新闻中心

News

一文了解陶瓷注射成型技术

日期: 2018-12-25
浏览次数: 1082

陶瓷注射成型(Ceramic Injection Molding, 简称CIM)是近代粉末注射成型(Powder Injection Molding,简称PIM)技术的一个分支,它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。

一文了解陶瓷注射成型技术

 

1

陶瓷注射成型技术原理

陶瓷注射成型是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种制备陶瓷零部件的新工艺。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:

1、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。

2、这种混合热熔体在模具中冷凝固化。

3、成型后的坯体制品被顶出而脱模。

 

一文了解陶瓷注射成型技术 

2

陶瓷注射成型技术和工艺优势

1、可快速而自动地进行批量生产,且对其工艺过程可以进行精确的控制;

2、由于流动充模,使生坯密度均匀;

3、由于高压注射,使得混料中粉末含量大幅提高,减少烧结产品的收缩,使产品尺寸精确可控,公差可达±0.1%0.2%,性能优越;

4、无须机械加工或只需微量加工,降低制备成本;

5、可成型复杂形状的,带有横孔、斜孔、凹凸面、螺纹、薄壁、难以切削加工的陶瓷异形件,有着广泛的应用前景。

一文了解陶瓷注射成型技术 

 

3

陶瓷注射成型技术发展历程

1、粉末注射成型源于20世纪20年代的一种热压铸成型技术,当时已用于生产汽车火花塞等产品。

220世纪50年代,用环氧树脂作粘结剂试制了大量的硬质合金、难熔金属、陶瓷等,预示着此技术在应用中的地位。但因理论欠缺,加之制粉、成型和烧结等技术存在一系列不足,离应用的距离还比较远。

3、到20世纪80年代,硬质合金、陶瓷领域基础研究的发展和突破,如超细粉制备、先进陶瓷增韧理论和技术的发展,使该工艺制备的材料性能较50年代有很大的提高,促使PIM成为比较成熟的复杂形状制品的制备成型技术。

4、陶瓷粉末注射成型产品全球销售收入从80年代末的4500万美元到90年代末的4.2亿美元,并以每年20%~25%的速度增长。

但是,只有美国,欧洲和日本的PIM产业发展比较成熟,而韩国、新加坡、中国、中国台湾地区、印度等地均建有PIM生产厂,但产值尚小,正蓄势待发。

4

注射成型过程中缺陷分析

注射成型过程中由于工艺参数控制不当,或者是喂料本身缺陷,以及模具设计不合理等因素,容易造成诸如欠注、断裂、孔洞、变形、毛边等各种缺陷。结合具体过程,对常见的注射缺陷进行分析,并加以控制,以提高生产率和喂料的利用率。

1、欠注缺陷,指喂料在充模过程中不能充满整个模腔,如图所示。一般在刚开始注射时产生,可能是由喂料温度或模具温度过低、加料量不足、喂料粘度过大等因素引起的。通过增加预塑时间升高喂料温度、升高模具温度、加大进料量、升高注射温度降低喂料粘度等措施可以消除此缺陷。

一文了解陶瓷注射成型技术 

2、断裂缺陷断裂,如图所示。一般发生在脱模中,往往是脆断。主要是因为模具温度太低,或者是保压和冷却时间过长,使得坯体温度大幅下降,引起的收缩太大使坯体紧紧箍在下部凸模上,在模具顶出机构的强烈冲击下,很容易引起脆断。通过适当升高模温以及减少保压和冷却时间,在脱模过程中可以避免断裂。

一文了解陶瓷注射成型技术 

3、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,有的就发展为几乎贯穿生坯坯体的中心通孔,这是常见的缺陷,注射成型样品不同部位产生的气孔的原因也不一样。

一般中部产生的气孔较小,原因可能是喂料本身混合不充分并夹有气体、注射温度太高造成粉末同粘结剂分离。相应可通过调整喂料质量,降低模温和注射温度等措施消除。而底部产生的气孔较大,有的甚至是周身或半周身通孔。产生这样孔洞的原因主要是注射时底部排气不充分而使样品夹入气体。因为样品上部壁薄而底部壁厚,注射过程中流动性喂料在注射压力下从上向下流动冲模,当喂料流体到达底部时,空腔截面面积突然变大,喂料会沿内侧经样品最底面渐进冲模,这样一来最后被冲模的地方不是空腔最底面,而是薄壁和厚壁的接合处。因此模具上开在底面的排气孔并不能充分排气,使得气体聚集,形成比较大的孔洞。  

一文了解陶瓷注射成型技术 

5

陶瓷注射成型技术的应用

目前,陶瓷注射成型技术开始向精密化发展,研究与开发的重点由过去的高温非氧化物陶瓷(如氮化硅、碳化硅)扩展为氧化物陶瓷(如氧化锆、氧化铝)、功能陶瓷、生物陶瓷产品,种类越来越多,其主要应用领域如下。

1、光通讯用精密陶瓷部件

主要有光纤连接器用氧化锆多晶陶瓷插芯和陶瓷套管。因为其尺寸小、精度高、内孔直径只有125微米,因此只能采用注射成型。目前光纤连接器所需陶瓷插芯和陶瓷套管主要由中国制造,包括广东潮州三环和湖南正阳公司,而日本京瓷、东陶、Adamand等国外公司生产的产品在不断减少。

