陶瓷注射成型技术
陶瓷注浆成型技术
- 1 - 空石膏模注浆放浆坯体图1 空心注浆陶瓷注浆成型技术一、概述注浆成型是利用石膏模的吸水性，将具有流动性的泥浆注入石膏模，使泥浆分散地粘附在模型上，形成和模型相同形状的坯泥层，并随时间的延长而逐渐增厚，当达到一定厚度时，经干燥收缩而与模壁脱离，然后脱模取出，坯体制成。
注浆成型是一种适应性大，生产效率高的成型方法。
凡是大型、形状复杂、不规则或薄胎等制品，均可采用注浆成型法来生产，因此注浆成型在日常陶瓷、工业美术瓷、卫生洁具瓷及现代陶瓷等领域得到广泛应用。
(一)注浆成型的方法l、基本注浆方法(1)空心注浆(单面注浆) 该方法用的石膏模没有型芯。
操作时泥浆注满模型经过一定时间后，模型壁粘附着具有一定厚度的坯体。
然后将多余泥浆倒出，坯体形状在模型固定下来，见图 1 所示。
这种方法适用于浇注小型薄壁的产品，如陶瓷坩埚、花瓶、管件、杯、壶等。
空心注浆所用泥浆密度较小，一般在1.65-1.8g/cm 3 ，否则倒浆后坯体表面有泥缕和不光滑现象。
其它参数如下: 流动性一般为10-15 秒稠化度不宜过大(1.1-1.4) 细度一般比双面注浆的要细，万孔筛筛余0.5%--1%。
(2)实心注浆(双面注浆) 实心注浆是将泥浆注入两石膏模面之间(模型与模芯)的空穴中，泥浆被模型与模芯的工作面两面吸收，由于泥浆中的水分不断减少，因此注浆时必须陆续补充泥浆，直到穴中的泥浆全部变成坯时为止。
显然，坯体厚度与形状由模型与模芯之间的空穴形状和尺寸来决定，因此没有多余的泥浆倒出。
其操作过程如下图所示: - 2 - 该方法可以制造两面有花纹及尺寸大而外形比较复杂的制品:如盅、鱼盘、瓷板等。
实心注浆常用较浓的泥浆，一般密度在1.8g/cm 3 以上，以缩短吸浆时间。
稠化度(1.5 -2.2)，细度可粗些，万孔筛筛余1%--2%。
2、强化注浆法为缩短注浆时间，提高注件质量，在两种基本注浆方法的基础上，形成了一些新的注浆方法，这些方法统称为强化注浆。
陶瓷胶态注射成型技术
陶瓷胶态注射成型技术摘要：结合注射成型和凝胶注模成型技术的优点，发明了陶瓷胶态注射成型技术，实现了水基非塑性浆料的注射成型。
经过研究表明：通过调节工艺中的各项参数和添加适当的助剂，可以实现陶瓷浆料的可控固化；加入应力缓释剂调节高分子网络结构，能有效降低坯体中的内应力，制备出大尺寸陶瓷部件；利用胶态注射成型技术与设备，不仅能实现规模化大批量生产，而且产品具有较高的可靠性，具有广阔的应用前景。
关键词：胶态注射成型；水基非塑性浆料；可控固化；内应力；应力缓释剂Colloidal Injection Molding of CeramicsAbstract：Colloidal injection molding of ceramics(CIMC) is a new ceramic forming technique，which combines the advantages of gel-casting and injection molding, to achieve a non-plastic water-based slurry injection．After the study show that；all kinds of lectors which effect solidification of slurry is studied and then we can control solidification course．Internal stress of green body is also studied and large-size ceramic component can be got by adding moderator．So high performance ceramics with complex shape is manufactured by CIMC technique with high reliability，high automation and low cost．Key words：colloidal injection molding；injection molding；controllable solidification；stress；stress release agent引言随着技术的进步，高性能陶瓷以其优异的耐高温、高强度、耐磨损、耐腐蚀等性能和优点被广泛地应用于工业、国防、机械、石油、汽车、家用电器等各个领域的候选材料。
