工程材料與熱加工技術(shù)第8章.ppt

1、第8章 常用非金屬材料,8.1 高分子材料 8.2 陶瓷材料 8.3 復(fù)合材料 知識窗先進陶瓷的精密注射成型 自測習(xí)題,8.1 高分子材料,8.1.1 塑料 1塑料的組成 塑料是以合成樹脂為主要成分，加入一些用來改善使用性能和工藝性能的添加劑而制成的高分子材料。樹脂的種類、性能、數(shù)量決定了塑料的性能，因此，塑料基本上都是以樹脂的名稱命名的，例如聚氯乙烯塑料的樹脂就是聚氯乙烯。工業(yè)中用的樹脂主要是合成樹脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。,添加劑的種類較多，常用的主要有以下幾種： (1) 填料。填料可使塑料具有所要求的某些物理化學(xué)性能，且能降低成本。用木屑、紙屑、石棉纖維、玻璃纖維等有機材料作填料，可增加

2、塑料強度，例如酚醛樹脂中加入木屑即是俗稱的電木。用高嶺土、滑石粉、氧化鋁、石墨、鐵粉、銅粉和鋁粉等無機物為填料，可使塑料具有較高的耐熱性、導(dǎo)熱性、耐磨性、耐蝕性等。,(2) 增塑劑。增塑劑用以增加樹脂的可塑性、柔軟性、流動性，提高塑料的彈性、韌性和塑性，但會降低其強度和耐熱性。常用的增塑劑有磷酸酯類化合物、甲酸酯類化合物和氯化石蠟等。 (3) 穩(wěn)定劑(防老化劑)。穩(wěn)定劑可增加塑料對光、熱、氧等老化作用的抵抗力，延長塑料的壽命。常用的穩(wěn)定劑有硬脂酸鹽、環(huán)氧化合物等。 (4) 潤滑劑。加入少量潤滑劑可改善塑料成型時的流動性和脫模性，使制品表面光滑美觀。常用的潤滑劑有硬脂酸等。,2. 塑料的特性 (

3、1) 質(zhì)輕、比強度高。塑料的密度為0.92.2 g/cm3，只有鋼鐵的1/81/4。泡沫塑料的密度約為0.01 g/cm3。塑料的強度比金屬低，但比強度高。這對減輕機械產(chǎn)品的重量具有重要意義。 (2) 化學(xué)穩(wěn)定性好。塑料能耐大氣、水、堿、有機溶劑等的腐蝕。例如，聚四氟乙烯在沸騰的“王水”中仍很穩(wěn)定。 (3) 優(yōu)異的電絕緣性。塑料有良好的電絕緣性，介質(zhì)損耗小，其電絕緣性可與陶瓷、橡膠等絕緣材料相媲美。,(4) 減摩、耐磨性好。塑料的硬度低于金屬，但多數(shù)塑料的摩擦系數(shù)小，有些塑料(如聚四氟乙烯、尼龍等)具有自潤滑性。因此，塑料可用于制作在無潤滑條件下工作的某些零件。 (5) 消聲和吸振性好。塑料軸

4、承和齒輪工作時平穩(wěn)無聲，大大減小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音材料。 (6) 成型加工性好。塑料有注射、擠壓、模壓、澆塑等多種成型方法，且工藝簡單，生產(chǎn)率高。,(7) 耐熱性差。多數(shù)塑料只能在100左右使用，少數(shù)品種可在200左右使用；易老化(因光、熱、載荷、水、堿、酸、氧等的長期作用，使塑料變硬、變脆、開裂等現(xiàn)象稱為老化)；導(dǎo)熱性差，約為金屬的1/500；熱膨脹系數(shù)大，約為金屬的310倍。,3常用塑料 (1) 熱塑性塑料。熱塑性塑料加熱時變軟、熔融，冷卻后變硬、固化，再加熱又可變軟、熔融，可反復(fù)成型，且基本性能不變。熱塑性塑料成型工藝簡便，可直接經(jīng)注射、擠壓、吹塑成型，生產(chǎn)率高，其制品使用

