氧化鋁陶瓷制作工藝簡介(1)

1、僅供個人參考氧化鋁陶瓷制作工藝簡介氧化鋁陶瓷目前分為高純型與普通型兩種。 高純型氧化鋁陶瓷系A 1203 含量在9 9.9 %以上的陶瓷材料，由于其燒結溫度高達1 6 5 0 1 9 9 0 C , 透射波長為16 pm, 一般制成熔融玻璃以取代柏培竭：利用其透光性及可耐 堿金屬腐蝕性用作鈉燈管；在電子工業(yè)中可用作集成電路基板與高頻絕緣材料。 普通型氧化鋁陶瓷系按A 1 2 O 3含量不同分為9 9瓷、 9 5瓷、9 0瓷、8 5 瓷等品種，有時A 1 2 0 3含量在8 0 %或7 5 %者也劃為普通氧化鋁陶瓷系 列。其中9 9氧化鋁瓷材料用于制作高溫地竭、耐火爐管及特殊耐磨材料，如陶瓷軸承

2、、陶瓷密封件及水閥片等；9 5氧化鋁瓷主要用作耐腐蝕、耐磨部件；8 5瓷中由于常摻入部分滑石，提高了電性能與機械強度，可與鑰、鑰、鑰等金屬 封接，有的用作電真空裝置器件。具制作工藝如下： 一粉體制備： 鄭州玉發(fā)集團是中國最大的白剛玉生產(chǎn)商，和中科院上海硅酸鹽研究所成 立玉發(fā)新材料研究中心研究生產(chǎn)多品種“氧化鋁。專注白剛玉和煨燒 a氧化鋁近30年，因為專注所以專業(yè)，聯(lián)系 QQ90電話156390七七八八一。將入廠的氧化鋁粉按照不同的產(chǎn)品要求與不同成型工藝制備成粉體材料。粉體粒度在1仙m ?微米？以下，若制造高純氧化鋁陶瓷制品除氧化鋁純度在9 9. 9 9 %外，還需超細粉碎且使其粒徑分布均勻。采

3、用擠壓成型或注射成型時， 粉料中需引入粘結劑與可塑劑，？一般為重量比在10 30 %的熱塑性塑膠或 樹脂？有機粘結劑應與氧化鋁粉體在1 5 0 2 0 0 c溫度下均勻混合，以利于 成型操作。采用熱壓工藝成型的粉體原料則不需加入粘結劑。若采用半自動或全自動干壓成型，對粉體有特別的工藝要求，需要采用噴霧造粒法對粉體進行處理、 使其呈現(xiàn)圓球狀，以利于提高粉體流動性便于成型中自動充填模壁。止匕外，為減少粉料與模壁的摩擦，還需添加12 %的潤滑劑 ？如硬脂酸？及粘結劑P V A。欲干壓成型時需對粉體噴霧造粒，其中引入聚乙烯醇作為粘結劑。近年來上 海某研究所開發(fā)一種水溶性石蠟用作A 12 0 3噴霧造粒

4、的粘結劑， 在加熱情況 下有很好的流動性。噴霧造粒后的粉體必須具備流動性好、 密度松散，流動角摩 擦溫度小于3 0C。顆粒級配比理想等條件，以獲得較大素坯密度。二成型方法：氧化鋁陶瓷制品成型方法有干壓、注漿、擠壓、冷等靜壓、注射、流延、熱 壓與熱等靜壓成型等多種方法。近幾年來國內(nèi)外又開發(fā)出壓濾成型、直接凝固注 模成型、凝膠注成型、離心注漿成型與固體自由成型等成型技術方法。不同的產(chǎn) 品形狀、尺寸、復雜造型與精度的產(chǎn)品需要不同的成型方法。 摘其常用成型介紹： 1干壓成型：氧化鋁陶瓷干壓成型技術僅限于形狀單純且內(nèi)壁厚度超過1 mm, 長度與直徑之比不大于4：1的物件。成型方法有單軸向或雙向。壓機有液

5、壓式、 機械式兩種，可呈半自動或全自動成型方式。 壓機最大壓力為20OMpa。 產(chǎn)量每分鐘可達1 55 0件。由于液壓式壓機沖程壓力均勻，故在粉料充填有差 異時壓制件高度不同。而機械式壓機施加壓力大小因粉體充填多少而變化，易導致燒結后尺寸收縮產(chǎn)生差異，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此干壓過程中粉體顆粒均勻分布 對模具充填非常重要。充填量準確與否對制造的氧化鋁陶瓷零件尺寸精度控制影 響很大。粉體顆粒以大于6 0仙m、介于6 0- 2 0 0目之間可獲最大自由流動 效果，取得最好壓力成型效果。2注漿成型法：注漿成型是氧化鋁陶瓷使用最早的成型方法。由于采用石膏模、 成本低且易于成型大尺寸、外形復雜的部件。注漿成型