【精品文章】一文了解陶瓷粉末注射成型
一文了解陶瓷粉末注射成型
精密陶瓷是近三十年材料科学领域中迅速发展起来的一大分支。
但陶瓷材料本身固有的高硬度、低韧性使其不能进行普通的变形加工，机械加工也很困难。
常规的粉末冶金工艺已不能满足要求，而注射成型工艺在很大程度上解决了这个问题。
陶瓷粉末注射成型（简称CIM）是近代粉末注射成型技术的一个分支，是从现代粉末注射成型技术中发展起来的一项新型成型技术，它具有一次性成型复杂形状制品、产品尺寸精度高、无需机械加工或只需微量加工、易于实现生产自动化和产品性能优异的特点，弥补了传统粉末冶金工艺的不足。
图1 陶瓷注射成型机及注射成型示意图
1. 陶瓷粉末注射成型的技术特点
从技术特点来说，陶瓷粉末注射成型和金属粉末注射成型类似，理论上任何形式的陶瓷粉末原料，如ZrO2、Al2O3、Si3N4等，都能利用CIM工艺制造形状复杂、精度高的产品。
CIM的基本工艺过程如图2所示。
图2 CIM的基本工艺过程[1]
综合国内外文献及研究生产现状和趋势，可以归纳出陶瓷粉末注射成型工艺的主要特点如下：
(1)可自由地直接制备几何形状复杂的制品。
(2)成形周期短，仅为浇注、热压成型时间的几十分之一至几百分之一，坯件的强度高，可自动化生产，生产过程中的管理和控制也很方便，适宜大批量生产。
CIM(陶瓷注射成型)简介
Company Confidential
1.1 CIM工艺流程
陶瓷粉体 混炼 有机载体 后续加工 造粒 注射成型 脱脂
烧结
①注射喂料的制备，将合适的有机载体(具有不同性质和功能的有机物) 与陶 瓷粉末在一定温度下混炼、干燥、造粒，得到注射用喂料； ②注射成型，混炼后的注射混合料于注射成型机内被加热转变为粘稠性熔体， 在一定的温度和压力下高速注入金属模具内，冷却固化为所需形状的坯体， 然后脱模； ③脱脂，通过加热或其他方法，将注射成型坯体内的有机物排除； ④烧结，脱脂后的陶瓷素坯在高温下致密化烧结，获得所需外观形状、尺寸 精度和显微结构的致密陶瓷部件。
Company Confidential
1.4 CIM 应用展示
轴类/轴承类/轴承套
齿轮
Company Confidential
1.4 CIM 应用展示
手表配件
线嘴/喷嘴
表盘/手表配件
Company Confidential
纺织配件
1.4 CIM 应用展示
斜口钳
推剪
刀片
阀门
Company Confidential
生产效率
大量生产
技术要点
添加剂选择，脱
脂
粉末+ 有机材料( 4~ 8%)
粉末+ 有机材料( 3~ 8%) 粉末+ 各种材料+ 水 粉末+ 各种材料+ 有机溶剂 粉末+ 有机材料+ 水
间歇、自动 大量生产
颗粒调整
干式大流量 颗粒调整、磨具 生产 设计 间歇式 控制粒度、调整 粉浆
200~ 15
粒度分布，粉浆 自动大量生 调整，有机物选 产 择 添加剂选择
陶瓷注射成型技术
▪ 练泥时间：时间过短则练泥混合效果不好，时间过长则练泥混合效率不高
1) 粉末应专门配制，以求高的极限填充密度和低的成本； 2) 2) 粉末不结块团聚； 3) 3) 粉末外形主要为球形； 4) 4) 粉末间有足够的摩擦力以避开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) 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) 6) 粉末本身致密，无内孔隙； 7) 7) 粉末的表面清洁，不会与粘结剂发生化学反应。
立式注射成型机
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 ▪ 电气掌握机构
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掌握
▪ 在注射成型过程中缺陷的掌握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淌。由于CIM 产品大多数是外形简洁、精度要求高的小尺寸零件， 混料在模腔的流淌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 混料流淌性质、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 注射成型这一步供应理论指导。
孔洞缺陷
▪ 孔洞，指在生坯的横截面上可以发现的孔隙。 有的是一个近圆形的小孔，有的就进展为几 乎贯穿生坯坯体的中心通孔，这是常见的缺 陷.