5、溫度低于120。常用的熱塑性塑料有以下幾種： 聚乙烯(PE)：按生產(chǎn)工藝不同，分為高壓聚乙烯、中壓聚乙烯和低壓聚乙烯。高壓聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性高，柔軟性、絕緣性、透明性、耐沖擊性好，宜吹塑成薄膜、軟管、瓶等。低壓聚乙烯質(zhì)地堅硬，耐磨性、耐蝕性、絕緣性好，適宜制作化工用管道、槽，電線、電纜包皮，承載小的齒輪、軸承等；又因其無毒，可制作茶杯、奶瓶、食品袋等。, 聚氯乙烯(PVC)：分為硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種。硬質(zhì)聚氯乙烯強度較高，絕緣性和耐蝕性好，耐熱性差，在-1560的溫度范圍使用，用于化工耐蝕的結(jié)構(gòu)材料，如輸油管、容器、離心泵、閥門管件等，用途很廣。軟質(zhì)聚氯乙烯強度低于硬質(zhì)聚氯乙烯，伸長率大，絕緣性較好，

6、在-1560的溫度范圍使用，用于電線、電纜的絕緣包皮，農(nóng)用薄膜，工業(yè)包裝等。因其有毒，不能包裝食品。, 聚丙烯(PP)：密度小，是常用塑料中最輕的一種。強度、硬度、剛性、耐熱性均高于低壓聚乙烯，可在120以下長期工作。絕緣性好，且不受濕度影響，無毒無味，但低溫脆性大，不耐磨，易老化，用于一般機械零件(如齒輪)，耐蝕件(如泵葉輪、化工管道、容器)，絕緣件(電視機、收音機、電扇、電機罩等殼體)，生活用具，醫(yī)療器械，食品和藥品包裝等。, 聚酰胺(PA)：俗稱尼龍或錦綸。強度、韌性、耐磨性、耐蝕性、吸振性、自潤滑性、成型性好，摩擦系數(shù)小，無毒無味，可在100以下使用。蠕變值大，導(dǎo)熱性差，吸水性高，成型

7、收縮率大。常用的有尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍1010等。用于制造耐磨、耐蝕的某些承載和傳動零件，如軸承、機床導(dǎo)軌、齒輪、螺母及一些小型零件。也可用于制作高壓耐油密封圈，或噴涂在金屬表面作防腐、耐磨涂層，應(yīng)用較廣。, 聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)：俗稱有機玻璃。透光性、著色性、絕緣性、耐蝕性好，在自然條件下老化發(fā)展緩慢，可在-60100的溫度范圍內(nèi)使用。不耐磨，脆性大，易溶于有機溶劑中，硬度不高，表面易擦傷。用于航空、儀器、儀表、汽車中的透明件和裝飾件，如飛機窗、燈罩、電視和雷達屏幕、油標(biāo)、油杯、設(shè)備標(biāo)牌等。 ABS塑料：是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)的三元共聚物。綜合力學(xué)性

8、能好，尺寸穩(wěn)定性、絕緣性、耐水和耐油性、耐磨性好，長期使用易起層。用于制造齒輪，葉輪，軸承，把手，管道，儲槽內(nèi)襯，儀表盤，轎車車身，汽車擋泥板，電話機、電視機、電機、儀表的殼體，應(yīng)用較廣。, 聚甲醛(POM)：耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、著色性、減摩性、絕緣性好，可在-40100長期使用。加熱易分解，成型收縮率大。用于制造減摩、耐磨件及傳動件，如軸承、滾輪、齒輪、絕緣件，化工容器，儀表外殼，表盤等，可代替尼龍和有色金屬。 聚四氟乙烯(F-4)，也稱塑料王。有極強的耐蝕性，可抗王水腐蝕，絕緣性、自潤滑性好，不吸水，摩擦系數(shù)小，可在-195250的溫度范圍內(nèi)使用，但價格較高。用于耐蝕、減摩、耐磨件，密封件

9、，絕緣件，如高頻電纜、電容線圈架、化工用反應(yīng)器、管道等。, 聚碳酸脂(PC)：強度高，韌性、尺寸穩(wěn)定性、透明性好，可在-60120長期使用。耐疲勞性不如尼龍和聚甲醛。用于制造齒輪、蝸輪、凸輪，電氣儀表零件，大型燈罩，防護玻璃，飛機擋風(fēng)罩，高級絕緣材料，用途很廣。 聚砜(PSF)：強度、硬度、成型溫度高，抗蠕變、尺寸穩(wěn)定性、絕緣性好，可在-100150長期使用。不耐有機溶劑和紫外線。用于制造耐熱件，絕緣件，減摩、耐磨件，高強度件，如凸輪、精密齒輪、真空泵葉片、儀表殼體和罩、汽車護板、電子器件等。,(2) 熱固性塑料：加熱時軟化，冷卻后堅硬。固化后再加熱，則不再軟化或熔融，不能再成型。熱固性塑料抗

