什么是陶瓷注射成型技术 (CIM)？

陶瓷注射成型技术（Ceramic Injection Molding，简称CIM）是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的制备陶瓷零件的新工艺。CIM 技术类似于金属注射成型 (MIM) 技术。它们是粉末注射成型（PIM）技术的主要分支，是在相对成熟的聚合物注射成型技术的基础上发展起来的。对于尺寸精度高、形状复杂的陶瓷制品的批量生产，采用陶瓷粉末成型最为有利。

陶瓷注射成型技术是在陶瓷粉末中加入热塑性树脂、热固性树脂、增塑剂、减摩剂，使陶瓷粉末成为粘性弹性体，然后将加热混合后的链状浆料从模具中注入金属模具。喷嘴。常用的热塑性树脂有聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯，添加量为10%~30%。CIM技术可以达到传统干压工艺无法达到的外观，产品几乎可以不受外观的限制。

陶瓷注射成型技术（CIM）的特点：

优势：

成型过程具有机械化、自动化程度高、生产效率高、成型周期短、毛坯强度高等特点，其过程可由程序精确控制，易于实现规模化、大批量生产。规模化生产。
可近净成形各种几何形状复杂、有特殊要求的陶瓷小零件，使烧结后的陶瓷制品不需机加工或少加工，从而降低昂贵的陶瓷加工成本。
成型的陶瓷制品具有极高的尺寸精度和表面光洁度。

缺点：

一次性设备投资和加工成本高，只适合大批量生产。

陶瓷注射成型（CIM）的工艺流程和过程：

饲料准备：
饲料是粉末和粘合剂的混合物。注射工艺要求注射料具有良好的流动性，这就需要选用符合要求的粉体和合适的粘结剂体系，并在一定的温度下有一定的装料比。注塑进料，保证后续工序的顺利进行，其产品可能从实验室走向高科技市场。因此，饲料准备在整个过程中至关重要。
注塑成型及模具设计：
注塑成型过程控制不当会导致制品产生许多缺陷，如裂纹、气孔、焊缝、脱层、脱粉、粘结剂分离等，这些缺陷只有在脱脂和烧结时才能被发现。CIM 通常使用多型腔模具。每个型腔的尺寸不同，使用中型腔的磨损会导致零件尺寸不同。此外，使用回流材料会影响粘度和流变性。因此，控制和优化注射温度、模具温度、注射压力、保压时间等成型参数，对于降低坯体重量的波动，防止注射材料中组分的分离和偏析，提高产品成品率和物质利用。CIM技术的模具设计主要考虑注射成型时模腔内进料的流动控制。由于CIM产品大多是形状复杂、精度要求高的小型零件，因此需要精心设计和布置进料口位置、流道长度、排气孔位置。当然，模具设计需要清楚地了解进料流变特性、型腔温度和残余应力分布。此外，计算机模拟技术将在粉末注射成型模具设计中发挥重要作用。进料口的位置、流道的长度、排气孔的位置都需要精心设计和布置。当然，模具设计需要清楚地了解进料流变特性、型腔温度和残余应力分布。此外，计算机模拟技术将在粉末注射成型模具设计中发挥重要作用。进料口的位置、流道的长度、排气孔的位置都需要精心设计和布置。当然，模具设计需要清楚地了解进料流变特性、型腔温度和残余应力分布。此外，计算机模拟技术将在粉末注射成型模具设计中发挥重要作用。
除油工艺：
脱脂是通过加热等物理方法去除成型体中的有机物并产生少量烧结物的过程。相对于陶瓷件的配料、成型、烧结和后处理，脱脂是注塑成型中最难也是最重要的因素。脱脂工艺的工艺方法和参数不正确，造成产品收缩率不一致，造成变形、开裂、应力、夹杂等。脱脂对后续的烧结很重要，脱脂过程中产生的裂纹和变形无法通过烧结来补偿。结合剂和脱脂是连在一起的，决定了脱脂的方式。除了传统的热脱脂和溶剂脱脂外，
烧结：
脱脂后的陶瓷坯体经高温致密化烧结，得到具有所需外观、形状、尺寸精度和微观结构的致密陶瓷件。由于陶瓷注射成型毛坯中含有脱脂后留下的气孔，因此产品在烧结时收缩率较大，通常可达13%-15%。CIM技术的研究重点是烧结尺寸的精度控制。此外，烧结设备也是烧结技术的关键。

