Fortschrittliche Fertigung: Keramik-Spritzguss auf dem Vormarsch

Anwendung von Keramik-Injektion Formtechnologie

Mit der rasanten EntwicklungPment der CIM-Technologie, keramische Spritzgussprodukte wurden in einigen Aspekten angewendet

1. Ein Drittel der Schweizer Uhrengehäuse wird im Keramikpulver-Spritzgussverfahren hergestellt. Das Material ist Zirkonoxid, ein verschleißfestes Keramikmaterial.
2. Japan hat Zirkonfaser-Steckverbinder mit einem Innenlochdurchmesser von 0,015 mm industrialisiert.
3. In den USA werden Haarschneidemaschinen aus Zirkonoxid hergestellt und Siliziumnitridkomponenten in Motoren eingesetzt.
4. Entwickelte Keramikauskleidung von Präzisions-Doppelhelix-Mischer und Keramikdüsen mit Doppelgewinde im State Key Laboratory von Pulvermetallurgie der Central South University of Technology of China. Der Zirkonia-Sensor wurde erfolgreich von der School of Materials Science and Technology der Huazhong University of Science and Technology entwickelt, unter Verwendung CIM-Technologie.

Grundlegendes Prozessflussdiagramm des Keramikspritzgusses

Pulver, Bindemittel, Dispergiermittel, Schmiermittel -- Mischen -- Entgasen -- Granulieren -- Einspritzen -- Entfetten -- Sintern -- Produkttests

Keramik-Spritzgusstechnologie für Keramikpulveranforderungen

1. Das Pulver sollte speziell für eine hohe Fülldichte und niedrige Kosten vorbereitet werden.
2. Das Pulver verklumpt nicht.
3. Die Form des Pulvers ist überwiegend kugelförmig.
4. Es besteht genügend Reibung zwischen dem Pulver, um eine Verformung oder einen Zusammenbruch des Blocks nach dem Entfernen des Bindemittels zu vermeiden. In den meisten Fällen sollte der natürliche Neigungswinkel größer als 55° sein;
5. Um ein schnelles Sintern zu ermöglichen, sollte es eine kleine durchschnittliche Partikelgröße haben, im Allgemeinen weniger als 1 μm;
6. Das Pulver selbst ist dicht und weist keine inneren Poren auf.
7. Die Oberfläche des Pulvers ist sauber und reagiert nicht chemisch mit dem Bindemittel.

Spritzguss-Bindemittelsystem

Bindemittel haben beim Spritzgießen zwei grundlegende Funktionen.

Erstens kann das Pulver im Spritzgussstadium gleichmäßig gemischt werden und nach dem Erhitzen eine gute Fließfähigkeit aufweisen.

Zweitens kann das Bindemittel die Form des Körpers nach dem Spritzgießen und während des Entfettens beibehalten.

Man kann sagen, dass das Bindemittel das Herzstück und der Schlüssel zur Pulverspritzgusstechnologie ist. Jede Verbesserung und jeder Durchbruch im Spritzgussverfahren geht mit der Entwicklung eines neuen Bindungssystems einher. Da beim CIM die Pulverpartikelgröße kleiner ist als beim Metallpulverspritzguss, ist die Fließfähigkeit des Pulvers selbst schlecht. Der Abstand zwischen Pulver und Bindemittel nach dem Mischen ist sehr klein, was die Entfettung erschwert und höhere Anforderungen an das Bindemittel stellt. Daher müssen als Bindemittel für Keramikspritzguss folgende Bedingungen erfüllt sein:

1. Gute Mobilität. Die Viskosität beim Spritzgießen sollte moderat sein. Bei zu hoher Viskosität kann sich das Pulver nicht effektiv im Bindemittel verteilen. Es ist nicht nur schwierig zu mischen, sondern es ist auch schwierig, einen gleichmäßig gemischten Knüppel zu erhalten, wodurch leicht Formfehler entstehen können. Eine zu niedrige Viskosität führt zur Delaminierung von Keramikpulver und Bindemittel. Die Viskosität darf nicht zu stark mit der Temperatur schwanken, da sonst Fehler auftreten.

2. Das Bindemittel muss das Pulver gut benetzen und eine gute Haftung darauf haben. Um die Benetzungsleistung des Bindemittels zu verbessern, sollten üblicherweise oberflächenaktive Substanzen zugesetzt werden, um die Viskosität der Mischung zu verringern und ihre Fließfähigkeit zu erhöhen. Gleichzeitig benetzt das Bindemittel die Partikel, wodurch Kapillarkräfte entstehen, die die Partikel adsorbieren und den Körper vor Verformung schützen. Um die Stabilität des Knüppels zu gewährleisten, sollte das Pulver gegenüber dem Bindemittel inert sein.

3. Das Bindemittel besteht aus mehrkomponentigen organischen Stoffen. Ein einzelnes organisches Bindemittel kann die Fließfähigkeitsanforderungen nur schwer erfüllen. Nach der Entfettung einer Komponente bildet sich eine offene Porosität, die das Ausscheiden des restlichen Bindemittels begünstigt. Die Praxis hat gezeigt, dass die Entfettungsrate von Mehrkomponentenbindemitteln deutlich schneller ist als die von Einkomponentenbindemitteln, und die Anzahl der Defekte ist deutlich geringer. Selbstverständlich sind organische Polymere mit Mehrkomponentenbindemitteln kompatibel.

4. Das Bindemittel hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Dies vermeidet nicht nur die durch thermische Belastung verursachten Defekte, sondern reduziert auch den Wärmeschock für den Körper und reduziert die Defekte.

