氧化鋁陶瓷是氧化物中穩(wěn)定的物質(zhì)之一,具有高的機(jī)械特性和高的電絕緣性與低的介電損耗等特點(diǎn),在航天航空、機(jī)械、電子、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。
在成型技術(shù)上,由于氧化鋁陶瓷硬度高,脆性大,難以切削加工,特別是加工形狀復(fù)雜、精度要求高的異形零部件,存在較大難度,尤其對(duì)于微型結(jié)構(gòu)件(毫米級(jí)),其它的成型方法幾乎無能為力。表展示了各種不同的成型方法。
表 成型方法對(duì)比
陶瓷注射成型(CIM)的出現(xiàn)為氧化鋁陶瓷的成型加工帶來了新的解決方法。該工藝主要包括喂料、注射成型、脫脂和燒結(jié)四個(gè)階段。其基本過程為在氧化鋁陶瓷粉末中加入粘結(jié)劑,并使其混合均勻,形成具有粘塑性的喂料,在加熱狀態(tài)下,利用注射成型機(jī)將喂料注入模具模腔內(nèi)冷凝成型,經(jīng)過脫脂工藝去除粘結(jié)劑后,便可用于燒結(jié)。
(不同的顏色屬于不同的工藝步驟,分別為喂料制備、注射成型、脫脂、燒結(jié)四個(gè)步驟)
氧化鋁陶瓷喂料制備
喂料制備是將陶瓷粉體與適量的載體按一定配比在一定溫度下進(jìn)行混煉,然后干燥、造粒,得到注射喂料。用作注射成型的氧化鋁陶瓷喂料需要具備足夠高的固含量,良好的流變性以及熱力學(xué)穩(wěn)定性。喂料的性能主要取決于粉體的性質(zhì)和粘結(jié)劑的選擇,因此,對(duì)其研究和優(yōu)化也集中在這兩個(gè)方面?!笍?fù)合耐磨彎管」
粉體性質(zhì)
粉體的平均粒度、松裝密度、粉末形狀、比表面積、顆粒間隙等決定了所制備喂料的性質(zhì),進(jìn)而影響終產(chǎn)品的質(zhì)量。對(duì)于氧化鋁粉體,重要的要求是粒徑細(xì)小、形狀規(guī)則,這樣的粉末在注射成型過程中流動(dòng)性好、填充量大,燒結(jié)收縮率低。
研究表明[],當(dāng)氧化鋁陶瓷喂料固含量相同時(shí),包裹氧化鋁粉體所需的粘結(jié)劑用量隨粉體比表面積的減小而減小,粉體之間容易流動(dòng),喂料的粘度降低,有利于注射過程完成。
粘結(jié)劑
粘結(jié)劑是陶瓷粉體的載體,決定了喂料注射成形的流變性能和注射性能。良好的粘結(jié)劑可起到形狀維持的作用,且能減少胚體變形和脫脂缺陷的產(chǎn)生。
氧化鋁陶瓷注射成型粘結(jié)劑要具備以下條件:
()流動(dòng)特性好,注射成型黏度適中,且黏度隨溫度不能波動(dòng)太大,以減少缺陷產(chǎn)生;
(2)對(duì)粉體的潤(rùn)濕性和粘附作用好;
(3)具有高導(dǎo)熱性和低熱膨脹系數(shù);
(4)一般由多組分物組成,單一粘結(jié)劑很難滿足流動(dòng)性要求。