陶瓷粉末注射成型技术
陶瓷粉末注射成型技术哎，你听说过陶瓷粉末注射成型技术吗？这玩意儿可真是高科技啊，我最近在研究这个，感觉自己都快成半个专家了。
你知道吗，这技术就是把陶瓷粉末和有机粘结剂混合在一起，然后注射到模具里成型。
听起来简单，但里面的门道可多了去了。
我记得有一次，我和老李在实验室里捣鼓这个，他一边搅拌着那些粉末，一边嘴里念叨着：“这玩意儿要是弄不好，可就全废了。
”我看着他那副认真的样子，忍不住笑出声来：“老李，你这架势，不知道的还以为你在炼丹呢！”他瞪了我一眼，说：“你小子别笑，这可比炼丹难多了。
”那天我们试了好几次，每次出来的成品都不太理想。
要么是密度不够，要么是表面有瑕疵。
老李急得直挠头，我看着他那副模样，心里也跟着着急。
后来我们决定换个思路，调整了一下粘结剂的比例，结果还真成了！看着那件完美的陶瓷制品从模具里取出来，我和老李都乐坏了，差点没抱在一起庆祝。
这技术虽然复杂，但做出来的东西可真是漂亮。
我记得有一次，我们用这技术做了一批陶瓷饰品，拿到市场上卖，结果一下子就被抢光了。
那些顾客都说，这东西既精致又耐用，比那些普通的陶瓷制品强多了。
我听了心里那个美啊，感觉自己这几个月的辛苦没白费。
不过，这技术也有它的局限性。
比如，对材料的要求特别高，稍微有点杂质就会影响成品的质量。
还有，成型后的脱脂和烧结过程也很关键，稍有不慎就可能前功尽弃。
所以，每次做实验的时候，我都特别小心，生怕出什么差错。
有一次，我和老李在实验室里忙活了一整天，结果还是没成功。
我累得瘫坐在椅子上，老李却还在那儿琢磨。
我看着他那副认真的样子，心里突然有种说不出的感动。
这老李，平时看着大大咧咧的，但做起事来还真是一丝不苟。
后来，我们终于找到了问题的关键，调整了一下工艺流程，结果一下子就成功了。
那天晚上，我和老李一起去喝了顿酒，庆祝我们的胜利。
酒桌上，老李拍着我的肩膀说：“小子，咱们这回可算是摸到门道了，以后可得好好干，别辜负了这门技术。
”我听了，心里暖洋洋的，感觉自己肩上的担子更重了。
陶瓷注浆成型技术
- 1 - 空石膏模注浆放浆坯体图1 空心注浆陶瓷注浆成型技术一、概述注浆成型是利用石膏模的吸水性，将具有流动性的泥浆注入石膏模内，使泥浆分散地粘附在模型上，形成和模型相同形状的坯泥层，并随时间的延长而逐渐增厚，当达到一定厚度时，经干燥收缩而与模壁脱离，然后脱模取出，坯体制成。
注浆成型是一种适应性大，生产效率高的成型方法。
凡是大型、形状复杂、不规则或薄胎等制品，均可采用注浆成型法来生产，因此注浆成型在日常陶瓷、工业美术瓷、卫生洁具瓷及现代陶瓷等领域得到广泛应用。
(一)注浆成型的方法l、基本注浆方法(1)空心注浆(单面注浆) 该方法用的石膏模没有型芯。
操作时泥浆注满模型经过一定时间后，模型内壁粘附着具有一定厚度的坯体。
然后将多余泥浆倒出，坯体形状在模型内固定下来，见图1 所示。
这种方法适用于浇注小型薄壁的产品，如陶瓷坩埚、花瓶、管件、杯、壶等。
空心注浆所用泥浆密度较小，一般在1.65-1.8g/cm 3 ，否则倒浆后坯体表面有泥缕和不光滑现象。
其它参数如下: 流动性一般为10-15 秒稠化度不宜过大(1.1-1.4) 细度一般比双面注浆的要细，万孔筛筛余0.5%--1%。
(2)实心注浆(双面注浆) 实心注浆是将泥浆注入两石膏模面之间(模型与模芯)的空穴中，泥浆被模型与模芯的工作面两面吸收，由于泥浆中的水分不断减少，因此注浆时必须陆续补充泥浆，直到穴中的泥浆全部变成坯时为止。
显然，坯体厚度与形状由模型与模芯之间的空穴形状和尺寸来决定，因此没有多余的泥浆倒出。
其操作过程如下图所示: - 2 - 该方法可以制造两面有花纹及尺寸大而外形比较复杂的制品:如盅、鱼盘、瓷板等。
实心注浆常用较浓的泥浆，一般密度在1.8g/cm 3 以上，以缩短吸浆时间。
稠化度(1.5 -2.2)，细度可粗些，万孔筛筛余1%--2%。
2、强化注浆法为缩短注浆时间，提高注件质量，在两种基本注浆方法的基础上，形成了一些新的注浆方法，这些方法统称为强化注浆。
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。
一种氧化锆陶瓷的注射成型制备方法