陶瓷粉末注射成型工艺的几个要素：

原料粉的选择：
廉价优质的粉末是CMI工艺的关键因素之一。所选陶瓷粉末的物理化学性能，如颗粒形貌、尺寸、分布、比表面积等，对混合熔体的流变性能有很大影响。陶瓷粉末的特性对注射成型熔体的影响体现在固相体积分数、粉末粒度、粒度分布等方面。除了对原料粉末有一般的粉末注射成型要求，如粉末无结块、洁净、无杂质等外，CMI对粉末性能还有一些特殊要求。要求，提高成型工艺的稳定性和优化陶瓷粉末的粒度分布，
Binder的选择：
Binder是CMI技术的核心和关键。粘结剂与粉体的均匀混合，可以提高粉体的流动性，使粉体能够填充成所需的形状。对整个过程有重要影响。因此，粘合剂的成分和配置是注塑成型中最机密的技术诀窍。CIM 粘合剂必须具有以下特性：
- 流动特性：流动性与粘结剂的分子量和分布有关。通常，低分子量的粘合剂具有较低的粘度和较好的流动性，而高分子量的粘合剂具有较高的粘度和较高的流动性。一般来说，我们认为在注塑温度下粘合剂的粘度应小于0.1Pa.s，粘度随温度的波动不宜过大。
- 结合剂与粉体的关系：结合剂必须能很好地润湿粉体，对粉体有良好的附着力。粘合剂和粉末之间的润湿角应该很小。为了改善粘合剂的润湿性能，添加了一些表面活性剂，例如硬脂酸盐和钛酸盐。同时，粘结剂通过润湿颗粒产生毛细管力吸附颗粒，使坯体不变形。此外，粘合剂对于粉末应该是惰性的。
- 粘结剂由多组分有机物组成：为满足饲料的流动性要求，单一种类的有机粘结剂难以实现，由多组分有机聚合物组成的粘结剂同时更利于脱脂时，粘合剂各组分的有机聚合物之间的相容性更好。
- 胶粘剂具有较高的导热系数和较低的热膨胀系数：较高的导热系数可以在较大的面积上散发热能，避免因热应力引起的缺陷，而较低的热膨胀系数则可以减少本体的热冲击，减少缺陷。此外，粘结剂还必须具有无毒、不污染环境、不挥发、不吸湿、循环加热性能不变等特点。
混合过程：
注塑成型前，必须将陶瓷粉末与结合剂充分混合均匀。选择粘合剂配方后，添加量应限制在所需的最低限度。混合顺序是先加入熔点高、粒径大的粘结剂，混合溶解，再加入熔点低的配料，加粉料，最后加入增塑剂，一般混合30分钟以上. 有三种类型的混合机适用于制备陶瓷注射成型的混合物，轧机和班伯里密炼机是间歇操作的，挤出机是半连续操作的。挤出机通常是单螺杆或双螺杆的，后者效率更高。
注射成型工艺：
注射成型是指将颗粒通过注射成型机加热软化后注射到模具中，然后在模具中冷却并重新固化，得到所需形状的工艺过程。注塑机由注射装置、合模装置（装模部分）、液压装置、电气控制装置等组成。注射成型陶瓷材料要求注射机的相应部件耐磨，特别是注射机的螺杆、止回阀、机筒等。
脱脂工艺：
烧结前需脱脂。脱脂是用物理或化学方法去除注塑成型中的粘结剂成分的过程。它是陶瓷注射成型过程中最长和最关键的步骤。随着粘结剂体系的增加和改进，形成了多种CIM脱脂方法，包括溶剂脱脂、虹吸脱脂、催化脱脂、水基萃取脱脂、超临界萃取脱脂、微波脱脂等。
烧结工艺：
脱脂后，脱脂后的尺寸与瓶坯尺寸相差无几，为多孔成型体，密度较低，因此需要通过高温烧结得到高性能的致密制品。粉末冶金中的各种烧结方法和致密化措施都适用于CIM。烧结速度与粘性流动、凝聚、体积扩散、表面扩散等有关，粒径越小，熔体粘度越低，表面张力越高，烧结速度越快。而烧结后的产品一般收缩率在13-20%左右。

CIM陶瓷注射成型的应用：

注射成型技术已应用于制备各种高性能陶瓷制品。如生物医学领域的陶瓷医疗器械、陶瓷托槽、牙齿正畸和修复用的陶瓷牙桩等。用于光通信的氧化锆陶瓷套圈和陶瓷套管。氧化铝绝缘陶瓷元件用于半导体、电子工业，如集成电路高封装管、小型真空开关陶瓷管、小型陶瓷滑轴等。陶瓷刀、陶瓷手链、陶瓷表壳在现代生活和制表中都有应用。航空航天工业中的涡轮转子、叶片、飞机、航天器轴承、火箭鼻锥等。汽车工业中的汽车发动机、阀门、活塞、涡轮增压器转子、喷嘴等。