一文了解陶瓷注射成型技术

光纤连接器用陶瓷插芯与套管

2、生物陶瓷制品

主要包括人造陶瓷牙齿、种植牙陶瓷固定螺杆、人工关节、固定牙冠套、牙齿正畸用陶瓷托槽等,如图3所示。据世界卫生组织统计,牙齿畸形并发率约为49%,在美国50-60%的家庭都会进行牙齿正畸,必须配带牙齿矫形托槽。采用陶瓷注射成型生产的该类产品尺寸精度高且性能良好,在国内的市场前景开阔。

一文了解陶瓷注射成型技术 

生物陶瓷制品

3 、文化生活用陶瓷

陶瓷粉末注射成型已成功用于陶瓷表壳、表链的制备,如香奈儿国际品牌陶瓷表和瑞士雷达永不磨损高档手表的表壳和表链。近几年高档手机的外壳和按键也采用陶瓷注射成型,均采用耐磨ZrO2陶瓷材料,抛光后表面粗糙度控制在30 nm左右。

一文了解陶瓷注射成型技术 

陶瓷表壳、表链、手机盖板、外壳

4 、电子用精密陶瓷部件

IT和电子行业中,元器件散热需要用到风扇,风扇中马达若采用陶瓷轴承即可减少噪音,又可延长寿命,比金属轴承具有更大优越性。ZrO2Si3N4陶瓷不仅耐磨性好,断裂韧性高,而且具有一定的自润滑性,因此是制造陶瓷轴承的理想候选材料。

一文了解陶瓷注射成型技术

电子用精密陶瓷部件

5、 机电工业用精密陶瓷部件

包括各种氧化铝(Al2O3)体系绝缘陶瓷零部件,如集成电路封装管壳;电真空开关陶瓷管;微波炉中磁控管用绝缘陶瓷等;图示为英国摩根公司生产的直接驱动马达陶瓷部件,以及磁盘驱动部件等。

一文了解陶瓷注射成型技术 

机电工业用精密陶瓷部件

6、 透明氧化铝陶瓷产品

许多透明氧化铝陶瓷产品已采用注射成型技术制备,包括牙齿矫正用透明陶瓷托槽、陶瓷金属卤化物灯泡内的透明陶瓷电弧发光管、以及集实用与美观于一体的半透明氧化铝陶瓷杯。

一文了解陶瓷注射成型技术 

透明氧化铝陶瓷产品

7、 精密机械与微型陶瓷部件

随着精密机械和微电子工业的发展,对小型和微型精密陶瓷零部件的需求不断增加,包括陶瓷注射成型(CIM)制备的轴和小齿轮行星齿轮变速器、陶瓷螺杆和行星齿轮、以及微型氧化锆陶瓷滑动轴承,其外径只有1.5 mm

一文了解陶瓷注射成型技术

精密机械与微型陶瓷部件

8 、医疗器械用陶瓷部件

目前,在医疗领域陶瓷注射成型技术也得到了越来越多的应用。采用陶瓷注射成型工艺制作陶瓷手术刀等多种医疗器械,具有抗菌、耐腐蚀、不易被玷污等传统金属器械所不具备的优点。

一文了解陶瓷注射成型技术 

医疗器械用陶瓷手术刀等零部件

9 、纺织机械用耐磨陶瓷件

纺织工业中目前使用大量耐磨陶瓷件,主要有纺纱用导丝轮、拉线轮等各种产品,大多采用高硬度的氧化铝(Al2O3)和韧性好耐磨性好的氧化锆(ZrO2),以及氮化硅和碳化硅陶瓷材料。这些产品形状复杂、尺寸精度高,因此广泛采用陶瓷精密注射成型制备技术。

一文了解陶瓷注射成型技术 

纺织机械耐磨陶瓷零部件

10 、环保、化工、冶金用陶瓷喷嘴

喷嘴外形复杂,内设小孔,要求耐磨、耐腐蚀、耐高温,采用氧化锆(ZrO2)和碳化硅(SiC)氮化硅(Si3N4)粉末可一次注射成型制备性能优良形状各异的陶瓷喷嘴。

一文了解陶瓷注射成型技术 

注射成型各种陶瓷喷嘴

陶瓷注射成型技术作为一种新兴的精密制造技术,有着其不可比拟的独特优势。特别是近年来全球范围内产业化的不断扩大,更加充分证明CIM技术诱人的发展前景。陶瓷材料优异的物理化学性能和精密注射成型的有机结合,必将使CIM技术在航空航天、国防军事以及医疗器械等高科技领域发挥越来越重要的作用,成为国内外精密陶瓷零部件中最有优势的先进制备技术。

 

一文了解陶瓷注射成型技术 

      明:文章内容转载特种陶瓷联盟,仅作分享,不代表本号立场,如有侵权,请联系编除,谢谢!