一种氧化锆陶瓷的注射成型制备方法注射成型是一种常用的陶瓷制备方法，可以制备出复杂形状和高精度的陶瓷产品。
下面是一种氧化锆陶瓷的注射成型制备方法，包括以下50条步骤，并附有详细描述：1. 准备原料：氧化锆陶瓷的主要成分是氧化锆粉末，需要准备高纯度的氧化锆粉末材料。
2. 通过研磨和筛分处理氧化锆粉末，以确保粒径均一。
3. 往氧化锆粉末中添加适量的有机增塑剂，以增加其可塑性和流动性。
4. 在加入增塑剂的氧化锆粉末中加入一定量的有机溶剂，使用超声或机械搅拌的方法将其混合均匀，形成可注射的糊状物料。
5. 放置混合后的糊状物料静置，以使其中的泡沫自行消除，提高糊状物料的流动性。
6. 将糊状物料装入注射机的料筒中。
7. 在注射机的注射头中装配适当的模具，以便注射成型时可以形成所需形状的陶瓷产品。
8. 将注射机的料筒与模具连接，确保糊状物料能够流入模具中。
9. 启动注射机，并调整注射速度和注射压力，以确保糊状物料能够均匀地填充整个模具。
10. 注射完成后，等待糊状物料在模具中发生固化反应。
11. 取出固化后的陶瓷产品，可选择进行表面处理和调整尺寸。
12. 将固化后的陶瓷产品进行烘烤，以去除其中的有机成分。
13. 烘烤完成后，将陶瓷产品进行烧结处理，以提高其密度和力学性能。
14. 根据需要，可以进行陶瓷产品的磨削、抛光和涂层处理，以提高其表面光滑度和耐磨性。
15. 进一步测试和检验陶瓷产品的物理和化学性能，以确保其符合设计要求。
16. 针对不合格的陶瓷产品，可以选择进行返工或重新制备。
17. 对合格的陶瓷产品进行包装和储存，以便运输和使用。
18. 根据需要，可以进行陶瓷产品的装配和组装，以形成成品。
19. 在注射成型过程中，可以添加一定量的增塑剂，以提高糊状物料的可塑性和流动性。
20. 同样，也可以加入适量的抗结团剂，以防止糊状物料在注射成型过程中过度固化和凝胶化。
21. 注射成型的糊状物料常常需要在一定的温度范围内进行处理，以保持其流动性和可塑性。
金属、陶瓷粉末注射成型工艺简介
金属、陶瓷粉末注射成型工艺简介：金属、陶瓷粉末注射成型工艺技术是一种将粉末冶金工艺、粉末陶瓷工艺与塑料注射成型工艺相结合的新型制造工艺技术。
该工艺技术适合大批量生产小型、精密、复杂及具有特殊性能要求的金属陶瓷零件的制造。
该工艺的基本过程是：将微细的金属或陶瓷粉末与有机粘结剂均匀混合成为具有流变性的物料，采用先进的注射机注入具有零件形状的模腔形成坯件，新技术脱除粘结剂并经烧结，使其高度致密成为制品，必要时还可以进行后处理。
金属、陶瓷粉末注射成型工艺技术是近年来世界粉末冶金领域发展最快的高新技术。
该工艺技术的研究起始于70年代末，由于它适用性强、市场广阔，而且潜力巨大，所以一出现，便受到普遍重视，发展非常迅速。
美国、日本和西欧等发达国家率先形成产业规模。
1、粉末注射成型工艺特点：1）零部件几何形状的自由度高，制件各部分密度均匀、尺寸精度高，适于制造几何形状复杂、精密及具有特殊要求的小型零件（0.05g-200g）；2）合金化灵活性好，对于过硬、过脆、难以切削的材料或原料铸造时有偏析或污染的零件，可降低制造成本；3）产品质量稳定、性能可靠，制品的相对密宽可达92－98%，可进行渗碳、淬火、回火等处理；4)加工零件的典型公差为±0.05mm；5)工艺流程短、生产效率高，易于实现大批量、规模化生产；2、粉末注射成型适用的材料：主要有Fe合金、Fe-Ni合金、不锈钢、Kovar合金、W合金、钛合金、Stellite Si-Fe合金、Hastelloy 合金、硬质合金、永磁合金及氧化铝、氮化硅、氧化锆等陶瓷材料。
3、粉末注射成型技术的应用领域：计算机及其辅助设施：如打印机零件、磁头、磁芯、撞针轴销、驱动零件；工具：如钻头、刀头、喷丸咀、枪钻、螺旋铣刀、冲头、套筒、扳手、电工工具、手工工具等；家用器具：如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、珠宝链环、圆珠笔卡箍、照相机用等零件；医疗机械用零件：如牙矫形架、剪刀、镊子；军用零件：导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、引信用零件；电气用零件：微型马达、电子零件、传感器件；机械用零件：如松棉机、纺织机、卷边机、办公机械等；。