10、蠕變性強，不易變形，耐熱性高，但樹脂性能較脆，強度不高，成型工藝復(fù)雜、生產(chǎn)率低。常用的熱固性塑料有以下幾種： 酚醛塑料(PF)，俗稱電木。強度、硬度、絕緣性、耐蝕性、尺寸穩(wěn)定性好，工作溫度大于100，脆性大，耐光性差，只能模壓成型，價格低。用于制造儀表外殼，燈頭、燈座、插座，電器絕緣板，耐酸泵，剎車片，電器開關(guān)，水潤滑軸承等。, 氨基塑料，俗稱電玉。顏色鮮艷，半透明如玉，絕緣性好，長期使用溫度小于80，耐水性差。用于制造裝飾件、絕緣件，如開關(guān)、插頭、旋鈕、把手、燈座、鐘表外殼等。 環(huán)氧塑料(EP)，俗稱萬能膠。強度、韌性、絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性好，能防水、防潮、防霉，可在-80155的溫度范圍內(nèi)長

11、期使用，成型工藝簡便，成型后收縮率小，粘結(jié)力強。用于制造塑料模具、儀表和電器零件、電子元件及線圈及用于涂覆、包封和修復(fù)機件。,8.1.2 橡膠 1橡膠的組成與性能 橡膠是以生膠為主要原料，加入適量配合劑而制成的高分子材料。生膠是指未加配合劑的天然膠或合成膠，它也是將配合劑和骨架材料粘成一體的粘結(jié)劑。配合劑是指為改善和提高橡膠制品性能而加入的物質(zhì)，如硫化劑、活性劑、軟化劑、填充劑、防老劑、著色劑等。 (1) 硫化劑。硫化劑的作用類似于熱固性塑料中的固化劑，天然橡膠常用硫磺做硫化劑。橡膠制品經(jīng)硫化處理后，可提高彈性、強度、耐磨性、耐蝕性和抗老化能力。橡膠經(jīng)硫化處理后才能使用。,(2) 軟化劑。使用

12、軟化劑可增強橡膠塑性，改善粘附力，降低硬度和提高耐寒性。 (3) 填充劑。使用填充劑可提高橡膠強度，減少生膠用量，降低成本和改善工藝性。 (4) 防老劑。使用防老劑可在橡膠表面形成穩(wěn)定氧化膜，以抵抗氧化作用，防止和延緩橡膠發(fā)粘、變脆等老化現(xiàn)象。,此外，為減少橡膠制品變形，提高其承載能力，可在橡膠內(nèi)加入骨架材料。常用的骨架材料有金屬絲、纖維織物等。 橡膠具有彈性大(最高伸長率可達800%1000%，外力去除后能迅速恢復(fù)原狀)，吸振能力強，耐磨性、隔聲性、絕緣性好，可積儲能量，有一定的耐蝕性和足夠的強度等優(yōu)點，其主要缺點是易老化。,2常用橡膠 按原料來源不同，橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠；根據(jù)應(yīng)用

13、范圍寬窄，橡膠可分為通用橡膠和特種橡膠。合成橡膠是用石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品為原料制成的。常用橡膠的種類、性能和用途見表8-1。,表8-1 常用橡膠的種類、性能和用途,8.2 陶 瓷 材 料,1陶瓷的分類與性能 1) 陶瓷的分類 陶瓷按原料不同分為普通陶瓷和特種陶瓷；按用途不同分為日用陶瓷和工業(yè)陶瓷。 普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷，其原料是天然的硅酸鹽產(chǎn)物，如粘土、長石、石英等。這類陶瓷又稱硅酸鹽陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷等。 特種陶瓷又稱近代陶瓷，其原料是人工合成的金屬氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特種陶瓷具有一些獨特的性能，可滿足工程結(jié)構(gòu)的特殊需要。,2) 陶瓷

