流变学在粉末注射成形中的应用.doc

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1、流变学在粉末注射成形中的应用刘跃军1,2李祥刚1黄宇刚1（1.湖南工业大学包装新材料与技术重点实验室，湖南，株洲，412008;2.中南大学粉末冶金国家工程研究中心，湖南，长沙，410083）摘要：综述了流变学在粉末注射成形（PIM）中喂料配方设计、工艺条件选择、模具优化及计算机模拟等领域的应用，并就该领域当前存在的问题和未来的研究方向进行了分析。关键词：流变学，粉末注射成形，应用ApplicationofRheologyinPowderInjectionMoldingLIUYue-jun1,2LIXiang-gang1HuangYu-gang1（1.KeyLaboratoryofNewMa

2、terialandTechnologyforPackage,HunanUniversityofTechnology,412008China;2.NationalEngineeringResearchCenterforPowderMetallurgy,CentralSouthUniversity,410083China）Abstract:Theapplicationofrheologyinformuladesign,optimizationoftechnologyconditionsandmolddesign,andcomputersimulationofPowderInjectionMold

3、ing(PIM)wasreviewed.Thepresentproblemofthisfieldwasanalysed,andtheprospectofthisfieldwasdiscussedalso.Keywords:rheology,powderinjectionmolding(PIM),application粉末注射成形（PowderInjectionMolding，PIM）是传统粉末冶金技术与现代塑料注射成形技术相结合而产生的一门金属和陶瓷零部件近净形成形新技术[1]。该技术所能选用的材料体系十分广泛，其应用领域涉及航空航天、汽车、电子、军械、医疗、日用品及机械等行业。PIM的基本

4、工艺过程为：首先选取符合PIM技术要求的金属固体粉末与有机粘结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的注射成形喂料，在加热状态下用注射成型机将其注入模腔内冷凝成形，然后用化学溶解或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品[2]。基金项目：国家自然科学基金（10672197），中国博士后科学基金（2004035647），湖南省教育厅科研项目（05C510）作者：刘跃军（1970－），男，湖南工业大学教授、博士，主要从事聚合物加工流变学、粉末注射成形流变学的研究E-mail:yjliu_2005@126.comPIM作为一种制造高质量精密零件的近净成形

5、技术，具有常规粉末冶金和机加工方法无法比拟的优势。PIM技术的主要优点可以综合用图1表示，图中三个圆的交界处就代表了PIM技术的优点[3]。图1PIM的技术优势Fig.1AdvantageofPIMtechnologyPIM工艺过程中型坯的注射成型是最重要的工序之一，注射成型过程中可能产生各种缺陷，而且这些缺陷不能在后续工序中弥补[4]。要避免这些缺陷的产生，就要加强对PIM喂料的流变学研究，以指导喂料配方设计、模具参数设计和工艺参数优化，从而有效预防和减少制品在注射过程中的缺陷。1流变学对喂料配方设计的指导1.1流变学对粘结剂配方设计的指导粘结剂在PIM技术中起着相当关键的作用，只有加入一

6、定量的粘结剂后，粉末才具有一定的流动性以适合于注射成型，成型后，粘结剂又起着保持制品形状的作用。粘结剂一般采用多组元体系，即由流动性好的低熔点组元（石蜡、植物油等）和具有较好保形性和较高熔点的聚合物组元（如聚醛树脂等）组成。流变学研究对粘结剂配方设计有很好的指导作用。对PIM喂料的研究表明，粘结剂组成对喂料粘度和流动性指数等流变特性有很大影响[5]，粘结剂粘度的对数近似等于它各组分粘度的对数和[6]。评价PIM喂料流变学性能的主要指标是喂料的粘度及粘度对应变和温度的敏感性[7]，这些指标可统一用PIM喂料综合流变学因子进行评价，运用该评价因子可以从几种不同粘结剂中选出使喂料流变性能最好的一组

7、粘结剂。对使用最广泛的多聚合物组元蜡基粘结剂研究发现[8]，石蜡含量提高改善了喂料的流变性能，提高了粉末装载量，但降低了生坯的抗破坏能力。1.2流变学对最佳粉末装载量的指导PIM喂料是一种悬浮分散体系，固体粒子体积分数对流变行为的影响一直是悬浮分散体系流变学研究的重点。Einstein最早推导了固体球分散体系粘度[9]，得出分散体系粘度与介质粘度之比和固体无机粒子的体积分数之间的关系可近似地写为（1）其中：—