Fabricação Avançada: Moldagem por Injeção de Cerâmica em Ascensão

Aplicação de Injeção de cerâmica tecnologia de moldagem

Com o rápido desenvolvimentoPMCom a tecnologia CIM, os produtos de moldagem por injeção de cerâmica têm sido aplicados em alguns aspectos

1. Um terço das caixas de relógios suíços são produzidas usando tecnologia de moldagem por injeção de pó cerâmico, e o material é zircônia, um material cerâmico que nunca se desgasta.
2. O Japão industrializou conectores de fibra de zircônia com diâmetro de furo interno de 0,015 mm.
3. Os Estados Unidos realizaram a produção de máquinas de cortar cabelo de zircônia e a aplicação de componentes de nitreto de silício em motores.
4. Desenvolveu revestimento cerâmico de misturador de dupla hélice de precisão e bicos cerâmicos com rosca dupla no Laboratório Estadual de Chaves de Metalurgia do Pó da Universidade de Tecnologia Centro-Sul da China. O sensor de zircônia foi desenvolvido com sucesso pela Escola de Ciência e Tecnologia de Materiais da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong usando Tecnologia CIM.

Fluxograma básico do processo de moldagem por injeção de cerâmica

Pó, aglutinante, dispersante, lubrificante -- mistura -- desgaseificação granulação -- injeção -- desengorduramento -- Sinterização -- Teste de produto

Tecnologia de moldagem por injeção de cerâmica para atender às necessidades de pó cerâmico

1. O pó deve ser especialmente preparado para alta densidade de enchimento limite e baixo custo.
2. O pó não aglomera.
3. O formato do pó é principalmente esférico.
4. Há atrito suficiente entre os pós para evitar deformação ou colapso do tarugo após a remoção do ligante. Na maioria dos casos, o ângulo de inclinação natural deve ser maior que 55°;
5. Para facilitar a sinterização rápida, ele deve ter um tamanho médio de partícula pequeno, geralmente menor que 1 μm;
6. O pó em si é denso, sem poros internos;
7. A superfície do pó é limpa e não reage quimicamente com o aglutinante.

Sistema de ligante para moldagem por injeção

Os ligantes na moldagem por injeção têm duas funções básicas.

Em primeiro lugar, o pó pode ser misturado uniformemente na fase de moldagem por injeção e pode ter boa fluidez após o aquecimento;

Em segundo lugar, o ligante pode manter a forma do corpo após a moldagem por injeção e durante o desengorduramento.

Pode-se dizer que o ligante é o núcleo e a chave na tecnologia de moldagem por injeção de pó, e cada melhoria e avanço no processo de moldagem por injeção é acompanhado pelo surgimento de um novo sistema de ligação. Na moldagem por injeção de pó metálico (CIM), como o tamanho das partículas do pó é menor do que o da moldagem por injeção de pó metálico, a fluidez do pó em si é baixa, e a folga entre o pó e o ligante após a mistura é muito pequena, resultando em um desengorduramento difícil, o que impõe requisitos mais rigorosos para o ligante. Portanto, como ligante cerâmico para moldagem por injeção, as seguintes condições devem ser atendidas:

1. Boa mobilidade. A viscosidade da moldagem por injeção deve ser moderada. Se for muito alta, o pó não pode ser disperso efetivamente no ligante, o que dificulta não apenas a mistura, mas também a obtenção de um tarugo uniformemente misturado, o que pode causar defeitos de moldagem. Viscosidade muito baixa causará a delaminação do pó cerâmico e do ligante, e a viscosidade não pode variar muito com a temperatura, caso contrário, ocorrerão defeitos.

2. O ligante deve ser capaz de umedecer bem o pó e ter um bom efeito de adesão. Normalmente, para melhorar o desempenho de umedecimento do ligante, algumas substâncias tensoativas devem ser adicionadas para reduzir a viscosidade da mistura e aumentar sua fluidez. Ao mesmo tempo, o ligante umedece as partículas, produzindo força capilar para adsorvê-las e evitar a deformação do corpo. Para garantir a estabilidade do tarugo, o pó deve ser inerte em relação ao ligante.

3. O ligante é composto por matéria orgânica multicomponente. É difícil para um único ligante orgânico atender aos requisitos de fluidez e, após o desengorduramento de um dos componentes, forma-se uma porosidade aberta, o que favorece a exclusão do ligante restante. A prática demonstrou que a taxa de desengorduramento do ligante multicomponente é muito mais rápida do que a do ligante monocomponente, e os defeitos são muito menores. É claro que polímeros orgânicos com ligantes multicomponentes são compatíveis.

