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        氧化鋁陶瓷的注射成形技術

        作者: 華夏九九 時間:2018-12-01 來源:未知
        摘要:氧化鋁陶瓷亦稱精密陶瓷、特種陶瓷、或高技術陶瓷。它是采用高度精選的原料,按照特殊的制造工藝生產,能精確控制化學組成和具有優異性能的陶瓷。 目前,氧化鋁陶瓷主要使用在...

        氧化鋁陶瓷亦稱精密陶瓷、特種陶瓷、或高技術陶瓷。它是采用高度精選的原料,按照特殊的制造工藝生產,能精確控制化學組成和具有優異性能的陶瓷。
         
         
        目前,氧化鋁陶瓷主要使用在高技術和尖端工業,如微電子、核反應堆、航天、磁流體發電、人工骨和人工關節等方面。氧化鋁陶瓷在制造工藝上,應當滿足以下三方面的要求:
         
        ①精選的原料要選用高純度的,顆粒應盡可能的細;
         
        ②嚴格控制化學成分。制造過程中要防止雜質混入和成分本身的揮發,對燒結件的顆粒度、界面、氣孔等要嚴格控制,以達到質量穩定和具有再現性;
         
        ③精確的形狀和尺寸。氧化鋁陶瓷制件一般不經加工,直接使用,特別是陶瓷電子器件要求較高的精度。

        氧化鋁陶瓷和普通陶瓷在成分和制造工藝上都有很大的差別。普通陶瓷經過原料配制、坯料成形和窯爐燒成三道工序制成;而氧化鋁陶瓷大多采用粉末燒結法制造。在成形技術方面,由于陶瓷的硬度極高,難于切割加工,特別對于形狀復雜的非對型制品,如汽車發動機中的增壓器轉子,骨骼、牙齒等生物陶瓷制品,在成形燒結以后即為成品,無需再加工。為了滿足這一要求,人們模仿高分子材料工業的注射成形技術生產塑料零件的方法,加工氧化鋁陶瓷制品,取得了滿意的效果。
         
         
        陶瓷注射成形技術,是在陶瓷粉料中加入熱塑性樹脂、熱固性樹脂,增塑劑和減摩劑,使陶瓷粉料成為粘性彈體,然后將加熱混煉后的料漿從噴口射入金屬模內,冷卻固化即成。常用的熱塑性樹脂有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯,加入量為10-30%。這一技術很大程度地提高了形狀復雜產品成形的精度和可靠性。
         
         
        1注射成型設備
         
        注射成形機一般由增塑裝置(或注射裝置)、合模裝置、油壓裝置以及電子、電源控制裝置組成。其類型根據增塑裝置內部結構的不同,可以分為柱塞式和并聯螺旋槳式。近年來,一般認為后者優點較多。
        注射成形機是以電子、電源控制裝置為中樞,在驅動油壓裝置的同時使增塑裝置、合模裝置順次工作。其工作程序是:陶瓷原料由漏斗放入,進入缸體,原料在送人缸體端部的同時,進行熔化、攪拌,經缸體端部的噴嘴注射至金屬模具的型腔中獲得坯件。國外先進的控制系統采用屏幕顯示方式(如利用示波管、等離子、電致發光、液晶),以及設計圖形控制臺方式或二者組合的復合控制臺方式。

        模具材料一般采用高潔度、耐磨性、耐腐蝕性均優良的合金鋼。模具設計應當符合陶瓷一高分子系統的流動特性。為了減少成形體的收縮,避免模具體內空氣卷入成形體,因此模具要考慮控制放出口。在環狀制品上,柵的對側易產生熔合紋,所以也要注意柵的位置。為了使注塑條件最優化,需要依靠模具、料筒等的溫度管理和模具內的壓力傳感器進行細致的管理。此外,模具上應有冷卻槽,可以冷卻和加熱,依靠溫度調節器使模具溫度保持恒定,對提高成形體的精度很有效。由于原料中要大量使用有機材料,為了不使毛坯產生熱裂,不剩碳渣地進行脫脂也是一個重要課題。
         
