特殊注塑方法中的粉末注射成型工艺

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　　粉末注射成型(PIM)结合了注射成型的工艺优势和金属、陶瓷的出众物理性能，正在迅速成为一种陶瓷和粉末金属的新型生产技术，用于需要高产量、高性能、低成本和复杂形状的场合。

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　　粉末注射工艺中，按配方确定的金属或陶瓷粉末与聚合物粘结剂混合，注射到模具里，形成所需形状(生坯)。与传统注射成型和高压模铸相似。成型后，粘结剂被脱除，得到的成坯经过烧结，使粉末颗粒之间产生冶金结合，赋予最终制品所需的机械和物理性能。

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　　各种粉末注射成型工艺得到的零件

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　　混料

　　常用粉末有不锈钢、氧化铝、铁、硅酸盐、氧化锆和氮化硅。粘结剂通常以热塑性树脂为基础，如蜡或聚乙烯，但纤维素、冻胶、硅烷、水和各种无机基质也经常使用。粘结剂通常包括两、三种组分：热塑性树脂，用于润滑、粘度控制、增加浸润和脱出的添加剂。

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　　成型

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　　与传统聚合物注射成型基本相似，但成型尺寸要超过设计尺寸，以补偿烧结收缩。成型时，粒料加热到150到200℃，注入模具中，根据制品尺寸和实际配方不同，注射压力在35到140MPa之间，注射周期为30到60秒。模具既可以加热以控制混合物粘度，也可以保持为室温以利于冷却。成型结束阶段，成型的生坯有石墨状较高的坚实度，适于通过顶出杆或脱模环从模具中自动顶出。

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　　除粘结剂

　　要求在最短的时间内将粘结剂脱除，且对压块的影响最小。该步工艺是粉末注射工艺中最关键的一步。脱除方法有三种：热脱除、催化型粘结剂脱除剂、或溶剂抽提。脱除工艺中，有大约30到98%的粘结剂被除去，这一过程需时较长。脱除后，所得压块称为“成坯”。

　　烧结

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　　工艺的最后一个步骤是烧结，经过该热处理过程使颗粒结合成为实体。烧结过程中，成型制品内的颗粒间隙消除，导致显著收缩(通常在10到20%数量级)。同时，成品密度可达到大约97%，这时其机械性能与用其他方法生产的制品相比，即使有差别，也非常小。

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　　工艺优点

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　　◆和传统金属和陶瓷加工方法相比，降低生产成本20到40%

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　　◆是一种尺寸公差控制良好，基本不需要二次加工的干净成型工艺

　　◆能生产复杂形状和几何特征的制品

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　　◆通过使用注射成型和自动化生产技术获得高生产效率

　　◆制品机械性能与锻造材料几乎相当

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　　工艺缺点

　　◆制品尺寸和厚度受到限制

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　　制品越大，昂贵的原材料在总成本中所占比例越大。截面越厚，粘结剂脱除所需时间越长，使工艺成本变高。目前壁厚的限制大约是30mm。

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　　◆体积收缩和厚度均匀性难于控制

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　　“生坯”中含有大量体积分数的粘结剂(多达50%)，导致烧结过程中收缩显著。控制收缩过程是对烧结工艺的主要要求。壁厚的变化会造成烧结中收缩不均匀，增加了尺寸控制的难度。均匀的壁厚对于避免变形、内应力、空洞、裂纹和凹痕是至关重要的。【MechNet】