陶瓷粉末注射成型（CIM）及其適用領域

發布時間 | 2021-01-27 14:49 分類 | 粉體加工技術點擊量 | 4524

氧化鋯

導讀：?相比于普通日用、建筑衛生陶瓷材料，特種陶瓷材料具有特別的“高強度、高硬度、特別高彈性模量、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震等特性（對于結構陶瓷而言）”，或具有光、電、磁、超導...

相比于普通日用、建筑衛生陶瓷材料，特種陶瓷材料具有特別的“高強度、高硬度、特別高彈性模量、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、抗氧化、抗熱震等特性（對于結構陶瓷而言）”，或具有光、電、磁、超導、生物、化學等特性，且各特性之間具有相互轉化功能（對于功能陶瓷而言）”。想要讓特種陶瓷顯現出“特性”，并應用于特別要求的領域，除了要需要采用采用精挑細選的原料，還需要特別的成型工藝手段。

特種陶瓷

圖1：特種陶瓷材料，特別的性能，特別的工藝

例如對于超薄片陶瓷材料而言，我們往往需要采用流延成型、擠壓成型或軋膜成型來實現；對于不那么薄的薄片，我們需要可以也可以采用干壓成型來完成目的；對于形狀復制的三維異性材料而言，注射成型及3D打印等方式則是一個很好的選擇；對于尺寸稍大要求較高的特種陶瓷材料我們還可以采用冷等靜壓、甚至熱等靜壓來實現我們的目的.....除了成型有多種工藝路線，燒結過程也有許多，有帶壓的無壓的，有氧化氣氛的也有還原氣氛燒結、還有牛掰的等離子燒結等等....

CIM的特征及工藝路線

在傳統的機械加工技術中，對于復雜的零件，先成型出來，再雕刻雕刻，但這對于具有硬脆特性的陶瓷材料而言，顯然不太合理，經過大尺度的“粗暴”機加工后，難保陶瓷材料會留下微裂紋，影響后續的產品穩定性。而采用陶瓷粉末注射成型技術（Ceramic Injection Moulding，簡稱CIM），可大批量的生產小型的、精密、三維形狀復雜的特種陶瓷制件，且尺寸精度高，機加工量少，表面光潔，制備成本成本低，因而成為當今國際上發展最快、應用最廣的陶瓷零部件精密制造技術。

氧化鋯陶瓷

圖2：經典CIM件：半導體封裝小能手氧化鋯陶瓷劈刀

理論上，任何的陶瓷粉末可以適用于陶瓷注射成型工藝

陶瓷注射成型技術，是類似于20世紀70年代發展起來的金屬注射成型（MIM）技術，它們均是粉末注射成型（PIM）技術的主要分支，均是在聚合物注射成型技術比較成熟的基礎上發展而來的。如下是他的工藝流程。

CIM工藝

圖3：CIM工藝過程

流程簡述：CIM的第一步始于將非常細的陶瓷粉與聚合物粘合劑混合成原料。在模制過程中，原料會塑化并在高壓下注入模腔。成型后，產品處于未加工階段，根據實際需求進行機加工，例如去除注射點并添加成型時無法實現的其他功能或簡化成型過程。下一步是在熔爐中熱或化學去除粘合劑，即所謂的脫脂工藝。脫脂后進行燒結。在此步驟中，陶瓷顆粒融合在一起并成為致密的特種陶瓷陶瓷組件。在此最后階段，已實現了出色的陶瓷性能。隨后根據產品指標要求，進行其他表面處理，例如拋光，噴砂和激光加工，以完全定制零件/產品。

從上面的流程簡述我們可以看到，CIM的流程其實挺繁瑣的，但它的優勢在于它能夠一步一步地生產出形狀復雜的零件，從而獲取近凈成形零部件。對于制取凈成形零部件，陶瓷3D打印技術或許有絕對的話語權，但速度上，批量化生產上，它遠遠不能靠近陶瓷注射成型技術。

CIM陶瓷的應用領域

陶瓷注射成型使得制造復雜的幾何形狀在商業上可行，例如垂直孔，精密螺紋等陶瓷零件，這些特征以前使用其他傳統生產技術太困難或昂貴。通過CIM技術，具有耐磨性和耐腐蝕性，優異的硬度，較高的機械強度和熱穩定性的陶瓷材料為產品選材提供了更多豐富的想象。目前采用CIM技術制備出來的特種陶瓷產品可用于例如醫療設備，牙齒矯正，汽車，航空發動機，手表，真空應用，消費類產品以及更多應用可能性。