高性能陶瓷创新工艺——陶瓷胶态注射成型技术.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.com生产与应用文章编号：1001—9642(2006)05—0041—03高性能陶瓷创新工艺一陶瓷胶态注射成型技术黄勇，龙月洋(1清华大学，北京10001；2隆成陶瓷材料研究所，广州511451)【摘要】：成型工艺作为制备高性能陶瓷材料及部性差等。件的关键技术，介绍黄勇教授创新提出的把胶态成型使许多领域不敢涉足陶瓷产品。如果上述两个问和注射成型结合的“陶瓷胶态注射成型新工艺”。题不解决，高性能陶瓷的市场就很难打开局面。【关键词】：高技术陶瓷，胶态成型，注射成型，陶2陶瓷注射成型技术的发展瓷胶态注射成型成型工艺作为制备高性能陶瓷材料

2、及部件的关键技术，正不断取得突破性进展。引言陶瓷注射成型技术来源于高分子材料的注塑成随着技术的进步，高性能陶瓷以其优异的耐高温、型，借助高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的高强度、耐磨损、耐腐蚀等性能和优点被广泛地应用特性来进行成型的，成型之后再把高聚物脱除。比传于工业、国防、机械、石油、汽车、家用电器等各个统的陶瓷加工工艺要简单的多，能制造出各种复杂形领域的候选材料。状的高精度陶瓷零部件，且易于规模化和自动化生产。国外某权威研究机构认为日本在结构陶瓷研究之起初的陶瓷成型注射技术是将大量的高分子树脂所以处于世界领先地位的主要原因之一在于陶瓷成型与陶瓷粉体混练在一起后得到混

3、合料，然后装入注射技术。因此成型工艺作为制备高性能陶瓷材料及部件机于一定温度注入模具，迅速冷凝后脱模而制成坯体。的关键技术，它不仅是材料设计和材料配方实现的前该技术适合制备湿坯强度大，尺寸精度高，机械加工提，而且是降低陶瓷制造成本，提高材料可靠性尤为量少，坯体均一的产品，适于大规模生产。对形状复重要的环节。杂、厚度较薄产品的制备有着明显的优越性。但是由1高性能陶瓷产业化应用的困局于含有大量的高分子粘结剂，使陶瓷坯体的脱脂成为目前高性能陶瓷的应用面临的两大问题是陶瓷的不可逾越难题，并且有毛坯易变形，容易形成气孔等制造成本高和使用性能的可靠性差。由于陶瓷的制造缺点。成本高，从而

4、导致产品的价格高，无法与金属及其复陶瓷注射成型使用的有机载体包括粘接剂、增塑合材料竞争，因此目前只能用于一些特殊领域。剂、润滑剂等。有机载体的选择重点考虑：体系内的高技术陶瓷由于硬度高质脆，不像金属那样可以相容性；注射悬浮体的流变特性；脱模特性与生坯强加工成各种各样的形状，其中陶瓷机加工的成本几乎度。通常有机载体与陶瓷粉体混练后的结合强度主要占到陶瓷制造成本的l／3—2／3，主要是因为陶瓷取决于热塑性树脂高聚物；脱脂特性亦可由耐热性好部件的成型很难达到近净尺寸成型。的高聚物调节；可塑剂和润滑剂可改善体系流动性及原因在于传统的陶瓷注射成型技术来源于高分子脱模性能；表面活性剂具

5、有综合调节作用。材料的注塑成型，将大量的高分子粘结剂与陶瓷粉体在熔体注射充模冷凝形成坯体的过程中，坯体内混练在一起，然后通过注射成型机制备各种复杂形状产生的应力有两种，即温度应力和成型应力。对异型、的陶瓷零部件。因此，采用传统陶瓷制备工艺和装备很大尺寸坯体的注射参数和充模过程的研究表明，过高难获得显微结构均匀、无缺陷和近净尺寸陶瓷部件。的注射压力和注射温度使坯体内产生较大的成型应力另外，陶瓷材料的性能分散性大，即陶瓷材料的和温度应力，增大了坯体变形和开裂的危险性。可靠性差，特别是结构陶瓷又硬又脆既难加工又容易由于注射成型加入大量有机载体，烧结前必须将产生突发性的断裂，因而导

6、致高技术陶瓷的制造成本其排除，即进行脱脂。脱脂耗时较长，容易使坯体产高、性能离散性大、产品生产再现性和使用性能可靠生缺陷。因此，脱脂是注射成型工艺的关键。影响脱脂过程的因素主要有：气氛、压力和温度制度。惰性气氛可避免有机物的氧化分解。一定的气氛压力，可收稿日期：2006-01—16作者介绍：黄勇，男，清华大学材料系教授，研究方向：高缩小有机物挥发及分解产生的有效体积，从而减少由性能陶瓷材料工艺流程及装备、高性能陶瓷新材料研究于体积膨胀引起的坯体开裂。另外，脱脂速率也直接0荦盘瀚I：CHINACERAMICS。。}维普资讯http://www.cqvip.com中国陶瓷200

7、6年第5期受温度影响。在坯体软化，内部尚未形成气孔通道的过程中发现注射压力对料浆固化非常敏感引起大家的温度段l50～300℃，升温速率必须严格控制。否则，坯注意，进一步试验又发现常温下料浆也能快速固化。体易发生变形、产生鼓泡及开裂等缺陷。因此发明了压力诱导陶瓷胶态注射成型技术，这一技为了避开陶瓷注射成型技术使用大量高分子粘结术不仅克服了温度固化带来的料浆中温场不均造成固剂的缺点，九十年代后陶瓷成型技术的研究逐渐转向化坯体微观结构不均匀性以及注射成型机的复杂控制含有少量有机物的水基胶态成型技术的研究，新的成系统，而且