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。
4.2陶瓷注射成型技术解析
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
陶瓷注射成型陶瓷注射成型(咱ectlon m°1ding〉技术是目前国际上发l+最快、应用最广泛的陶瓷零+,/件精密制造技术.该成型方法的工艺原理是通过在陶瓷粉料巾加入一定量的聚合物及其它添加剂组元,赋子陶瓷粉料与聚合物相似的流动性,采用压力注射的方法制成各种形状的制品,从而解决复杂形状制品的成型。
注射成型的工艺流程主要包括注射浆料的制各、压力注射、脱脂及后续加工,其巾浆料的制备和成型制品的脱脂是整个成型工艺过程的关键。
|;注射浆料的制备注射浆料的制各,即将可烧结的陶瓷粉料与合适的有机添加剂按一定配比在一定温度下均匀混炼,然后T燥、造粒,得到可用于注射成型的浆料。
有机添加剂包括热塑性树脂、石蜡等具有不闸性质和功能的有机物。
针对注射成型的工艺特点,注射浆料的基本要求包括;在满足流动性的前提下尽可能高的陶瓷固相含量,陶瓷粉料在有机载体巾稳定均匀地分散,有机添加剂在随后的脱脂工艺巾易于除去等。
制备上述注射浆料的关键是选用合适的陶瓷粉料和有机添力口齐。
注射成型对陶瓷粉料①陶瓷粉料注射成型对陶瓷粉料的要求主要包括;a较宽的粒度分布(可有效降低浆料的相对黏度);b较小的平均粒径(适于快速烧结);c以球形(或等轴)颗粒为主(填充密度高〉;d 无团聚(团聚会降低浆料的流动性);e无毒害、低成本。
②有机添加剂有机添加剂通常是指由数种有机物混合而成的黏结剂.它能使粉末填充成顸期形状,凶而对整个工艺过程有重要影响。
理想的黏结剂应具各下列特点;a在成型温度下具有较低的黏度(01Pas),流动时不发生与粉体的分离,冷却后有足够的强度和硬度;b为惰性物质,与粉体无反应;c在成型和混合温度以上才分解,分解产物无毒性、瘸蚀性且残余灰分少;d热胀系数低,由热膨胀或结晶引起的残余应力低;e环保、价廉、安全。
陶瓷注塑成型工艺介绍
陶瓷注塑成型工艺介绍引言：陶瓷注塑成型工艺是一种常用于制造复杂形状陶瓷制品的方法。
它结合了注塑成型和陶瓷材料的特性，能够生产出高精度、高强度的陶瓷制品。
本文将介绍陶瓷注塑成型的原理、工艺流程以及应用领域。
一、原理：陶瓷注塑成型是将陶瓷粉末与有机物质（如聚乙烯醇）混合，形成可塑性较好的糊状物料。
然后，将糊状物料注入注塑机的料斗中，通过高温高压的作用，使其在模具中形成所需的形状。
最后，通过烧结过程，将有机物质燃尽，使陶瓷粉末结合成致密的陶瓷制品。
二、工艺流程：1. 原料准备：选择适合的陶瓷粉末和有机物质，并按照一定比例混合均匀。
2. 糊化：将混合后的原料与适量的水混合，形成糊状物料。
3. 注塑成型：将糊状物料注入注塑机的料斗中，通过高温高压的作用，使其在模具中形成所需的形状。
4. 烧结：将注塑成型后的陶瓷制品放入烧结炉中，进行高温烧结，使陶瓷粉末结合成致密的陶瓷制品。
5. 表面处理：根据需要，对陶瓷制品进行抛光、喷涂等表面处理工艺。
三、应用领域：陶瓷注塑成型工艺广泛应用于以下领域：1. 电子器件：陶瓷注塑成型可以制造出高精度、高绝缘性能的电子器件，如陶瓷基板、陶瓷封装等。
2. 汽车工业：陶瓷注塑成型可以制造出高强度、高耐磨性的汽车零部件，如陶瓷刹车片、陶瓷活塞环等。
3. 医疗器械：陶瓷注塑成型可以制造出生物相容性好、耐腐蚀性能强的医疗器械，如人工关节、牙科种植体等。
4. 能源领域：陶瓷注塑成型可以制造出高温、耐腐蚀的能源设备，如陶瓷燃烧器、陶瓷热交换器等。
结论：陶瓷注塑成型工艺是一种重要的陶瓷制造方法，它能够满足复杂形状、高精度、高强度的陶瓷制品需求。
随着技术的不断进步，陶瓷注塑成型工艺在各个领域的应用将会越来越广泛。
相信在不久的将来，陶瓷注塑成型将为我们带来更多的惊喜和突破。
陶瓷注射成型技术
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
金属(陶瓷)粉末注射成型技术(MIM).