5. Darüber hinaus muss das Bindemittel ungiftig, umweltfreundlich, nicht flüchtig und nicht feuchtigkeitsabsorbierend sein und die zyklische Heizleistung darf sich nicht ändern.

Vergleich der Vor- und Nachteile verschiedener Bindemittelsysteme

Mehrere gängige Bindemittel in CIM bestehen aus

In den letzten Jahren wurden weltweit am häufigsten Bindemittel für verschiedene Keramikpulver-Spritzgussverfahren verwendet. Wie aus der Tabelle ersichtlich, gehören die in CIM verwendeten Bindemittel hauptsächlich zum thermoplastischen Mehrkomponentensystem.

Herstellung der CIM-Mischung

Eine Mischung ist eine Mischung aus Pulver und Bindemittel. Im gesamten Spritzgussprozess ist die Herstellung der Pulver-Polymer-Bindemittel-Mischung einer der wichtigsten Schritte. Der Prozess erfordert eine gute Homogenität der Mischung, gute rheologische Eigenschaften und gute Entfettungseigenschaften.

Bei der ausgewählten Mischtechnologie kommt es vor allem darauf an, Geschwindigkeit, Temperatur und Zeit aufeinander abzustimmen. Wenn Mischgeschwindigkeit und Temperatur jedoch zu niedrig sind, kann die Mischzeit unabhängig von der Dauer nicht gleichmäßig sein.

Das rheologische Problem von PIM besteht hauptsächlich in der Bewertung und Charakterisierung der Viskosität der Mischung.

Spritzguss

Ziel des Spritzgießens ist es, einen CIM-Formkörper ohne Defekte und mit gleichmäßiger Partikelanordnung in der gewünschten Form zu erhalten. Die vorbereitete Mischung kann in der Regel in eine herkömmliche Kunststoff-Spritzgussmaschine oder eine spezielle Pulverspritzgussmaschine eingespritzt werden. Zu den Prozessparametern zählen im Allgemeinen Einspritztemperatur, Einspritzdruck, Einspritzgeschwindigkeit, Druckhaltezeit, Druckhalte-Abkühlzeit und Formtemperatur. Werden die Prozessparameter nicht richtig kontrolliert, können leicht verschiedene Defekte entstehen. Einspritzfehler lassen sich im nachfolgenden Prozess nicht vermeiden, daher muss dieser streng kontrolliert werden, was für die Verbesserung der Produktausbeute und der Materialausnutzung entscheidend ist.

Zirkonoxid-Spritzgussteile

Kontrolle von Defekten im Keramik-Spritzgussverfahren

Die Fehlerkontrolle im Spritzgussprozess kann aus zwei Blickwinkeln betrachtet werden: Zum einen wird die Beziehung zwischen Formtemperatur, Druck und Zeit festgelegt; zum anderen ist der Materialfluss im Formhohlraum beim Füllen entscheidend. Da es sich bei den meisten CIM-Produkten um Kleinteile mit komplexen Formen und hohen Präzisionsanforderungen handelt, ist der Materialfluss im Formhohlraum mit Fragen der Formgestaltung verbunden, darunter die Position der Zufuhröffnung, die Länge des Strömungskanals, die Position der Entlüftungsöffnung usw. Dies erfordert ein klares Verständnis der Parameter der Materialflusseigenschaften, der Temperatur im Formhohlraum und der Verteilung der Eigenspannungen.

Keramiksintern

Der Sinterprozess wird hauptsächlich verwendet, um das Korngrößenwachstum von Keramik zu kontrollieren, die erforderlichen Phasenmaterialien zu erhalten und eine hohe Sinterdichte und einen dichten keramischen Sinterkörper sicherzustellen.

Der Sinterprozess hat zwei wichtige Parameter: Sintertemperatur und Sinterzeit

Neues Keramik-Spritzgussverfahren

Pulver-Co-Injektionsguss (PCM) ist eine Neuentwicklung des Pulverspritzgusses. Bei dieser Technik werden mit einer Doppelzylinder-Spritzgießmaschine nacheinander zwei verschiedene Pulver-/Bindemittelmischungen in die Form gespritzt. Dieses Verfahren ermöglicht die Oberflächenbehandlung während des Spritzgießens und nicht erst nach der Herstellung des fertigen Produkts. Die Herstellung und Oberflächenbehandlung des Produkts können in einem einzigen Prozess durchgeführt werden, was aus technischer und wirtschaftlicher Sicht sehr attraktiv ist.

Niederdruck-Spritzgusstechnologie: Was den Spritzvorgang selbst betrifft, ist der Niederdruck-Spritzvorgang besser als der Hochdruck-Spritzvorgang. Die Zufuhr mit einer Viskosität zwischen 1,5 und 4,0 Pa.s kann durch Druckluft mit 0,8 MPa erfolgen, wodurch das Hydrauliksystem, der Einspritzkolben und das Pleuelsystem herkömmlicher Geräte entfallen. Die Vorteile der Niederdruckinjektion liegen im geringen Druckgradienten im Spritzguss, geringem Formverschleiß, nicht klebender Formzufuhr und der Vermeidung von Zufuhrverschmutzung durch den Verschleiß des Einspritzkolbens und der Nichttrennung von Pulver und Bindemittel. Darüber hinaus zeichnet sich die Maschine durch einen geringen Energieverbrauch, eine geringe Gerätegröße, einen einfachen Aufbau und niedrige Kosten aus.