14、的性能 (1) 硬度高，剛性好，抗壓強度高，但脆性大，沖擊韌度值很低，抗拉強度低，不能彎、拉、剪切，不能敲打、碰撞。陶瓷的硬度一般大于1500HV。 (2) 耐高溫，耐磨損，抗氧化。但急冷、急熱性能差。 (3) 耐蝕性好。例如化工陶瓷，除氫氟酸和含氟的其他介質(zhì)及熱濃磷酸和堿液外，能耐幾乎其他所有的化學(xué)介質(zhì)，如熱濃硝酸、硫酸，甚至王水。 陶瓷的電導(dǎo)能力因陶瓷品質(zhì)而異，少數(shù)電導(dǎo)性良好，大多數(shù)是絕緣體。,2常用工業(yè)陶瓷 (1) 普通陶瓷。質(zhì)地堅硬、不氧化、不導(dǎo)電、耐腐蝕、成本低，加工成型性好。強度低，使用溫度為1200。廣泛用于電氣、化工、建筑和紡織行業(yè)，例如：受力不大，在酸、堿中工作的容器、反應(yīng)塔

15、、管道，絕緣件，要求光潔、耐磨、低速、受力小的導(dǎo)紗零件。,(2) 氧化鋁陶瓷。主要成分是Al2O3。強度比普通陶瓷高26倍，硬度高(僅低于金剛石)；耐高溫(陶瓷可在1600時長期使用，空氣中使用溫度最高為1980)，高溫蠕變??；耐酸、堿和化學(xué)藥品腐蝕，絕緣性好。脆性大，不能承受沖擊。用于制作高溫容器(如坩堝)、內(nèi)燃機火花塞，切削高硬度、大工件、精密件的刀具，耐磨件(如拉絲模)，化工、石油用泵的密封環(huán)，高溫軸承，紡織機用高速導(dǎo)紗零件等。,(3) 氮化硅陶瓷。這類陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好，除氫氟酸外，可耐無機酸(鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、王水)和堿液腐蝕；抗熔融非鐵金屬侵蝕，硬度高，摩擦系數(shù)小，耐磨性好；絕

16、緣性好；熱膨脹系數(shù)小，抗高溫蠕變性高于其他陶瓷；最高使用溫度低于氧化鋁陶瓷。用于制作高溫軸承，熱電偶套管，泵和閥的密封件，切削高硬度材料的刀具。例如，農(nóng)用泵因泥砂多，要求密封件耐磨，原來用鑄造錫青銅作密封件與9Cr18對磨，壽命低，現(xiàn)用氮化硅陶瓷與9Cr18對磨，使用8400 h，磨損仍很小。,(4) 碳化硅陶瓷。這類陶瓷高溫強度大，抗彎強度在1400時仍保持500600 MPa，熱傳導(dǎo)能力強，有良好的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐蝕性和抗蠕變性。用于制作工作溫度高于1500的結(jié)構(gòu)件，如火箭尾噴管的噴嘴，澆注金屬的澆口杯，熱電偶套管、爐管，汽輪機葉片，高溫軸承，泵的密封圈。 (5) 氮化硼陶瓷。這類陶瓷

17、有良好的高溫絕緣性(2000時仍絕緣)、耐熱性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、潤滑性，能抗多數(shù)熔融金屬侵蝕，硬度低，可進行切削加工。用于制作熱電偶套管，坩堝，導(dǎo)體散熱絕緣件，高溫容器、管道、軸承，玻璃制品的成型模具。,8.3 復(fù) 合 材 料,1復(fù)合材料的分類與性能 復(fù)合材料由基體相和增強相組成。復(fù)合材料有以下三種分類方法。 按基體不同，分為兩類：非金屬基復(fù)合材料和金屬基復(fù)合材料。目前使用較多的是以高分子材料為基體的非金屬基復(fù)合材料。 按增強相的種類和形狀不同，分為三類：顆粒復(fù)合材料、層疊復(fù)合材料和纖維增強復(fù)合材料。,復(fù)合材料優(yōu)良的性能表現(xiàn)如下： (1) 比強度和比模量高。例如碳纖維和環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合