金属(陶瓷粉末注射成型技术（Metal Powder Injection Molding，简称MIM）是一项新的制造技术，美国加州Parmatech公司于1973年发明，八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术，并得到迅速推广。
特别是八十年代中期，这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的发展，每年都以惊人的速度递增。
到目前为止，美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。
日本在竞争上十分积极，并且表现突出，许多大型株式会社均参与MIM工业的推广，这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工--爱普生、大同特殊钢等。
目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司，其MIM工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。
日本未来3至5年MIM产业的市场预计达20亿美元。
据不完全统计，1995年全世界MIM技术制作的销售额已突破4亿美元，预计2010年MIM 潜在市场为30亿美元。
到目前为止，全球已有百余家公司从事该项技术的产品开发、研制与销售工作，MIM技术也因此成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域，被世界冶金行业的开拓性技术，代表着粉末冶金技术发展的主方向。
中国MIM技术的研究始于1985年，由中国兵器工业五三研究所承担该课题，当时列入国家[七五]军用新材料重点预研计划，经十余年的探索，技术已基本成熟，并于1996年与上海金珠东方雪域企业有限公司合作成立了山东金珠粉末注射制造有限公司。
经过几年的发展，山东金珠公司完成了MIM技术由试验室水平向产业化发展的过程，应用技术更加成熟，能够大批量生产高精尖的军用、民用产品，制品水平已接近世界同期水平，并连续三年实现产值翻番，企业的发展呈现出良好的态势。
近年来，国内努力平衡对日贸易逆差大，掌握关键性零部件的制造技术和提升制造能力，一直是政府协助业者的重要工作之一。
本文对MIM技术、生产工艺过程、工艺特点、制品性能与成本分析以及工艺原材料应用范围进行介绍，希望对中国在精密零件制造上推广应用MIM技术的工作有所助益。
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陶瓷注射成型刘明亮（武汉理工大学材料学院武汉市湖北省430000）摘要：陶瓷注射成型是一种近净尺寸陶瓷可塑成型方法，是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。
详细阐述了陶瓷注射成型技术的关健因素，重点介绍了粘结剂、注射成型及脱脂等关健工艺及其研究现状，并在此基础上评价和展望了该技术的发展前景。
关键词：陶瓷注射成型；粘结剂；脱脂；现状Ceramic Injection MoldingLiu mingliangAbstract: Ceramic injection molding (CIM) is a near-net-shape forming process for fabricating ceramic components, which is extensively used in fabricating parts with high precision and complex shape and received great attention now. In this paper, the key steps of CIM are detailedly reviewed. Their research status and the techno1ogies involved including binder，injection process，debinding and so on are discussed. At last, the development of injection molding technology is also evaluated.Keywords:ceramic injection molding; binder; debinding; status20世纪以来，特别是二次世界大战以后，随着原子能工业的兴起和电子工业的迅速发展，对于材料的高温、高耐磨、多功能等性能要求越来越苛刻，而先进的工程陶瓷所具有的优点基本上能满足上述的苛刻条件。