6、的關鍵是氧化鋁漿料的制 備。通常以水為熔劑介質(zhì)，再加入解膠劑與粘結劑，充分研磨之后排氣，然后倒 注入石膏模內(nèi)。由于石膏模毛細管對水分的吸附， 漿料遂固化在模內(nèi)。空心注漿 時，在模壁吸附漿料達要求厚度時，還需將多 余漿料倒出。為減少坯體收縮量、應盡 量使用高濃度漿料。氧化鋁陶瓷漿料中還需加入有機添加劑以使料漿顆粒表面形成雙電層使料 漿穩(wěn)定懸浮不沉淀。此外還需加入乙烯醇、甲基纖維素、海藻酸胺等粘結劑及聚 丙烯胺、阿拉伯樹膠等分散劑，目的均在于使?jié){料適宜注漿成型操作。三燒成技術：將顆粒狀陶瓷坯體致密化并形成固體材料的技術方法叫燒結。 燒結即將坯體內(nèi)顆 粒間空洞排除，將少量氣體及雜質(zhì)有機物排除，使顆粒

7、之間相互生長結合，形成 新的物質(zhì)的方法。燒成使用的加熱裝置最廣泛使用電爐。 除了常壓燒結？即無壓燒結？外，還有 熱壓燒結及熱等靜壓燒結等。連續(xù)熱壓燒結雖然提高產(chǎn)量，但設備和模具費用太 高，此外由于屬軸向受熱，制品長度受到限制。熱等靜壓燒成采用高溫高壓氣體 作壓力傳遞介質(zhì)，具有各向均勻受熱之優(yōu)點，很適合形狀復雜制品的燒結。由于 結構均勻，材料性能比冷壓燒結提高3 05 0 %。 比一般熱壓燒結提高1 0 1 5 %。因此，目前一些高附加值氧化鋁陶瓷產(chǎn)品或國防軍工需用的特殊零部件、 如陶瓷軸承、反射鏡、核燃料及槍管等制品、場采用熱等靜壓燒成方法。止匕外，微波燒結法、電弧等離子燒結法、自蔓延燒結技術

8、亦正在開發(fā)研究中。 四精加工與封裝工序：有些氧化鋁陶瓷材料在完成燒結后，尚需進行精加工。如可用作人工骨的制 品要求表面有很高的光潔度、如鏡面一樣，以增加潤滑性。由于氧化鋁陶瓷材料 硬度較高，需用更硬的研磨拋光磚材料對其作精加工。 如S 1 C、B 4 C或金剛 鉆等。通常采用由粗到細磨料逐級磨削，最終表面拋光。一般可采用 1 仙m? 微米？的A 1 2 O 3微粉或金剛鉆膏進行研磨拋光。此外激光加工及超聲波加工 研磨及拋光的方法亦可采用。有些氧化鋁陶瓷零件需與其它材料作封裝處理。氧化鋁陶瓷的低溫燒結技術氧化鋁陶瓷是一種以A 1 2 O 3為主要原料，以剛玉（aA 1203）為主品相的陶瓷材料。

9、因其具有機械強度高、硬度大、高頻介電損耗小、高溫絕緣 電阻高、耐化學腐蝕性和導熱性良好等優(yōu)良綜合技術性能，以及原料來源廣、價格相對便宜、加工制造技術較為成熟等優(yōu)勢，氧化鋁陶瓷已被廣泛應用于電子、 電器、機械、化工、紡織、汽車、冶金和航空航天等行業(yè)，成為目前世界上用量 最大的氧化物陶瓷材料。然而，由于氧化鋁熔點高達2 0 5 0 C, 導致氧化鋁陶 瓷的燒結溫度普遍較高（參見表一中標準燒結溫度），從而使得氧化鋁陶瓷的制 造需要使用高溫發(fā)熱體或高質(zhì)量的燃料以及高級耐火材料作窯爐和窯具，這在一定程度上限制了它的生產(chǎn)和更廣泛的應用。因此，降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度， 降低能耗，縮短燒成周期，減少窯爐和窯

