率测试．采用阿基米 德排水法测量烧结后试样的体积密度，采用三点 弯曲法测量试样的抗弯强度．
试验结果与分析（2、喂料及黏结剂配方的确定）
有机黏结剂是陶瓷注射成型技术中的核心和关键．首先，在 注射成型阶段黏结剂要能够与粉末均匀混合，成为具有一定黏度 和良好流动性、适合于注射成型的喂料；其次，黏结剂不与原料 发生反应，并能够赋予生坯制品足够的强度，使产品在烧结前具 有完整的形状并具有一定的强度． 选择陶瓷注射成型所用黏结剂时主要应考虑以下几点： ①体系内的相容性；②注射成型喂料的流变学特性；③脱模特性 和生坯强度；④脱脂特性．有机黏结剂与陶瓷粉体混炼后的结合 强度主要取决于热塑性高聚物，脱脂特性亦可由耐热性好的高聚 物调节，增塑剂和润滑剂可以改善体系的流动性和脱模性能，表 面活性剂则具有综合调节作用．
目
录
主题
关于CIM
试验材料与试验方案
试验结果与分析
结
论
试验结果与分析
1、喂料的流变特性
在注射成型工艺中，黏结剂的作用是使成型浆料具备一定 的热塑性和流变特性．一般注射浆料为假塑性流体，随着剪 切力的增大黏度减小，具有剪切稀化的特点，可通过调整剪 切速率来改善浆料的流动性，从而满足注射成型的要求．
注射成型
• 注射成型工艺采用JPH10型注射成型机 （广东泓利公司） • 注射温度为130℃ • 注射压力为8MPa，保压压力为6MPa
混炼
一、使用XK－16双辊式炼胶机
聚丙烯 175℃ 熔化 逐渐加 加入 喂料均匀（混料量 入 Al2O3 硬脂酸、 200g/4h） 石蜡
二、使用ＪＲＨ８型加热搅拌混合机
目
录
主题
关于CIM
试验材料与试验方案
试验结果与分析
结
论
实验材料与实验方案
氧化铝陶瓷注射成型工艺
• • • • 配料 混炼 注射成型 脱脂和烧结
配料
氧化铝（Al２O３）陶瓷粉末（日本产，纯 度（氧化铝质量分数）为99.9％，平均粒径 为0.2μｍ） 石蜡（用PW 表示，分析纯） 聚丙烯（用PP表示，化学纯） 硬脂酸（用SA表示，分析纯）
试验结果与分析
3、（混料工艺研究）
粉末和黏结剂混合物的制备是注射成型工艺中最重要的步骤之一．混料工 艺要求达到黏结剂均匀分布，并完全包裹粉末颗粒，使得陶瓷粉末均匀地分布 在黏结剂基体中．这样不但使注射成型浆料具有良好的流动性，而且在脱脂过 程中各黏结剂组分能均匀分解扩散，不会产生较大的缺陷．下面对双辊式和搅 拌式２种混料方式进行对比． 双辊式混炼机的主要结构是以不同速度相对回转的２个辊筒．浆料在辊 隙中由于机械力和相对速度的作用受到强烈的碾压、剪切和撕裂作用，经过多 次反复碾压剪切作用使浆料的各组分分散均匀，达到混合的目的．在混合初期 ，浆料在碾压和剪切力作用下，高分子链发生断裂生成部分相对分子质量较小 的有机物并且发生形变，形成片状或带状物结构． 搅拌式混炼机的工作原理是在高速转动条件下依靠叶片对浆料的高剪切 力作用，使高聚物长分子链逐渐由杂乱无章趋向于平行排列，从而使浆料的摩 擦阻力和黏度降低．在混料初期，团聚颗粒在机械力作用下被打开，黏结剂充 分地包裹粉末颗粒．随着粉末含量的增加，在剪切、分散、混合作用下，黏结 剂充分润湿并包裹住固相颗粒，赋予粉末良好的流动性．另一方面，由于搅拌 杆的剪切作用，使浆料内部产生了速度梯度，由此也造成了黏度梯度的存在， 剪切过程中浆料的低黏度区向高黏度区流动，高黏度区也向低黏度区反向流动 ，在浆料内部形成了层流扩散运动，从而加速了浆料的混合．
从图３和图４中可以看出，黏结剂的分解脱除主要分为３个阶段：室温到 200℃的低温段，主要是相对分子质量较小的黏结剂组分石蜡、硬脂酸的熔化分 解；200～400℃的中温段，主要是相对分子质量较大的聚丙烯的氧化分解脱除 ；400～600℃的高温段，为少量残留黏结剂的完全脱除．石蜡和硬脂酸的起始 分解温度在180℃左右，聚丙烯的分解温度在200℃以上．双辊式混料工艺是利 用挤压作用力实现混料的过程，理论控制温度在170℃以下，在实际操作中，由 于浆料与辊筒的挤压和摩擦会产生大量的摩擦热，一般温度会升高10～20℃， 当达到石蜡、硬脂酸的分解温度时，部分石蜡和硬脂酸便会发生高温分解，分 解过程中会有少量碳生成，导致浆料颜色变深，而游离碳在后续脱脂工艺中很 难完全脱除，从而严重影响试样性能．当温度控制在低于170℃时，聚丙烯不能 很好地熔化，使得浆料黏度增加，与辊筒之间的摩擦阻力增大，不利于混料的 进行．摩擦热不是一个定值，而是随着浆料体积、室内温度、通风条件等的改 变而变化，因此双辊式混料的温度不易控制．