18、材料，其比強度是鋼的8倍，比模量(彈性模量與密度之比)比鋼大3倍。 (2) 抗疲勞性能好。例如碳纖維-聚酯樹脂復(fù)合材料的疲勞強度是其抗拉強度的70%80%，而大多數(shù)金屬的疲勞強度是其抗拉強度的30%50%。,(3) 減振性能好。纖維與基體界面有吸振能力，可減小振動。例如，尺寸形狀相同的梁，金屬梁9 s停止振動，碳纖維復(fù)合材料制成的梁2.5 s就可停止振動。 (4) 高溫性能好。一般鋁合金在400500時彈性模量急劇下降，強度也下降。碳或硼纖維增強的鋁復(fù)合材料，在上述溫度時，其彈性模量和強度基本不變。 此外，復(fù)合材料還有較好的減摩性、耐蝕性、斷裂安全性和工藝性等。,2常用復(fù)合材料 1) 纖維增強

19、復(fù)合材料 (1) 玻璃纖維增強復(fù)合材料(俗稱玻璃鋼)。按粘結(jié)劑不同，分為熱塑性玻璃鋼和熱固性玻璃鋼。 熱塑性玻璃鋼。以玻璃纖維為增強劑，熱塑性樹脂為粘結(jié)劑。與熱塑性塑料相比，當(dāng)基體材料相同時，其強度和疲勞強度提高23倍，沖擊韌度提高24倍，抗蠕變能力提高25倍，強度超過某些金屬。這種玻璃鋼用于制作軸承、齒輪、儀表盤、收音機殼體等。, 熱固性玻璃鋼。以玻璃纖維為增強劑，熱固性樹脂為粘結(jié)劑。其密度小，耐蝕性、絕緣性、成型性好，比強度高于銅合金和鋁合金，甚至高于某些合金鋼。但剛度差，為鋼的1/101/5。耐熱性不高(低于200)，易老化和蠕變。主要制作要求自重輕的受力件，例如汽車車身，直升機旋翼，氧

20、氣瓶，輕型船體，耐海水腐蝕件，石油化工管道和閥門等。,(2) 碳纖維增強復(fù)合材料。這種復(fù)合材料與玻璃鋼相比，其抗拉強度高，彈性模量是玻璃鋼的46倍。玻璃鋼在300以上，強度會逐漸下降，而碳纖維的高溫強度好。玻璃鋼在潮濕環(huán)境中強度會損失15%，碳纖維的強度不受潮濕影響。 此外，碳纖維復(fù)合材料還具有優(yōu)良的減摩性、耐蝕性、導(dǎo)熱性和較高的疲勞強度。 碳纖維復(fù)合材料適于制作齒輪、高級軸承、活塞、密封環(huán)，化工零件和容器，飛機渦輪葉片，宇宙飛行器外形材料，天線構(gòu)架，衛(wèi)星、火箭機架，發(fā)動機殼體等。,2) 層疊復(fù)合材料 層疊復(fù)合材料由兩層或兩層以上不同材料復(fù)合而成。用層疊法增強的復(fù)合材料可使強度、剛度、耐磨、耐

21、蝕、絕熱、隔聲、減輕自重等性能分別得到改善。常見的有雙層金屬復(fù)合材料、塑料-金屬多層復(fù)合材料和夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料等。,例如，SF型三層復(fù)合材料就是以鋼為基體，燒結(jié)銅網(wǎng)或銅球為中間層，塑料為表面層的自潤滑復(fù)合材料。這種材料力學(xué)性能取決于鋼基體，摩擦、磨損性能取決于塑料，中間層主要起粘結(jié)作用。這種復(fù)合材料比單一塑料的承載能力提高20倍，導(dǎo)熱系數(shù)提高50倍，熱膨脹系數(shù)下降75%，改善了尺寸穩(wěn)定性，可制作高應(yīng)力(140 MPa)、高溫(270)、低溫(-195)和無油潤滑條件下的軸承。,3) 顆粒復(fù)合材料 顆粒復(fù)合材料是由一種或多種材料的顆粒均勻分散在基體材料內(nèi)所組成的。金屬陶瓷就是顆粒復(fù)合材料，它是將