如：高性能结构陶瓷以其优异的耐高温、高强度、耐磨损与耐腐蚀等优良性能，被作为陶瓷发动机零部件的候选材料; 还有许多高导热性、绝缘性能良好、光学性能优良的功能陶瓷，在信息转换、存储、传递和处理方面，应用日益广泛。
在未来的产业领域中，工程陶瓷将更广泛的取代现代金属材料，成为材料科学中的重要角色。
在陶瓷材料的制备工艺过程中，成形过程是一个重要环节。
成形过程就是将分散体系（粉料、塑性物料、浆料）转变成为具有一定几何形状和强度的块体，也称素坯。
由于陶瓷材料本身固有的脆性和一些特殊陶瓷材料的高硬度，如采用传统粉末冶金工艺，即先将粉末压制成形，再进行机械加工的方法，成本高且难以制备体积微小、形状复杂、尺寸精度高的陶瓷零部件，而采用注射成形技术，由于坯体的成形形状接近制品的最终形状，使这一问题得到了解决。
特别是对于尺寸精度高、复杂形状陶瓷制品的大批量生产来说，陶瓷的注射成形(Ceramic injection molding，CIM) 更有着显著的优势，它可一次性成形复杂形状制品，产品尺寸精度高，无需机械加工或只需微量加工，易于实现生产自动化且产品性能优异。
陶瓷注射成型技术(CIM)类似于20世纪70年代发展起来的金属注射成型(MIM)技术，它们均是粉末注射成型(PIM)技术的主要分支，均是在聚合物注射成型技术比较成熟的基础上发展而来的，是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[l,2]。
1 CIM流程路线及技术特点1.1 注射成型工艺路线CIM成型的制造过程如图1 所示，主要包括4 个环节: ①注射喂料的制备，将合适的有机载体(具有不同性质和功能的有机物) 与陶瓷粉末在一定温度下混炼、干燥、造粒，得到注射用喂料；②注射成型，混炼后的注射混合料于注射成型机内被加热转变为粘稠性熔体，在一定的温度和压力下高速注入金属模具内，冷却固化为所需形状的坯体，然后脱模；③脱脂，通过加热或其他物理化学方法，将注射成型坯体内的有机物排除；④烧结，脱脂后的陶瓷素坯在高温下致密化烧结，获得所需外观形状、尺寸精度和显微结构的致密陶瓷部件。
1.2 CIM 的技术特点从技术特点来说，陶瓷粉末注射成形和金属粉末注射成形类似，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，注射成形技术与其它成形方法的比较见表1[3]。
表1 CIM 与其它成形方法比较成型方法成型材料制品形状制品尺寸（cm）生产效率技术要点直径厚度注射粉末+ 有机材料(10~25%)非常复杂30~0.5 3.0~1 大量生产脂添加剂选择，脱机械压制粉末+ 有机材料( 4~8%) 简单20~1.0 0.8~1.0间歇、自动大量生产颗粒调整冷等静压粉末+ 有机材料( 3~8%) 较复杂柱状球状150~ 3 150~ 1. 9干式大流量生产颗粒调整、磨具设计粉浆浇注粉末+ 各种材料+ 水相当复杂150~ 20 3. 0~ 0. 3 间歇式控制粒度、调整粉浆刮片粉末+ 各种材料+ 有机溶剂简单200~ 15 0.2~0.003 自动大量生产粒度分布，粉浆调整，有机物选择挤压粉末+ 有机材料+ 水棒状管状30~ 20 2. 5~0. 01 连续大量生产添加剂选择综合国内外文献及研究生产现状和趋势，我们可以归纳出陶瓷注射成形工艺的主要特点是:(1) 可自由地直接制备几何形状复杂的制品。
(2) 成形周期短，仅为浇注、热压成形时间的几十分之一至几百分之一，坯件的强度高，可自动化生产，生产过程中的管理和控制也很方便，适宜大批量生产。
(3) 由于粘结剂有较好的流动性，注射成形坯件的致密度相当均匀。
(4) 由于粉末和粘结剂的混合很均匀，粉末之间的间隙很小，烧结过程中的收缩特性基本一致，所以制备各部位密度均匀，几何尺寸精度高。
2 CIM 工艺概述2.1 原料(1) CIM 中粉末的选用价廉质优的粉末是CIM 工艺的关键，所选用的陶瓷粉末的特性，如颗粒形貌、大小、分布及比表面积等对整个工艺过程有很大的影响。
