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针对陶瓷注射成型,这家德国企业发明的脱脂技术很神奇!

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楼主 发表于:2021-12-30 08:46:20
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中国粉体网讯  陶瓷注射成型技术是当下一种很火的近净成形技术,其产品尺寸精确可控,机械化程度高,易于实现大批量生产,无需或只需少量的机械加工,这些都大大降低了陶瓷的生产成本。对于尺寸精度高、形状复杂的氧化铝陶瓷制品,相比传统成型工艺较高的机械加工成本,注射成型有着特殊的技术工艺优势。

 

陶瓷的注射成型工艺包括四个步骤:混料、注射成型、脱脂和烧结。脱脂工艺是通过物理或化学的方法将陶瓷坯体内的有机物排出的过程,是注射成型工艺中最关键的一步。脱脂过程若控制不当,会导致坯体变形、开裂、鼓泡和应力集中等一系列缺陷。


德国曾发明了一种高效率脱脂工艺——催化脱脂


德国著名的化工公司BASF,在CIM行业开发了一鸣惊人的催化脱脂技术。它的原理是利用硝酸或草酸做催化剂,把聚甲醛等有机载体大分子分解为甲醛,甲醛迅速在胚体中扩散完成脱除。催化脱脂的过程是一个固相转化为气相的过程,从而避免了热脱脂过程中由于出现了液相而导致的生坯软化,也避免了由于重力、内应力影响而产生的烧结体变形和缺陷,而其最大的优势在于脱脂速度是目前已知所有脱脂工艺中最高的。


这是一项多么出色的脱脂技术呢?据悉,当年BASF公司在推广该技术时甚至将氧化铝陶瓷注射成型后的生坯制成了可以弹跳的球体,以证明其生坯的力学强度性能。


与此同时,德国PIM行业两大制造商阿博格(Arburg)注塑机公司和克莱默(Cremer)热处理设备公司,携手BASF共同成立了行业的A.B.C联盟,在氧化铝CIM产业中,涵盖了从原料、注塑到连续烧结的全过程。


但是,BASF的产品已经申请了专利保护,并将这种以聚醛树脂(POM)为粘结剂体系的一大类材料(包括多种金属材料和陶瓷材料)命名为Catamold。因此国内企业如果想使用这种材料进行氧化铝CIM的生产,只能花高价购买此材料或支付不菲的专利使用费用。这个技术成本远远超过了氧化铝陶瓷的生产成本,甚至超过了成品价格。这给我国的科技人员和生产企业一个警示,必须发展我国独立的创新技术支撑氧化铝CIM产业的发展,并成立行业内联盟,确保团队作战,优势互补,达到技术领先的目的。


其它脱脂工艺


目前的脱脂工艺除了催化脱脂这一新方法外,还有水基萃取脱脂和超临界脱脂等新型脱脂方法,以及热脱脂、溶剂脱脂和虹吸脱脂等传统方法。


热脱脂


热脱脂是通过加热的方式使陶瓷坯体内的有机粘结剂熔融、挥发和裂解的过程,只适合截面尺寸较小的陶瓷部件。如何确定最佳的脱脂加热程序是热脱脂的关键,常用的方法是对有机粘结剂进行热失重测试。


溶剂脱脂


溶剂脱脂(又称溶解萃取脱脂)是通过低分子溶剂(如丙酮、庚烷、己烷等)在坯体中扩散,接触并溶解粘结剂,形成一种粘结剂-溶剂溶体,最后扩散至坯体表面。相比热脱脂,溶剂脱脂效率高,所需时间大大减少,但是对设备要求较高,工艺复杂,且大多数溶剂对人体和环境有害。


虹吸脱脂


虹吸脱脂是指将成形坯体于一多孔基板上,再加热坯体至粘结剂粘度足够低,可以毛细流动的程度。此时粘结剂在毛细力的作用下被吸出至吸料中,虹吸脱脂速度快,但是有机载体粉末会附着在陶瓷坯体上难以清除。


水基萃取脱脂


水基萃取脱脂是在溶剂脱脂的基础上改进而广泛应用于陶瓷粉末注射成型中。水基萃取脱脂具备脱脂速率快,对坯体损伤小,且对人体和环境友好的特点,是脱脂体系中重要的研究方向。


超临界脱脂


超临界萃取脱脂是目前最先进的物理脱脂技术,利用超临界流体对陶瓷坯体内粘结剂进行溶解和分离,具有无毒无害,效率高和成本低等优势当气体(一般采用CO2)处于超临界状态时,具有溶解非极性分子和低分子质量有机物的性质(不溶解极性分子和高分子质量有机物),可以将坯体中低分子质量有机物先萃取出来,再快速加热脱除其他部分,最终达到脱脂的目的。


参考来源:

[1]赵靖等.氧化铝陶瓷注射成型产业发展现状与展望

[2]胡鹏程.陶瓷的注射成型技术及其研究进展

[3]宋秀香等.注射成型制备氧化铝陶瓷


(中国粉体网编辑整理/山川)

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