22、金屬的熱穩(wěn)定性好、塑性好，高溫易氧化和蠕變等性能，與陶瓷脆性大，熱穩(wěn)定性差，但耐高溫、耐腐蝕等性能進行互補，將陶瓷微粒分散于金屬基體中，使兩者復(fù)合為一體。例如，鎢鈷類硬質(zhì)合金刀具就是一種金屬陶瓷。,知識窗先進陶瓷的精密注射成型,1概述 先進陶瓷(又稱精細陶瓷，高技術(shù)陶瓷)因具有優(yōu)異的性能，如耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、高硬度、高強度和電、磁、光等功能，從而在計算機、通信、生物、航天、新能源、精密機械等領(lǐng)域獲得愈來愈廣的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的成型制造技術(shù)(如模壓成型、注漿成型)，在陶瓷部件的成型質(zhì)量和成型精度等方面都滿足不了要求，特別是對于近幾年發(fā)展起來的在電子、通信、生命科學(xué)與微機電系統(tǒng)中的微細陶瓷零

23、部件，靠陶瓷的傳統(tǒng)成型制造技術(shù)已無法制備。,陶瓷粉末精密注射成型技術(shù)是近十年來國際上快速發(fā)展起來的新型制造技術(shù)。其科學(xué)基礎(chǔ)是基于現(xiàn)代高分子精密注塑理論和現(xiàn)代陶瓷制造技術(shù)，它將高分子流變學(xué)、陶瓷粉體技術(shù)、陶瓷工藝學(xué)和金屬模具精密制造技術(shù)結(jié)合在一起。陶瓷粉末精密注射成型技術(shù)突出的優(yōu)點包括： (1) 可成型各種復(fù)雜形狀的陶瓷零部件，使燒結(jié)后的陶瓷產(chǎn)品無需進行機加工或少加工，從而減少昂貴的陶瓷加工成本。,(2) 成型制品具有極高的尺寸精度和表面極低的粗糙度，精度已高達5 m。 (3) 可實現(xiàn)微成型，制備微米到毫米范圍內(nèi)的陶瓷微型零件。 (4) 成型過程機械化和自動化程度高，重復(fù)性好，便于規(guī)?；统杀旧?/p>

24、產(chǎn)。,2陶瓷精密注射成型過程分析 陶瓷零部件精密注射成型的制造過程主要分為以下四個環(huán)節(jié)： (1) 注射喂料制備。將合適的有機載體(具有不同性質(zhì)和功能的有機物)與陶瓷粉末在一定溫度下混煉、干燥、造粒，得到注射用喂料；有機載體的作用是提供陶瓷注射成型所需的流動性及成型坯體強度。這一階段聚合物粘結(jié)劑和添加劑與陶瓷粉末界面作用至關(guān)重要，粉末應(yīng)無團聚，均勻分散在有機載體中，并具有良好的流變學(xué)特性。,(2) 注射成型?；鞜捄笞⑸溆梦沽纤腿胱⑸涑尚蛢?nèi)被加熱轉(zhuǎn)變?yōu)檎吵硇匀垠w，在一定溫度和壓力下高速注入冷模具內(nèi)，熔體固化為所需形狀的坯體，然后脫模。這一階段模具設(shè)計和注射熔體充模流動狀態(tài)直接影響成型坯體質(zhì)量。 (

25、3) 脫脂。通過加熱或其他物理化學(xué)方法，將注射成型坯體內(nèi)有機物排除，這一階段耗時長且成型坯體易產(chǎn)生缺陷，因此，脫脂方法、機理和動力學(xué)研究也就顯得十分重要。 (4) 燒結(jié)。脫脂后的陶瓷坯體在高溫下致密化燒結(jié)，獲得所需外觀形狀、尺寸精度和顯微結(jié)構(gòu)的致密陶瓷部件。,3陶瓷精密注射成型技術(shù)的發(fā)展 1) 有機載體體系擴展 有機載體是多組分體系，包括成型時起粘結(jié)作用的聚合物樹脂(如聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物、乙烯-丙烯酸乙脂共聚物)，起增塑作用的增塑劑和潤滑劑(如磷苯二甲酸二辛酯、磷苯二甲酸二丁酯、石蠟、微晶石蠟、蜂蠟等)，改善陶瓷粉末與有機物界面狀態(tài)的表面活性劑(如硬脂酸、油酸、硅烷、鈦酸酯