         
        2工藝
         
        陶瓷的注塑成形原理和塑料的注塑成形基本相同。只是塑料內混合大量的陶瓷粉末。為了改進注塑成形條件,必須選擇與使用原料匹配的有機材料,并要選定添加量。為了獲得致密又均勻的注塑成形體,陶瓷粉末的濃度要高些。但過高將使成形性能變差。為改進混煉坯料的流動性,應降低分散劑高分子系的粘度。作為前處理很重要的是提高陶瓷粉末的分散性,為了提高高分子的流動性,需添加適當的增塑劑和潤滑劑。
         
         
        陶瓷原料的粒度一般為1μm,加入粘結劑(或稱為添加劑),經充分混合、攪拌。 
         
         
        在攪拌過程中,陶瓷粉末被粘結劑潤濕和包復,全部成為均勻的復合物才可進行注射成形。且需要冷卻、干燥、粉碎后,才獲得適合注射成形機漏斗進料的顆粒。

        整個工藝中應注意和掌握的技術問題有以下四個方面。
         
        1、原料的流動性
        注射成形所用的陶瓷顆粒一般由80-90%(重要比,下同)的粉末和10~20%的粘結劑組成。粘結劑在脫脂工序中去掉,因此添加量以最低限度為宜,但應注意若添加量不足會影響成形效果。此外,陶瓷顆粒的流動性在粒度越小、形狀越偏離球形時越差。因此,應用盡可能簡便的方法對流動性進行測試。
        2、成形條件產生的缺陷
        成形條件如果不正確,會產生各種缺陷。其中最關鍵的是熔焊線條,若成形體帶有通孔或盲孔,則容易出現這種缺陷。因此,必需注意模具的設計,特別是開口的類型、位置、大小及個數。同時應注意注射成形的注射溫度和速度間的平衡。
        此外,為了避免發生表面粗糙、裂紋、長條痕、變形等缺陷。在成形困難的情況下,可在注射成形機中裝設自適應控制器,進行細微的控制。
        3、脫脂
        本工序又稱去掉粘結劑,通常升溫速度為3~5℃/b,約進行5~10日,但在0.5MPa壓力的保護氣氛下進行時,40小時可結束脫脂。
        4、燒結
        熱工等參數可根據陶瓷的種類而定。燒結中的線收縮率約為15-20%,形狀比較復雜或壁較厚的工作,容易在燒結中產生裂紋,應注意防止。
         
         
        3添加劑
         
        這是注射成形技術中最重要的問題之一。不同成形方法所需的添加劑特性也不同。如注射成形要求脫脂、流動性、膠溶性、強度、收縮;擠壓要求可塑性、膠溶性、強度、潤滑;冷等靜壓(橡膠模壓)要求潤滑、制粒性、強度;機械壓制要求潤滑制粒性、強度、脫模等。同時,對于不同的制品也要選用不同的粘接劑。
         
         
        注射成形技術對添加劑的要求如下。
        1、膠溶性:各種成形方法都盡量采用較少的添加劑為宜,可以采用解膠性(膠溶性)添加劑,這對減少生產周期和產品成本均有利。特別是有利于以后去掉粘結劑。
        2、流動性:注射成形要求在高壓下的流動性。使用樹脂系粘結劑注射效果良好,原因是使用樹脂系的時候,應當注意保持粘度和緩慢地進行注射。
        3、膨脹與收縮:由于注射成形使用了大量的粘結劑,致使毛坯收縮大,影響尺寸精度和幾何形狀,并容易形成氣孔。因此,可以選用石臘一類膨脹—收縮小的物質作添加劑。這類物質要比松香等非結晶物質的膨脹——收縮影響小。 
         
         
        注射成形技術,日本早在五十年代曾采用A12O3陶瓷作內燃機的點火塞。以后在小型復雜的零件中相繼用于生產。近年來,人們積極從事各種耐熱、耐磨損零件的開發研究,例如,柴油發動機的渦流腔機頭已經實現陶瓷化,就是采用注射成形技術制造的。
         
         
        據報道,日本東京大學生產技術研究所試驗成功了只用水進行的“冷凍注射成形法”。這是利用水具有的流動性和凍結性來實現陶瓷的固體化和脫模。在預先冷卻到-5~10℃的模具內填充0~5℃左右的坯料,填充的同時坯料從內壁面凍結,當內部凍結達到脫模強度時,毛坯即可以模中取出。由于不必象前述那樣使用大量有機添加劑,因此無需長時間的脫脂工序,所以能夠大大地;縮短生產時間,從而為降低成本、增加產量創造了有利條件。

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