News / 推荐新闻 More
2019 - 04 - 25
截止到2018年年底,全球154个移动运营商正在进行5G技术测试或试验,参与5G的国家已经扩展到66个。随着5G时代的到来,手机产业又将迎来一轮新的变革,手机背板市场面临着重新洗牌。其中氧化锆陶瓷在新一轮技术洗牌中脱颖而出。一、氧化锆陶瓷手机背板脱颖而出5G时代要求信号传输速度更快,是4G的1~100倍。5G通信将采用3Ghz以上的频谱,其毫米波的波长更短,与金属背板相比,陶瓷背板对信号无干扰,且拥有其他材料无可比拟的优越性能,受到手机生产商的青睐。在所有的陶瓷材料中,氧化锆陶瓷除了具有高强度、高硬度、耐酸碱耐腐蚀及高化学稳定性等优点,同时具有抗刮耐磨、无信号屏蔽、散热性能优良、外观效果好等特点,因此成为继塑料、金属、玻璃之后一种新型的手机机身材质。目前氧化锆陶瓷在手机中的应用主要是背板和指纹识别盖板两部分。某厂家生产的氧化锆陶瓷球某厂家生产的氧化锆陶瓷手机背板二、氧化锆手机陶瓷制备及难点...
2019 - 04 - 23
纳米陶瓷是纳米材料的一个分支,是指平均晶粒尺寸小于100nm的陶瓷材料。具有塑性强、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨的性能。在陶瓷基体中引入纳米分散相进行复合,能使材料的力学性能得到极大的改善。纳米陶瓷的增韧有改善陶瓷的力学性能,提高陶瓷稳定性等的作用。其主要增韧机理有以下几种。裂纹偏转裂纹偏转增韧是裂纹非平面断裂效应的一种增韧方式。当纳米颗粒与基体间存在热膨胀系数差异时,残余热应力会导致瓷体中的扩展裂纹发生偏转,使得裂纹扩展路径延长,有利于材料韧性的提高。裂纹偏转方向与纳米颗粒和基体间热膨胀系数的相对大小有关。当基体的热膨胀系数较大时,裂纹向纳米颗粒扩展,如果纳米颗粒本身及其与基体间的结合强度足够大,纳米颗粒此时甚至可以对裂纹起到钉扎的作用;当基体的热膨胀系数较小时,扩展裂纹趋向于沿切向绕过纳米颗粒。裂纹扩展到达晶须时,被迫沿晶须偏转,这意味着裂纹的前行路径更长,裂纹尖端的应力强度减少,裂纹...
2019 - 04 - 20
多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料,也称为气孔功能陶瓷,它是成型后经高温烧成,体内具有大量彼此相通或闭合气孔的陶瓷材料。根据成孔方法和空隙,多孔陶瓷可分为:泡沫陶瓷、蜂窝陶瓷、粒状陶瓷,其对应气孔率如下:多孔陶瓷材料由于其独特的多孔结构而体积密度小、比表面积高、热导率低,加之陶瓷材料本身特有的耐高温、强度高、化学稳定性好等特点,目前已广泛应用于环保、节能、化工、冶炼、食品、制药、生物医疗等多个领域。一、多孔陶瓷材料用于过滤与分离装置多孔过滤陶瓷管多孔陶瓷的板状或管状制品组成的过滤装置具有过滤面积大、过滤效率高的特点。被广泛应用于水的净化处理、油类的分离过滤以及有机溶液、酸碱溶液、其它粘性液体和压缩空气、焦炉煤气、蒸气、甲烷、乙炔等气体的分离。由于多孔陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐化学腐蚀、机械强度高等优点,在腐蚀性流体、高温流体、熔融金属等应用领域,正日益显示其特有的优势。二、多孔陶瓷材料用于吸音降噪...
2019 - 04 - 18
氧化铝粉体是工业化生产中最重要的粉体材料之一,而球形粉体,特别是高度分散的球形粉体,因其本身的球形结构使得其具有良好的流动性,加上其分散性,更大的比表面积以及其本身的物化性能,使得其在更多的应用领域中发挥作用。因此,随着日新月异的工业化发展,球形氧化铝粉体必将得到更深层次的开发及更广泛的应用。一、氧化铝家族从广义上讲,氧化铝可以分为含水氧化铝和无水氧化铝两大类。水合氧化铝向α-Al2O3的转变氧化铝及其水合物的不同晶型和特有的理化性能,决定了它们在石油化工、电子、耐火材料、陶瓷、磨料、制药以及航空航天等领域都有广泛的应用。另一方面,正是氧化铝粉体的物化性质的稳定性,所以想通过直接加工氧化铝粉体而提高其性能是极为困难的。因此要得到更高性能的氧化铝粉体需要从合成制备技术开始。二、球形氧化铝的制备粉体球化方法包括物理方法和化学方法。按照不同的物质聚集方式,可将制备球形氧化铝的方法系统地分为气相法...
分享到:
新之联伊丽斯(上海)展览服务有限公司
上海公司 电话:4000 778 909
电邮:iacechina@unifair.com
广州公司 电话:020-8327 6369
电邮:iacechina@unifair.com
版权所有 2017-2020 新之联伊丽斯(上海)展览服务有限公司
犀牛云提供企业云服务
关注展会官微,在线看展