26、等)。近幾年不但以熱塑性樹脂和石蠟為主的傳統(tǒng)有機結(jié)合劑體系得到改進，從而顯著改善注射喂料的均勻性和流動性，并且發(fā)展了含有水溶性聚合物(如聚乙二醇、聚環(huán)氧乙烷)的粘結(jié)劑體系，以滿足不同陶瓷材料和不同脫脂工藝的要求。,2) 脫脂新理論與新工藝 熱脫脂是一種發(fā)展較早的脫脂方法，它的原理是基于受熱過程中有機物分子的揮發(fā)和裂解，而使成型坯體內(nèi)有機物逐漸排除。雖然熱脫脂成本低，理論發(fā)展比較成熟，應(yīng)用也比較廣泛，但熱脫脂過程中由于粘結(jié)劑組分受熱軟化，坯體在重力和熱應(yīng)力的作用下易產(chǎn)生粘性流動變形，因此脫脂速率十分緩慢。對于大尺寸陶瓷部件還容易產(chǎn)生腫脹、裂紋和變形等缺陷。因此，化學(xué)脫脂理論和技術(shù)近幾年應(yīng)運而生。

27、,(1) 化學(xué)催化脫脂。該法由德國BASF公司首先開發(fā)出，其主要技術(shù)特點是采用聚醛樹脂作為粘結(jié)劑，并在酸性氣氛中進行催化脫脂。聚醛樹脂在酸性氣氛催化作用下分解為甲醛，這種分解反應(yīng)在110以上快速發(fā)生，是一種直接的氣固轉(zhuǎn)變。催化脫脂在氣氛-粘結(jié)劑的界面進行，在成型坯體內(nèi)部沒有氣體存在，反應(yīng)界面的推進速度可達到14 mm/h，大大縮短了脫脂時間。,(2) 溶解萃取脫脂。該法由美國AMAX Metal Injection Molding公司發(fā)明，該工藝的主要優(yōu)點在于其粘結(jié)劑由石蠟、植物油和聚合物組成。脫脂時選用一種溶劑，如三氯乙烷，有選擇地首先脫除植物油和石蠟，而不溶性組元則不溶解。這樣打開孔隙通道

28、，然后再利用熱脫脂除去剩余的粘結(jié)劑。整個脫脂工藝過程時間短，只需6 h，是一種較快的脫脂方法。,3) 注射成型應(yīng)用領(lǐng)域的拓展 陶瓷注射成型曾主要用于陶瓷發(fā)動機中渦輪轉(zhuǎn)子這類復(fù)雜形狀的陶瓷零部件開發(fā)，當(dāng)時世界上近40余家公司和研究機構(gòu)發(fā)起，美國貝特爾紀(jì)念協(xié)會組織制定了“陶瓷注射成型”研發(fā)計劃。美國RUTGERS大學(xué)陶瓷研究中心、Ford汽車公司、Columbus實驗室、日本九州工業(yè)大學(xué)、日本京瓷公司、英國Brunel大學(xué)和伯明翰大學(xué)等都參與了這一研究。這一產(chǎn)品在日本和美國已用于賽車和軍用裝甲車。近幾年陶瓷注射成型技術(shù)開始應(yīng)用于通信、半導(dǎo)體與計算機、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。通信產(chǎn)業(yè)中光纖連接器用四方相氧化鋯陶瓷插芯(Ferrule)就是一典型實例，其外徑為2.5 mm，內(nèi)孔直徑僅有125 m，而且還要求極高的同心度。,目前只有陶瓷注射成型可以制造該產(chǎn)品，保證不變形和尺寸精度要求，并且一次注?？沙尚统?個樣品，效率高、重復(fù)性好。計算機工業(yè)中光盤和磁帶驅(qū)動用陶瓷部件形狀復(fù)雜，均采用注射成型。生物醫(yī)學(xué)陶瓷制注射成型品，如陶瓷牙根、牙齒矯形(又稱正畸)用陶瓷托槽，因形狀復(fù)雜、產(chǎn)品精細，注射成型是最有效的制造方法。目前，粉末注射成型陶瓷部件的尺寸精度為3%或更高。,4. 微型陶瓷件的微注射成型 微注射成型是最近發(fā)展起來的新技術(shù)，適用于環(huán)境要求苛刻、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的MEMS系統(tǒng)，而且該方法可用于多種材料(