喂料制备、脱脂、烧结三个共性步骤作分析说明 当前位置: 网站首页 > 新闻资讯 > 企业动态

喂料制备

喂料是粉末和粘结剂的混合物。注射工艺要求注射喂料有良好的流动性,这就须选择符合要求的粉末和适当的粘结剂体系,按一定的装载量配比,在一定的温度下采用适当的方法混炼成均匀的注射成型喂料,这样才能保证后续工艺的顺利进行,其产品才有可能从实验室走向高技术市场。所以喂料制备在整个工序中非常关键。

脱脂工艺

脱脂是通过加热及其他物理方法将成型件体内的有机物排除并产生少量烧结的过程。与配料、成型、烧结及陶瓷部件的后加工过程相比,脱脂是注射成型中最困难和最重要的因素。脱脂过程不正确的工艺方式和参数使产品收缩不一致,导致变形、开裂、应力和夹杂。脱脂对之后的烧结工艺也很重要,在脱脂过程中产生的裂纹和变形不能通过烧结来弥补。粘结剂和脱脂是联系在一起的,粘结剂决定脱脂方式。目前的脱脂工艺除了传统的热脱脂、溶剂脱脂外,还有近几年发展起来的催化脱脂以及水基萃取脱脂。

(1)热脱脂

热脱脂是比较常用的一种脱脂方法,通过加热方法把坯体中的有机粘结剂熔融、挥发和裂解来脱除。具体过程是将成形坯加热到一定的温度,使粘结剂蒸发或热分解生成气体小分子,气体小分子通过扩散或渗透方式传输到成形坯表面,最后粘结剂的分解气体从成形坯表面脱离进入外部气氛。热脱脂时由于粘结剂部分受热软化,坯体在重力和热应力的作用下易产生粘性流动变形,因此脱脂速率太慢、耗时长。尤其是在脱脂初期,低熔点的有机物无法排除坯体而在坯体内部产生较高压力,容易导致坯体产生鼓泡、裂纹和变形等缺陷。同时,热脱脂有尺寸厚度的限制,适合比较小的精密陶瓷部件。

优点:价格低廉、理论发展比较成熟,应用比较广泛;

缺点:效率低、时间长,且易产生缺陷,仅限于小截面产品(通常在5mm以内)如陶瓷插芯、套管以及智能穿戴消费电子产品等。

(2)溶剂脱脂

溶剂脱脂首先是溶剂分子扩散进入CIM成型坯,然后粘结剂溶解于溶剂中形成粘结剂—溶剂溶体,粘结剂分子在成型坯内通过粘结剂—溶剂溶体扩散至成型坯表面,扩散到成型坯表面的粘结剂分子脱离成型坯进入溶剂溶液中。

溶剂脱脂有两部分组成,第一组分的有机物(如石蜡、植物油等),可以很好的溶解在某些烷烃溶剂(如煤油、正庚烷、石油醚、或溶剂油)中;另一组分是不溶于溶剂的高分子(聚乙烯,聚丙烯等),在可溶性组分脱除后起到支撑坯体强度的作用。残存的有机载体和溶剂可最后通过快速加热完全脱除。

优点:1)效率高,脱脂时间短;2)聚合物不溶解,脱脂时仍可保持坯体不变形;3)化学萃取后,在坯体中形成连续通道,能将后续热脱脂过程缩短至数小时。

缺点:易产生溶胀现象,造成坯体开裂;增加了溶剂的排除过程,且一些有机溶剂含有毒性,不环保,这些溶剂都必须进行回收处理,增加了部分成本。

应用:有机溶剂(油)脱脂效率高于热脱脂,且有利于较厚截面和较大尺寸陶瓷产品制备,如陶瓷表圈、齿轮、陶瓷杯等;手机及智能穿戴产品,喂料制备和脱脂成本较低,实用性强。

(3)催化脱脂

利用一种催化剂把有机载体分子分解为较小的可挥发的分子,这些分子比其他脱脂过程中的有机载体分子有较高的蒸汽压,能迅速地扩散出坯体。这种技术是由德国BASF公司开发的。

特点:粘结体系一般是由聚甲醛树脂和起稳定作用的添加剂组成,催化脱脂是直接气固反应,反应温度一般在110~150℃,低于聚甲醛树脂的熔点,防止液相生成。这样就避免了热脱脂过程中由于生成液相而导致生坯软化,或由于重力、内应力或粘性流动影响而产生的变形和缺陷。所以它最大的优点是可以坯体的缺陷非常好控制,适合做大尺寸的产品。

优点:脱脂速度快,坯体变形和缺陷少,精度高,更适合大尺寸或厚截面陶瓷产品的制备,如陶瓷喷嘴、轴承球、汽车装饰件等;

缺点:特制的粘结剂,喂料制备难度大,流动性较差,成本较高,目前国内应用较少。

(4)水基萃取脱脂

水基萃取脱脂是在萃取脱脂工艺的基础上,经过改进而发展起来的一种新型的脱脂方法。美国TPT公司已把这种工艺应用于生产(Thermal方法)。

水基萃取脱脂所用的粘结剂体系分为两部分:一部分是水溶性的,如聚乙二醇(PEG)、聚环氧乙烷(PEO)等,可通过水的滤取排除;另一部分是不溶于水的,如采用交联聚合物如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等,一般采用加热的方式脱除。

脱脂也分为两个阶段进行:首先坯体浸于水,水溶性的粘结剂通过水的沥取作用而被脱除,然后部分不溶于水的粘结剂可通过加热等方法进行脱除。这要求水溶性和不溶的两部分粘结剂在液态下能完全混溶,且混溶过程快,在不需要很多能量下30分钟内就可以完成,并形成均匀的异相溶液。坯体在40~60℃的水中脱脂,为控制沥取速度和水对坯体的影响,水要经过去离子处理或加入一些特殊的添加剂,如抗腐蚀剂、抗氧化剂等,此外水要不停的搅动。一般在3小时之内就可把水溶性粘结剂脱完,这时坯体内已形成连续的孔道,为不溶性粘结剂的脱脂提供便利的路径,一般热脱除时间为2小时左右。

水脱脂对于厚截面陶瓷部件脱脂有优势,具备脱脂速度快、时间短、无污染,设备投资相对较少等优点,因此成为脱脂的重要研究方向。目前清华大学和德国陶瓷公司正在开发和测试该技术。

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