4. O ligante possui alta condutividade térmica e baixo coeficiente de expansão térmica. Isso não só evita defeitos causados ​​por estresse térmico, como também reduz o choque térmico no corpo e os defeitos.

5. Além disso, o aglutinante também deve ser atóxico, não poluente, não volátil, não absorvente de umidade e o desempenho de aquecimento cíclico não deve mudar.

Comparação das vantagens e desvantagens de vários sistemas de aglutinantes

Vários ligantes comuns em CIM são compostos

Nos últimos anos, os ligantes mais comuns têm sido utilizados em diversas moldagens por injeção de pó cerâmico no mundo. Como pode ser visto na tabela, os ligantes utilizados em CIM pertencem principalmente ao sistema multicomponente termoplástico.

Preparação da mistura CIM

Uma mistura é uma mistura de pó e ligante. Em todo o processo de moldagem por injeção, a preparação da mistura de pó e ligante polimérico é uma das etapas mais importantes. O processo requer que a mistura tenha boa homogeneidade, boas propriedades reológicas e boas características desengordurantes.

Para a tecnologia de mistura selecionada, o principal papel é combinar a velocidade, a temperatura e o tempo. No entanto, se a velocidade e a temperatura da mistura forem muito baixas, o tempo de mistura pode não ser uniforme, independentemente da duração.

O problema reológico do PIM é principalmente a avaliação e caracterização da viscosidade da mistura.

Moldagem por injeção

O objetivo da moldagem por injeção é obter um corpo de moldagem CIM sem defeitos e com arranjo uniforme de partículas no formato desejado. A mistura preparada pode geralmente ser injetada em máquinas injetoras de plástico comuns ou em máquinas injetoras de pó especiais. Os parâmetros do processo de moldagem geralmente incluem temperatura de injeção, pressão de injeção, velocidade de injeção, tempo de retenção da pressão, tempo de resfriamento da retenção da pressão e temperatura do molde. Se os parâmetros do processo não forem controlados adequadamente, é fácil produzir vários defeitos. Defeitos de injeção não podem ser eliminados no processo subsequente, portanto, este processo deve ser rigorosamente controlado, o que é fundamental para melhorar o rendimento do produto e a utilização do material.

Peças de moldagem por injeção de zircônia

Controle de defeitos no processo de moldagem por injeção de cerâmica

O controle de defeitos no processo de moldagem por injeção pode ser considerado sob dois aspectos: por um lado, a relação entre temperatura, pressão e tempo de moldagem é definida; por outro, o fluxo de alimentação na cavidade do molde durante o enchimento. Como a maioria dos produtos CIM são peças pequenas com formas complexas e requisitos de alta precisão, o fluxo da mistura na cavidade do molde envolve questões de projeto do molde, incluindo a localização da porta de alimentação, o comprimento do canal de fluxo, a localização do orifício de ventilação, etc., o que requer uma compreensão clara dos parâmetros da propriedade de fluxo da mistura, da temperatura na cavidade do molde e da distribuição da tensão residual.

Sinterização cerâmica

O processo de sinterização é usado principalmente para controlar o crescimento do tamanho de grão da cerâmica, obter os materiais de fase necessários e garantir a alta densidade de sinterização e o corpo cerâmico sinterizado denso.

O processo de sinterização tem dois parâmetros importantes: temperatura de sinterização e tempo de sinterização

Novo processo de moldagem por injeção de cerâmica

A moldagem por coinjeção de pó (PCM) é um novo desenvolvimento da moldagem por injeção de pó. Esta técnica utiliza uma máquina de moldagem por injeção de cilindro duplo para injetar sucessivamente duas misturas diferentes de pó/aglutinante na cavidade do molde. Este processo permite que o tratamento de superfície seja realizado durante a moldagem por injeção, em vez de após a preparação do produto acabado. A preparação e o tratamento de superfície do produto podem ser concluídos em um único processo, o que é, por si só, muito atrativo do ponto de vista técnico e econômico.

Tecnologia de moldagem por injeção de baixa pressão, em termos do próprio processo de injeção, o processo de injeção de baixa pressão é melhor que a injeção de alta pressão. A alimentação com viscosidade geral entre 1,5 e 4,0 Pa.s pode ser realizada com ar comprimido de 0,8 MPa, que pode remover o sistema hidráulico, o pistão de injeção e o sistema de biela em equipamentos tradicionais. Observa-se que as vantagens da área de injeção de baixa pressão, como o baixo gradiente de pressão na área de injeção, o menor desgaste do molde, a alimentação do molde antiaderente e a prevenção da poluição da alimentação causada pelo desgaste do pistão de injeção e pela não separação do pó/aglutinante, são evidentes. Além disso, o baixo consumo de energia, o tamanho compacto do equipamento, a estrutura simples e o baixo custo.