【正文】 8 粉漿澆注 slurry casting ? 大尺寸、形狀復雜陶瓷坯件成形的常用方法 ? 1 料漿的制備 ? 由金屬粉末或纖維與分散劑等組成的混合物 ? 具有一定的流動性、粘度和相對穩(wěn)定性 ? 分散劑 ：水或酒精 ? 添加劑 ? 粘結劑 ? 賦予澆注件以足夠強度 ? PVA， PEG，藻酸鈉， 3% ? 穩(wěn)定劑 ? 阻止粉末顆粒間的聚集，加入弱酸、堿，在顆粒表面上吸附 H+或 OH離子 ? 靜電吸附，同性相斥 → 分離 ? 除氣劑 ? 表面活性劑，減小氣 固界面能，使顆粒表面吸附的氣體脫附，有利于防止顆粒聚集和消除坯間氣孔 正丁醇 ? 調節(jié)劑 ? 調節(jié)料漿粘度，改善流動性 ? NaOH,HCl稀溶液，氨水溶液 2 石膏模制作 ? 石膏粉末粒度細，吸水能力強 ? 制作過程 ? 石膏粉末 +水（ 1： ） → 外加 1%尿素 ? → 混勻 → 注入型箱 → 干燥 → 取出型芯 ? → 干燥（ 4050℃ ） → 石膏模 3 澆注 ? 離型劑 ? 硅油或肥皂水 ? 隔絕粉末顆粒與石膏顆粒間的接觸和控制吸水速度 ? 但會降低后續(xù)使用時吸水速度 4 影響因素 粉末粒度 細粉末利于澆注 液固比 影響粉漿粘度和粉末沉降速度 粉漿的 PH值 影響粉漿粘度和粉末沉降速度 分散劑與粘結劑 粉漿的粘度和沉降速度和坯體強度 石膏模的吸水能力 5 顆粒的偏析效應 ? 漿料在石膏模形腔的固化受控于 ? 顆粒隨分散劑流向模壁的運動 ? 重力場中沉降作用 ? 顆粒偏析效應示意圖 ? 顆粒的堵塞效應示意圖 ? 研究發(fā)現(xiàn) ,偏析現(xiàn)象 ? 細顆粒或輕質顆粒的重力沉降作用較小 ,顆粒堵塞效應明顯 ? 粗顆?；蛑刭|顆粒隨分散劑的運動較小 ,重力沉降效應顯著 ? 料漿的固液比 ,顆粒尺寸差異 ,顆粒比重差異 ,石膏模的吸水速度 ? 利用這一現(xiàn)象可制備梯度復合材料 ? FeCu/WC復合材料的硬度在澆注方向上的變化 0 2 4 6 8 10 12 14 16455055606570758085c a sting dire c ti o nd istan c e /m mHRB（ 3 ）167。 6 粉末擠壓 ? 1 定義與分類 ? 定義 ? 將粉末、粉末壓坯或粉末燒結坯在外力作用下，通過擠壓筒的擠壓嘴擠成坯料或制品的成形方法 ? 分類 ? 粉末直接擠壓（冷擠壓）：塑性好的金屬粉末 ? 粉末增塑擠壓：加入一定量的成形劑或粘結劑，硬質粉末如硬質合金粉末 ? 粉末包套熱擠：彌散強化合金等 ? 燒結坯或粉末壓坯的熱擠壓：塑性較好的有色金屬材料 2 粉末增塑擠壓原理 ? 粉末在擠壓筒內的 受力情況 ? 三向受壓縮，一方向變形 ? 沖頭施加的壓力 P，筒壁約束產(chǎn)生側壓力 Ph，相對運動產(chǎn)生摩擦力 Pf Ph =ξP, P f =μP h =ξμP 物料被擠出的條件： P≥P f + PR(變形阻力 ) 物料運動示意圖 3 擠壓過程 ? 增塑劑（ plasticizer） ? 石蠟 +粘結劑 PVA+硬脂酸（表面活性劑） ? 低密度聚乙烯 LDPE/硬脂酸 SA ? 聚丙烯 PP/SA ? 添加總量為 % ? 粗顆粒粉末或厚壁件取下限 ? 細顆粒粉末或薄壁件取上限 硬質合金增塑擠壓工藝流程 粉末料 +增塑劑 ↓ 摻合（ 4050℃ ） ↓ 預壓（排氣，提高料密度） ↓ 擠壓（ 4050℃ ） ↓ 擠壓坯 ↓ 脫增塑劑 ↓ 燒結 ↓ 制品 4 粉末熱擠壓 ? 借助于高溫的作用改善金屬的塑性流動性能，使坯體發(fā)生充分致密化，便于制造高性能 P/M管材，棒材 ? 應用 ? 燒結坯熱擠壓：塑性好的金屬與合金 ? 粉末包套熱擠壓 ? 含有活性高的元素粉末如 Ti、 B、 Zr、Al、 Si等高溫合金或彌散強化材料 ? 包套制作工藝與 HIP相同 167。 4 冷等靜壓 ? 等靜 壓 冷等靜壓和熱等靜壓 ? 兩者差異 ： ? 壓制條件（室溫與加熱，氣體與高壓油） ? 致密化機理 ? CIP與剛性模壓制相同 ? HIP燒結與粉末變形同時發(fā)生 優(yōu)點 ? 能壓制大尺寸、形狀較復雜的 P/M部件毛坯 ? 密度分布均勻，壓制壓力降低 ? 三軸均勻壓制，能壓制硬脆粉末 ? 壓坯強度高 ? 單件模具費用低 ? 缺點 ? 生產(chǎn)效率低 ? 精度很低，需大量后續(xù)加工 1 CIP原理 —帕斯卡原理 ? 借助于高壓泵的作用將流體介質壓入耐高壓鋼質密閉容器 ? 高壓流體的靜壓力直接作用于 彈性 模套內的粉末體 ? 依照 帕斯卡原理 ? 