一般来说，满足注射成形条件的理想的陶瓷粉末应有如下特点：a.粉末以球形或近球形为主，以提高填充密度，进而提高装载量，减少产品收缩率；b. 粒度分布较宽，平均粒径小，一般要小于1µm，有利于快速烧结；c.粉末不结块团聚；d.粉末间有足够的摩擦，以避免变形，一般来说，自然坡度角应大于55°；e.表面洁净，不会与粘结剂发生化学反应，无毒害，低成本。
近年来，随着制粉工艺的改进，CIM 用原料粉末的性能也得到改善，如采用较细的粉末，则烧结零件的颗粒结构细化，零件表面的粗糙度也明显改善，可省去精加工，进而大大降低成本。
(2) 粘结剂的选取[4]粘结剂和粉末的均匀混合，可提高粉末流动性，能使粉末填充成预期形状，因此，粘结剂的成分及配置是注射成形的关键之一。
常用的粘结剂一般是有机物，根据需要可以是液态、固态或糊膏状，按其成分作用可分为增塑剂、粘接剂、润滑剂、辅助剂。
以上选择，除了考虑成形性、热稳定性、保形性和脱脂性外，还必须考虑残碳、原料成分的氧化和变质等问题。
为获得良好的注射流动性和均匀的坯体，粘结剂组元间必须有良好的相容性，有机物与陶瓷粉料间的润湿性也是非常重要的，这样才能获得均匀的、无空隙的、无缺陷的混合物熔体与成形体。
表2列出了陶瓷注射成形中常用的粘结剂体系主要成分及其优缺点比较[5,6]。
表2 各种粘结剂体系的主要组元及其优缺点比较体系主要组元优点缺点热塑性体系石蜡、聚乙烯、聚丙烯适用性好、流动性好、易于成型、粉末装载量高、注射过程易控制脱脂时间长、工艺较复杂热固性体系环氧树脂、苯酚树脂注射坯的强度高、脱脂速度快注射过程不易控制、适用性差、缺陷多凝胶体系甲基纤维素、水、甘油、硼酸有机物少、脱脂速度快生坯强度低、脱脂困难水溶性体系纤维素醚、琼脂脱脂速度快粉末装载量小2. 2混料[7]注射成形前，必须将陶瓷粉末与粘结剂充分混合均匀，选定粘结剂配方后，应将添加量限制在所需的最低限度。
其添加量视原料粉末的比表面积和粒度分布而定，如氧化铝需加40vol%左右，氧化锆则需50vol%以上。
混合顺序是先加入熔点高、粒径大的粘结剂混合，溶化，再依次加上熔点低的成分，并加上粉体，最后加增塑剂，一般要混匀30 分钟以上。
可以通过粘性扭矩的变化确定混料时间，粘性扭矩值稳定时，混料也就均匀了。
混合一般采用加压混合机，有三种形式的混合器，包括间歇操作的轧制机和Banbury 混合料机，以及半连续操作的挤压机，挤压机分为单螺杆或双螺杆式，而后者更有效，混料时可加热。
2.3 注射成型注射成型工艺[8,9,10]，也是整个工序的关键因素之一，如果控制不当就会使产品形成很多缺陷，如裂纹、孔隙、焊缝、分层、粉末和粘结剂分离等，而这些缺陷直到脱脂和烧结后才能被发现。
所以控制和优化注射温度、模具温度、注射压力、保压时间等成型参数对减少生坯重量波动，防止注射料中各组分的分离和偏析，提高产品成品率和材料的利用率至关重要。
如WenjeaJ.Tseng等[11]研究表明:注射压力、注射温度及注射速度等对产品的缺陷和力学性能都有直接影响。
注射过程是指把计量室中预塑好的喂料熔体注人到模具型腔里面去的过程。
这是喂料熔体经过喷嘴、流道和浇口向模腔流动的过程。
从工艺流程上看可分为2个阶段:注射阶段和保压阶段，这两个阶段虽都属于熔体流动过程，但流动条件却有较大区别。
注射阶段是从螺杆推进熔体开始到熔体充满型腔为止。
此时，在螺杆头部对熔体所设定的压强（即注射压力）和螺杆推进熔体的速度（即注射速度）是注射成型的关键参数。
在注射阶段，必须建立足够的速度和压力才能确保熔体充满模腔。
如果注射压力调节过低会导致模腔压力不足，熔体不能充满模腔;反之，如果调整过高，则会造成制品溢边、胀模等不良现象。
保压阶段是从熔体充满模腔开始到浇口冻封为止。
注射阶段完成后，必须继续保持注射压力，维持熔体的外缩流动，一直持续到浇口冻封为止。
因此保压阶段在保压压力的作用下，模腔中的熔体将得到冷却补缩和进一步的压缩和增密。
如果保压压力不足，则会导致模腔压力过低。
保压时间会影响熔体的倒流，保压时间越短则模腔压力降低得越快，最终使模腔压力越低。
WeiW.C.J.研究表明，高保压压力（≧70MPa）和长保压时间对于成型坯体的性质和坯体表面质量均更为有利。
料筒与喷嘴温度的设定与控制对注射成型的质量也有着重要影响。
料筒温度是指料筒表面的加热温度。
根据注射物料在料筒内的塑化机理分3段加热：第一段：固体输送段，是靠近料口处，温度要低些，有冷却水冷却防止物料架桥，保证较高的固体输送效率；第二段：压缩段，是物料处于压缩状态并逐渐地熔融，温度设定比第一段要高20—25℃；第三段：计量段，是物料全熔融的阶段，预塑开始时，这一段对应于螺杆计量段，在预塑终止后形成计量室储存塑化好的物料。