注射成形在tic基金属陶瓷手表外观件上的应用

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1、注射成形在TiC基金属陶瓷手表外观件上的应用　　摘要：TiC基金属陶瓷是较为理想的手表外观件材料，但制备难度大。本文总结了通过注射成形技术制备TiC基金属陶瓷手表外观件中的关键因素，包括粘结剂、喂料性能评价、模具设计、脱脂工艺的选择。　　关键词：TiC基金属陶瓷；注射成形；手表外观件　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.181　　0引言　　传统的手表外观件以不锈钢、铜、钛合金等材料为主，这些材料通常硬度低，耐磨性差，在佩戴过程中极易出现划痕，从而影响手表的外观效果。1962年，瑞士RADO公司首次将硬质合金材料引入手表外观件中，提出“永不磨

2、损”的概念。自此，硬材料以其具有的独特优势，在手表外观件材料中逐渐发展壮大。经过几十年的发展，手表外观件硬材料体系不断丰富，目前已包括WC基硬质合金[1]、TiC基金属陶瓷[2]、TiN基陶瓷[3]、氧化锆陶瓷等[4]。　　TiC基金属陶瓷密度低，耐磨性好，并且具有能与钛合金相媲美的耐腐蚀性，银白色金属光泽和极佳的人体亲和性，在手表外观件硬材料中极具优势。虽然TiC基金属陶瓷已作为切削刀具在工业上应用多年，但作为手表外观件材料，有着其他诸如形状复杂、外观和耐腐蚀要求高、镍释放严等特殊要求。这使得制备合格的TiC基金属陶瓷手表外观件极为困难。笔者所在的飞亚达公司自2003年开始开展T

3、iC基金属陶瓷手表外观件注射成形研究，在此之前，国内尚未见采用注射成形技术成功制备TiC基金属陶瓷外观件，迄今为止，仍鲜见能制备高质量的TiC基金属陶瓷手表外观件的报导。本文介绍了制备过程中的经验，以期对相关材料的研究开发提供借鉴意义。　　1粘结剂的开发　　在TiC基金属陶瓷手表外观件的制备工艺中，成形是最关键的步骤之一。传统的成型工艺以模压成形为主[5]。但是，模压成形存在较多的不足：如形状尺寸较难精确控制，使得烧结零件研磨余量大，不利于后期加工。此外烧结体存在较多的孔隙，造成材料的综合力学性能较低，并使得成品的外观存在砂眼等缺陷。另外，采用模压成形难以制备形状复杂的零件，因此在

4、面对手表壳这类复杂的零件时显得无能为力。陶瓷注射成形是从塑料工艺中引入的技术，能较好的解决模压成形存在的缺陷[6，7]，在TiC基金属陶瓷手表外观件的制备中具有较大的发展潜力。采用注射成形制备TiC基金属陶瓷手表外观件的工艺流程如图1所示。　　粘结剂的选择是控制注射成形质量的关键。TiC基金属陶瓷注射成形常用的粘结剂主要分为热塑性体系、热固性体系、凝胶体系、水溶性体系，其中热塑性粘结剂体系是目前应用最广的粘结剂[8]。然而，热塑性粘结剂体系也存在着一些缺点，如易产生相分离、注射料性能不稳定、所需脱脂时间长、工艺复杂等问题[8，9]。热塑性体系的主要脱脂方法有直接热脱脂和有机溶剂萃取

5、脱脂。直接热脱脂工艺设备简单、工艺成本低，但对于大尺寸的样品，热脱脂时间较长；有机溶剂萃取脱脂工艺复杂，存在易变形，脱脂后坯件强度低等问题[10]。　　基于上述原因，笔者所在的公司开发了一种新的粘结剂（ChinaPatent，200510033196.6），其主要成分包括20%～30%的56#蜡、15%～25%的微晶蜡、15%～25%的棕榈蜡、8%～12%的高密度聚乙烯、6%～10%的聚丙烯、5%～9%的聚醋酸乙烯脂、5%～9%的邻苯丙甲酸二丁脂，以及作为增塑剂的5%～15%的硬脂酸。该粘结剂与普通粘结剂相比，具有高强度、可溶剂脱脂、脱脂后不溶胀开裂、注射毛坯壁厚可大于5mm等优点

6、。在TiC基金属陶瓷手表外观件的注射成形研究中使用该粘结剂，成功制备了具有较高强度和尺寸精度的坯件。　　2喂料的性能评价　　流动性是影响注射成形坯件性能的最为关键的因素之一，因此对喂料的流动性进行评价十分重要。较多研究者采用流变仪来对喂料的性能进行评价，但流变仪的测试过程与喂料在注射成形中的实际环境存在较大的差异，这使得测试结果的参考意义有限。在TiC基金属陶瓷手表外观件的注射成形研究中，依据ASTMD3123-98（2004），进行了螺旋流道模具设计，并采用该模具在注射成形机上对喂料进行了螺旋流道试验[11]，其结果如图2所示。多次研究证明，采用该方法可以较好的评判喂料的流动性能

7、，对后期模具设计、注射成形工艺参数的选择具有重要意义。　　3模具设计　　模具结构和工艺参数是影响注射成形件的另一关键因素。考虑到模具设计、制造的费用较高，试验的复杂性等因素，研究者往往先通过软件模拟不同模具中的注射成形过程，确定出相应的模具结构及工艺参数后，再进行实际的试验，从而可以大大的节约试验成本[12，13]。然而，目前市场上主要的注射成形模拟软件多集中在塑料的注射成形上，而金属陶瓷粉末由于配方复杂多样，各种配方的特性参数也各不相同，因此找到合适的用于模拟金属陶