粉末體受到 各個方向上大致相等的壓力作用 ? 消除了粉末與模套之間的外摩擦 ? 密度分布均勻，同一密度所需壓力較模壓降低 粉末致密化阻力 取決于 ? 粉末顆粒間摩擦 （內摩擦）和 顆粒本身的變形能力 （顯微硬度） ? 內摩擦的影響因素 ? 粉末顆粒的表面形貌 ? 粉末顆粒形狀 ? 粉末顆粒尺寸 ? 金屬粉末的顯微硬度 2 CIP工藝 ? （ flexible die set）的制造 ? 耐油、耐壓橡膠： 厚度為 10mm以下的橡膠板 ? 軟模制作 ? 聚氯乙烯樹脂、硬脂酸、三鹽基硫酸鉛混合物倒入苯二甲酸二辛酯的溶液攪拌成漿料，提拿制模 ? 粉末混合物裝入軟模 → 搖實 → 密封 → 冷靜壓 → 脫模 → 坯件 3 CIP坯塊質量控制 粉末流動性良好 裝粉：振動或敲打搖實均勻 密封：防止液壓介質滲入模內 加壓速度：過快導致出現(xiàn)軟心 卸壓：過快 → 分層 4 CIP設備 ? 高壓容器和高壓泵系統(tǒng)組成 ? 分類：依高壓容器結構分 ? 螺紋式：能承受較高壓力，螺紋磨損 ? 拉桿式：較低壓力，拉桿承受壓力 ? 框架式 ：很高壓力，最安全（預應力結構） 框架式 CIP壓機 5 壓制方式 ? 濕袋式 （ wet bag） ? 柔性袋浸沒在壓力介質中，即無支撐的 CIP ? 優(yōu)點 ? 能在同一壓力容器中同時壓制不同形狀、尺寸的粉末壓坯 ? 模具壽命長，成本低 ? 缺點 壓制生產(chǎn)率較低 干袋式 （ dry bag） ? 柔性模固定在壓力容器內，即有支撐的CIP ? 優(yōu)點 ? 生產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)自動化 ? 模具使用壽命長 ? 缺點 每次只能壓制一種產(chǎn)品 ? 兩者的區(qū)別 干袋式不取出軟模 167。 3 注射成形 Injection moulding ? 1 技術背景 IM是塑料制品的一種通用成形技術 ? 原理是利用熔融塑料的流動行為 ? 借助于外壓經(jīng)注射嘴注入特定的形腔 ? 由于單純的塑料的強度和耐磨性低，應用范圍受到很大限制 ? 在熔融塑料中加入諸如金屬或陶瓷粒子作填充劑 ? 能否最大限度地提高塑料中填充劑的體積分數(shù)，而又可以保持塑料的良好流動性能呢？ ? PIM用以制造形狀復雜程度很高的 P/M小型零部件 ? 開發(fā) PIM的先驅 ? 美國 AMAX Met. Injet. Moulding 和德國BASF公司 ? 八十年代初， PIM就實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化 2 PIM工藝概述 ? Metallic or ceramic powders + Binder ↓ Premixing（預混） ↓ Compounding(混煉 mixing and pelletizing) ↓ Feedstock（喂料） ↓ Injection moulding ↓ Debinding(脫脂， solvent and or thermal debinding/Presintering) ↓ Sintering（燒結） ↓ PIM parts 3 PIM(MIM)工藝的過程控制因素 ? 粉末原料 ? 1 particle size ? 金屬粉末：一般小于 30μm ，常用 28μm ? 陶瓷粉末：通常小于 2μm ? 提高粉末燒結驅動力 ? 脫脂后坯體的強度 （ 增加顆粒的鄰接度） ? 便于混練和注射 ? 2 particle shape ? 球形顆粒有利于脫脂后獲得最大的顆粒填充密度和混煉均勻的喂料 ? 顆粒外形比（ particle aspect ratio） λ最好在 ? 脫脂后能獲得最佳的坯件形狀保持性（ shape retention） 3 particle size distribution 相當寬或窄的粒度分布易于獲得穩(wěn)定 流變性能的喂料，便于混練和注射成形 Wider ↑packing density,↓binder content → 提高注射坯件在燒結過程中的尺寸穩(wěn)定性 利于燒結致密化 粘結劑 ? 必須滿足 ? 較低的粘度 ? ，但過低易引起兩相分離現(xiàn)象 ? 與粉末顆粒潤濕性好 ? 強化顆粒與粘結劑之間的結合 ,便于 S/B→ S/G ? 加入表面活性劑，阻止在混練和注射過程中發(fā)生兩相分離 ? 粉末聚集現(xiàn)象 ? ? 冷卻后粘結劑具有足夠的強度和韌性 ? 脫脂過程中易于排除，且不易形成脫脂缺陷 ?