10、具損耗，從而降低生產(chǎn)成本，一直是企 業(yè)所關心和急需解決的重要課題。目前，對氧化鋁陶瓷低溫燒結技術的研究工作已很廣泛和深入， 從7 5瓷到 99瓷都有系統(tǒng)的研究，業(yè)已取得顯著成效。表一是已實現(xiàn)的各類氧化鋁陶瓷低 溫燒結情況。表中低溫燒結氧化鋁陶瓷的各項機電性能均達到了相應瓷種的國家標準，甚至中鋁瓷在某些技術標準上超過高鋁瓷的國標， 如中科院上海硅酸鹽研究所研制 的1 3 6 0 C燒成的8 5瓷，其抗彎強度超過9 9 %A 1 2 O 3陶瓷的國標， 各 項電性能都優(yōu)于9 5 %A 1 2 O 3瓷的國標； A 1 2 O 3含量分別為9 0 %和9 5 %的低溫燒結陶瓷，其機電性能都優(yōu)于9 5

11、瓷及9 9瓷的國標。縱觀當前各種氧化鋁瓷的低溫燒結技術， 歸納起來，主要是從原料加工、配 方設計和燒成工藝等三方面來采取措施，下面分別加以概述。一、通過提高A 1 2 O 3粉體的細度與活性降低瓷體燒結溫度。與塊狀物相比，粉體具有很大的比表面積，這是外界對粉體做功的結果。利 用機械作用或化學作用來制備粉體時所消耗的機械能或化學能，部分將作為表面能而貯存在粉體中，止匕外，在粉體的制備過程中，又會引起粉粒表面及其內(nèi)部出 現(xiàn)各種品格缺陷，使晶格活化。由于這些原因，粉體具有較高的表面自由能。粉 體的這種表面能是其燒結的內(nèi)在動力。 因此，A 1 203粉體的顆粒越細，活化 程度越高，粉體就越容易燒結，燒

12、結溫度越低。在氧化鋁瓷低溫燒結技術中，使 用高活性易燒結A 12 0 3粉體作原料是重要的手段之一，因而粉體制備技術成為陶瓷低溫燒結技術中一個基礎環(huán)節(jié)。目前，制備超細活化易燒結A 1 2 O 3粉體的方法分為二大類， 一類是機械 法，另一類是化學法。機械法是用機械外力作用使A 1 203粉體顆粒細化，常用的粉碎工藝有球磨粉碎、振磨粉碎、砂磨粉碎、氣流粉碎等等。通過機械粉碎 方法來提高粉料的比表面積，盡管是有效的，但有一定限度，通常只能使粉料的 平均粒徑小至1左右或更細一點，而且有粒徑分布范圍較寬，容易帶入雜質(zhì)的缺點。近年來，采用濕化學法制造超細高純A 1 2 0 3粉體發(fā)展較快，其中較為成熟的

13、是溶膠一凝膠法。由于溶膠高度穩(wěn)定，因而可將多種金屬離子均勻、 穩(wěn) 定地分布于膠體中，通過進一步脫水形成均勻的凝膠（無定形體），再經(jīng)過合適 的處理便可獲得活性極高的超微粉混合氧化物或均一的固溶體。目前此法大致有以下3種工藝流程。（1 ）形成金屬氧有機基絡合物溶膠-水解并縮合成含羥基 的三度空間高分子結構-溶膠蒸發(fā)脫水成凝膠-低溫煨燒成活性氧化物粉料。（2）含有不同金屬離子的酸鹽溶液和有機膠混合成溶液-溶膠蒸發(fā)脫水成凝膠 -低溫煨燒成粉體。（3 ）含有不同金屬離子的溶膠直接淬火、沉積或加熱成凝 膠-低溫煨燒成粉體。濕化學法制備的A 12 0 3粉體粒徑可達到納米級，粒徑分布范圍窄，化學純度高，晶體

14、缺陷多。因此化學法粉體的表面能與活性比機械 法粉體要高得多。采用這種超細A 1 20 3粉體作原料不僅能明顯降低氧化鋁瓷 的燒結溫度（可降1 5 0 C 3 0 0 C），而且可以獲得微晶高強的高鋁瓷材料。表二是日本住友化學有限公司生產(chǎn)的易燒結A 1 2 O 3粉料理化指標。此外，有專家推薦以下三種超細A 12 0 3粉體制備方法， 僅供參考：（1 ） 將（NH4） SO4A 12 （SO4） 32H2 O 與（MgCO3） 4Mg （O H） 25H2O混合、加熱到12 0 OC分解，可獲得含有M g O的純度為9 9 %、粒度為020的a 一鼠12 0 3超細粉料。（2 ）將無水二醋酸鋁加

