注射成型(ceramic injection molding,CIM)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。特别是对于尺寸精度高、形状复杂的陶瓷制品大批量生产,采用陶瓷粉末注射成型最有优势。该工艺突出的优点包括:①成型过程具有机械化和自动化程度高、生产效率高、成型周期短、坯件强度高的优点;生产过程中的管理和控制也很方便,易于实现大批量、规模化生产;②可近净成型各种几何形状复杂的及有特殊要求的小型陶瓷零部件,使烧结后的陶瓷产品无需进行机加工或少加工,从而减少昂贵的陶瓷加工成本;③成型出的陶瓷产品具有极高的尺寸精度和表面光洁度。因此,这种技术在国内外得到广泛的研究和应用。
早在20 世纪 80 年代,伴随陶瓷发动机研制和涡轮转子及叶片等高温陶瓷热机部件制备的需要,美国贝特尔纪念协会组织世界上近 40 余家研究机构和公司,制定了“陶瓷注射成型”研发计划,美国、英国、日本、瑞典、德国等参加这一研究计划。由于陶瓷注射成型是一门跨学科的综合技术,涉及高分子流变学、粉体科学、表面化学、陶瓷工艺学等,因此参与陶瓷注射成型技术研究和开发的既有陶瓷学家和陶瓷公司,又有高分子黏结剂的化学家和化学公司,如日本著名的京瓷陶瓷公司,德国著名的巴斯夫化学公司。英国 Brunel 大学对陶瓷的注射成型进行了全面细致的研究,并且发表了一系列有影响研究论文 (Edirisingbe,1986,Evans,1991);清华大学也较早地开展了这一工作(张涛,1988;谢志鹏,1993,1995)。
20 世纪80 至90年代陶瓷注射成型研究的重点是氮化硅、碳化硅等非氧化物高温陶瓷部件,特别是发动机用 Si3N4、SiC 涡轮转子、叶片和滑动轴承的注射成型制备(Mclean,1982; Storm,1982;Mangels,1984a,b,c),包括注射用有机载体(即各种有机黏结剂)、注射混合料(又称喂料)的流变学特性、注射工艺参数、注射成型坯体的脱脂工艺等基础工作(Zhang,1989a,b; Edirisinghe,1987; Xie, 1995a,b;梁树全,2000)。同时成功地制备出许多高性能的复杂形状高温产品,其中陶瓷涡轮转子在日本和美国已用于赛车和军用装甲车等(Mutsuddy,1991)。
近10余年来,特别是进入21世纪,陶瓷注射成型技术的研究和应用领城更加广阔和深入。在成型的粉体材料方面,纳米氧化锆、氧化铝等氧化物陶瓷的注射成型备受重视(Wei,1998;Tseng,1999),特别是光纤连接器用四方相氧化锆陶瓷插芯的注射成型(外径为2.5mm,内孔直径仅有 125μm)和套筒己在国内外实现规模化生产(Lin,2001;xie.2005),在注射成型及脱脂技术方面,一些新的黏结剂体系和脱脂工艺相继被开发,如日本、美国、德国、中国分别提出的超临界脱脂、溶剂萃取脱脂、化学催化脱脂、微波脱脂等新工艺也得到发展(Yang,2000; Thierry,1995; Ebenhoch,1996;Xie, 1995日,b)。此外,一种可以制备几十微米至1mm 的微型陶资零部件的微注射成型先进技术和设备也得到快速发展 (Piotter,2002)。
目前,陶瓷注射成型已广泛用于各种陶瓷粉料和各种工程陶瓷制品的成型。通过该工艺制备的各种零部件,已用于航空、汽车、机械、能源、光通信、生命医学等领域。
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