15、熱到1 2 0 0 C保溫3小時以上，可獲得粒度小于05仙m的a -A 1 2 0 3超細粉體。（3 ）鐵筒鋼球，濕磨數(shù)百小時，漿料加熱酸洗除鐵， 浮選，反復多次，可制取粒度03 0的a A12O3超細粉料。二、通過瓷料配方設計摻雜降低瓷體燒結溫度氧化鋁陶瓷的燒結溫度主要由其化學組成中A 12 0 3的含量來決定，A 120 3含量越高，瓷料的燒結溫度越高，除此之外，還與瓷料組成系統(tǒng)、各組成 配比以及添加物種類有關。比如，在A 1 2 O 3含量相當時，C a O A 1 2 0 3 S i O 2系A 12 0 3瓷料比M gO Al 203 S iO2系瓷料的燒 結溫度低，對于我國目前大量

16、生產(chǎn)的C a O-Mg O-A 1 203 S 102系 統(tǒng)瓷料而言，為使其具有較低的燒結溫度與良好性能， 應控制其S 1 O2/C a 。處于1606之內(nèi)，M g。含量不超過熔劑類氧化物總量的1/3 , 同時，在配方中引入少量的L a2O3、Y2O3、Cr2O3、MnO、TiO 2、ZrO2、Ta 2 0 3等氧化物能進一步降低燒結溫度、改善瓷體的微觀組織結構和性能。因此，在保證瓷體滿足產(chǎn)品使用目的和技術要求的前提下，我們可以通過配方設計，選擇合理的瓷料系統(tǒng)，加入適當?shù)闹鸁砑觿?，使氧化鋁陶 瓷的燒結溫度盡可能降低。目前配方設計中所加入的各種添加劑，根據(jù)其促進氧化鋁陶瓷燒結的作用機 理不同，

17、可以將它們分為形成新相或固溶體的添加劑和生成液相的添加劑二大 類。1、與A 1 2 O 3形成新相或固溶體的添加劑。這類添加劑是一些與氧化鋁晶格常數(shù)相接近的氧化物，如T 1 O 2、C r 203、Fc2O3、MnO2等，在燒成中，這些添加物能與A 1 2 O 3生成固 溶體，這類固溶體或為摻入固溶體（如T 14 +置換A 1 3 +時），或為有限周 溶體，或為連續(xù)固溶體（如C r 2 O 3與A 1 2 0 3形成的），它們可以活化品 格（T I 4 +、A 1 3 +離子半徑差所致）、形成空穴或遷移原子，（3 T 1 O2 AbO3 3Tial+Val+60）以及使晶格產(chǎn)生變形，這些作用使

18、得 A 1 2 O 3陶瓷易于重結晶而燒結。例如添加0510 %的T 1 O 2時，可使瓷體的燒結溫度下降1 5 0 2 0 0 C。 以固相燒結方式為主的高鋁瓷常采 用這類添加劑，例如某黑色氧化鋁陶瓷配方如下（w t %） : A 1 2 O 39 1、CoO 0 5、MnO2 3 7、Cr2O3 2 l、SiO2 0 4、T iO2 2 0、V2O3 0 3,該瓷料在1 3 5 0 C下保溫2小時燒成。這類添加劑促進氧化鋁瓷燒結的作用具有一定的規(guī)律性：能與A 1203形成有限固溶體的添加劑較形成連續(xù)固溶體的添加劑的降溫作用更大；可變價離子一類添加劑比不變價的添加劑的作用大； 陽離子電荷多的

19、、電價高的添加 劑的降溫作用更大。需要注意的是，由于這類添加劑是在缺少液相的條件下燒結 的（重結晶燒結），故晶體內(nèi)的氣孔較難填充，氣密性較差，因而電氣性能下降 較多，在配方設計時要加以考慮。2、燒成中形成液相的添加劑。這類添加劑的化學成分主要有S iO2、CaO、MgO、SrO、B a O等，它們能與其它成分在燒成過程中形成二元、三元或多元低共熔物。由于液相 的生成溫度低，因而大大地降低了氧化鋁瓷的燒結溫度。 當有相當量（約12 %） 的液相出現(xiàn)，固體顆粒在液相中有一定的溶解度及固相顆粒能被液相潤濕時，其促進燒結作用也更顯著。具作用機理在于液相對固相表面的潤濕力及表面張力， 兩者使得固相顆粒靠

20、近并填充氣孔。止匕外，燒結過程中因細小有缺陷的晶體表面 活性大，故在液相中的溶解度要比大晶體的大得多。 這樣，燒結過程中小晶體不 斷長大，氣孔減小，出現(xiàn)重結晶。為了防止因重結晶使晶粒過分長大，影響陶瓷 的機械性能，在配方設計中需考慮選用一些對晶粒增大無影響甚至能抑制晶粒增 大的添加物，如M g O、C u。和N i。等。目前，在液相燒結的A 12 0 3瓷料配方中， 助燒添加劑可以采用以下3種 物料形態(tài)來加入。以天然礦物形態(tài)加入。這類礦物原料主要有：高嶺土、膨潤 土等粘土礦。石英、滑石、菱鎂礦、白云石、方解石等等，它們分別引入S 1 O 2、MgO、C aO等化學成分。配方中高嶺土及其它粘土礦

21、物的使用，除了滿 足瓷體化學組成要求外，更主要可以改善坯料的成型性能。 添加劑的這種加入形 式適用于A 12 0 3含量在9 0 %以下的中鋁瓷配料，例如某低溫燒結7 5瓷配方如下（w t %）:煨燒A 1 2 0 36 5、高嶺土 2 4、膨潤± 2、B a CO3 4、方解石 3、生滑石2 0、以人工合成添加劑形態(tài)加入。此法是在C a O-A 1 203 S 102、 MgO Al 203 S iO2、 CaO MgO Al 203 S iO2 等三 元、四元或其它相圖中找到最低共溶物的組成點， 預先按組成點的成分將C a。、 MgO、S1O2、A12O3等所需化合物進行第一次配

22、料，經(jīng)球磨、煨燒成 為低共熔物，即“人工合成添加劑”，然后按一定配比將人工合成添加劑與A 1 2 O 3粉料進行第二次配料，以滿足氧化鋁陶瓷化學組成和性能要求。 此法純度 高，主要用于降低化學組成準確、性能要求高的高鋁瓷燒結溫度，缺點是工藝復 雜，能耗高，制品成本高，只在特殊情況下采用。以化工原料形態(tài)加入。在配料時，直接將各種化工原料作為添加劑與A 12 O 3粉體一起一次完成配料，各助燒添加劑的組成比例仍然是參照專業(yè)相圖中 最低共熔點的組成來設定。生產(chǎn)實踐證明，此法不僅與人工合成添加劑法具有同 樣的降溫效果，而且大大簡化了工藝，無論配方設計、配料計算和工藝過程都比 人工合成添加劑法簡便，也比

23、天然礦物形態(tài)更容易，瓷質(zhì)性能穩(wěn)定，節(jié)能效益顯 著。在實際生產(chǎn)中，從降低成本和坯料成型性能方面考慮，天然礦物原料和化工 原料往往是同時使用的。例如某低溫燒成（1 5 0 0 C X 2 h ）的高鋁瓷配方如 下（wt%）; aA12O393、蘇州土 3、燒骨石 2、C a C O 315、BaCO3 05、外加ZrO2、CcO2、La2O3 2%。三、采用特殊燒成工藝降低瓷體燒結溫度采用熱壓燒結工藝，在對坯體加熱的同時進行加壓，那么燒結不僅是通過擴 散傳質(zhì)來完成，此時塑性流動起了重要作用，坯體的燒結溫度將比常壓燒結低很 多，因此熱壓燒結是降低A 1 2 O 3陶瓷燒結溫度的重要技術之一。目前熱壓

24、燒結法中有壓力燒結法和高溫等靜壓燒結法 （HIP）二種。H I P法可使坯體受 到各向同性的壓力，陶瓷的顯微結構比壓力燒結法更加均勻。就氧化鋁瓷而言， 如果常壓下普通燒結必須燒至1 8 0 0 C以上的高溫，熱壓2 0 MPa燒結，在1 0 0 0 C左右的較低溫度下就已致密化了。熱壓燒結技術不僅顯著降低氧化鋁瓷的燒結溫度，而且能較好地抑制晶粒長 大，能夠獲得致密的微晶高強的氧化鋁陶瓷， 特別適合透明氧化鋁陶瓷和微晶剛玉瓷的燒結。止匕外，由于氧化鋁的燒結過程與陰離子的擴散速率有關， 而還原氣氛有利于 陰離子空位的增加，可促進燒結的進行。因此，真空燒結、氫氣氛燒結等是實現(xiàn) 氧化鋁瓷低溫燒結的有效

25、輔助手段。在生產(chǎn)實踐中，為獲得最佳綜合經(jīng)濟效益，上述低燒技術往往相互配合使用， 其中加入助燒添加劑的方法相對其它方法而言，具有成本低、效果好、工藝簡便 實用的特點。在中鋁瓷、高鋁瓷和剛玉瓷的生產(chǎn)中被廣泛使用。另外，從材料角 度來看，通過摻雜改性技術，大幅度提高氧化鋁陶瓷的各項機電性能， 用A 12 O 3含量低的瓷體代替A 12 0 3含量高的瓷體， 也是企業(yè)常用的降低氧化鋁陶 瓷產(chǎn)品燒結溫度的有效技術手段。比如在材料性能滿足產(chǎn)品使用要求下，用8 5 瓷代替9 0瓷或9 5瓷，用9 0瓷、9 5瓷代替9 9瓷等都是可行的。雖然氧化鋁瓷低燒技術已取得較好的經(jīng)濟效益，但仍有潛力可挖，目前仍有一些產(chǎn)

26、品，從材料的特殊性能要求和高溫狀態(tài)下器件的尺寸穩(wěn)定性考慮，仍然采用高溫燒結，如何將這類產(chǎn)品的燒結溫度也降下來， 是今后瓷體摻雜改性等低燒 技術的努力方向。氧化鋁陶瓷的注射成形技術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(chǎn)，能精確控制化學組成和具有優(yōu)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(yè)，如微電子、核反應堆、航天、磁流體 發(fā)電、人工骨和人工關節(jié)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。精選的原料要選用高純度的，顆粒應盡可能的細；嚴格控制化學 成分。制造過程中要防止雜質(zhì)混入和成分本身的揮發(fā)，對燒結件的顆粒度

27、、界面、 氣孔等要嚴格控制，以達到質(zhì)量穩(wěn)定和具有再現(xiàn)性； 精確的形狀和尺寸。氧化 鋁陶瓷制件一般不經(jīng)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(jīng)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(fā)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(yè)的注射成形技術生產(chǎn)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

28、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(nèi)， 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(chǎn)品成形的精度和可靠性。一、注射成形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(jù)增塑裝置內(nèi)部結構的不同， 可以分為柱塞式和并聯(lián)螺 旋槳式。近年來，一般認為后者優(yōu)點較多。注射成形機是以電子、電源控制裝置為中樞，在驅(qū)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

29、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(jīng)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(tǒng)采用屏幕顯示方式 （如利用示波管、等離子、 電致發(fā)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(yōu)良的合金鋼。模具設計應當符 合陶瓷一高分子系統(tǒng)的流動特性。為了減少成形體的收縮，避免模具體內(nèi)空氣卷 入成形體，因此模具要考慮控制放出口。在環(huán)狀制品上，柵的對側易產(chǎn)生熔合紋， 所以也要注意柵的位置。為了使注塑條件最優(yōu)化，需要依靠模具、料筒等的溫度 管理和模具內(nèi)的壓力傳感器進行細致的管理。 止匕外，模具上應有冷卻槽，可

30、以冷 卻和加熱，依靠溫度調(diào)節(jié)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(chǎn)生熱裂，不剩碳渣地進行脫脂 也是一個重要課題。二、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(nèi)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?shù)脑鏊軇┖蜐櫥瑒?。陶瓷原料的粒度一般?仙mi加入粘結劑

31、（或稱為添加劑），經(jīng)充分混合、攪拌。 注射成形的工藝流程見下圖。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1020%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。止匕外，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(chǎn)生的缺陷成形條件如果不正

32、確，會產(chǎn)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(xiàn)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(shù)。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(fā)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35c/b ,約進行510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(shù)可根據(jù)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(chǎn)生裂紋，應注意防止。三、

33、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(chǎn)周期和產(chǎn)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一收縮小的 物質(zhì)作添加劑。這類物質(zhì)要比松香等非結晶物質(zhì)的膨脹一一收縮影響小。注射成形技術，日本早在五十年代曾采用 A12O3陶瓷作內(nèi)燃機的點火塞。以后在 小型復雜的零件中相繼用于生產(chǎn)。近年來，人們積極從事各種耐熱、耐磨損零件 的開發(fā)研究，例如，柴油發(fā)動機的渦流腔機頭已經(jīng)實現(xiàn)陶瓷化， 就是采用注射成 形技術制造的。據(jù)報道，不久前，日本東京大學生產(chǎn)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