[发明专利]陶瓷注射成型模具

说明书

技术领域

本发明涉及到陶瓷制品，是针对陶瓷制品的生产，采用注射成型来代替人工的浇注成型，它是陶瓷注射成型的模具。

背景技术

陶瓷注射成型，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一种制备陶瓷零部件的工艺。它包括四个环节：(1)注射喂料的制备：将合适的有机载体与陶瓷粉末在一定温度下混炼、干燥、造粒，得到注射用料；(2)注射成型：混炼后的注射混合料于注射成型机内被加热转变为粘稠性熔体，在一定的温度和压力下高速注入金属模具内，冷却固化为所需形状的坯件，然后脱模；(3)脱脂：通过加热或其物理化学方法，将注射成型坯件内的有机物排除；(4)烧结：将脱脂后的素坯在高温下致密化烧结，获得所需的外观形状、尺寸精度和显微结构的致密陶瓷件。在上世纪80年代，为了适应发动机研制和涡转子等高温陶瓷部件制备的需求，陶瓷注射重点是氮化硅、碳化硅等非氧化物高温陶瓷部件，特别是发动机用si3n4，sic涡轮转子，叶片和滑动轴承的注射成型制备，同时成功研究出许多高性能、复杂形状的高温结构陶瓷产品。目前，陶瓷注射成型已广泛用于各种陶瓷粉料和各种工程陶瓷制品的成型。现有技术，注射成型关键取决于模具，如果控制不当就会使产品形成很多缺陷，如裂纹、流放、孔隙、焊缝、分层、粉末和粘结剂分离，而这些缺陷直到脱指和烧结后才能被发现，控制和优化注射温度，模具温度、注射压力、保压时间成型参数对减少坯件重量波动，防止注射料中各组分的分离和偏析，提高产品成品率和材料的利用率至关重要。而注射过程是指把计量室中预塑好的喂料熔体注入到模具型腔里面去的过程。喂料熔体经过喷嘴、流道和浇口向模腔流动的过程。从工艺流程上看可分为2个阶段，注射阶段和保压阶段，这两个阶段虽都属于熔体流动过程，但流动条件却有较大区别。注射阶段是从螺杆推进熔体开始到熔体充满型腔为止。此时，在螺杆头部对熔体所设定的压强和螺杆推进熔体的速度是注射成型的关键参数。在注射阶段，必须建立足够的速度和压力才能确保熔体充满模腔，如果注射压力调节过低会导致模腔压力不足，熔体不能充满型腔。反之，调整过高，则会造成制品溢边、涨模等不良现象。而保压阶段是从熔体充满模腔开始到浇口冻封为止。注射阶段完成后，必须继续保持注射压力，维持熔体外缩流动，一直持续到浇口冻封为止。因此保压阶段在保压压力的作用下，模腔中的熔体将得到冷却和补缩和进一步的压缩和增密，如果保压压力不足，则会导致模腔压力过低。保压时间会影响溶体的倒流，保压时间越短则模腔压力降低得越快，最终使模腔压力越低。在料筒与喷嘴温度的设定与控制对注射成型的质量也有着重要影响，料筒温度是指料筒表面的加热温度，根据注射物料在料筒内的塑化机理分3段加热，一第阶段：固体输入阶段，是靠近料口处，温度低，有冷却水冷却防止物料架桥，保证较高的固体输送效率；第二阶段：压缩段，是物料处于压缩状态，并逐渐地熔融，温度设定比第一段要高20-25℃；第三阶段：计量段，是物料全熔融的阶段，预塑开始时，这一段对应于螺杆计量段，在预塑终止后形成计量室储存塑化好的物料。第三阶段的物料温度比第二阶段高20-25℃，以保证物料处于熔融状态。脱脂是指通过加热及其它物理化学方法将成型件的有机物排除并产生少量预烧结过程。它是注射成型中最困难和最重要的因素，粘结剂和脱脂过程是联系在一起的，粘结剂决定着脱脂工艺，注射成型的粘结剂量一般占生坯件体积43％以上，因而粘结剂的脱脂只能是渐进的，否则就会导致开裂冲泡、坍塌等缺陷产生，而且产生的裂纹和变形不能通过烧结来弥补。另外脱脂过程耗时长，如热脱脂一般要花十几个小时，甚至几天时间。所以脱脂能否顺利完成，对于保证坯件质量，提高制品合格率，减少能耗至关重要。注射件浇注系统的流道和浇口设计上，现有阶段根据制件的形状、尺寸、公差等要求有如下一些流道及浇口：(1)直浇口；(2)盘形浇口；(3)护耳浇口；(4)扇形浇口；(5)侧浇口；(6)平浇口；(7)爪形浇口。浇口是制件进料的位置，即与分流道和制件连接部分的一段距离，由于上述各浇口尺寸大，因此在陶瓷注射成型之后，浇口与制品部分不能在模内自动分离，在脱模后，浇注系统部分与陶瓷件连接在一起，必须在模外采用手工分离，由于陶瓷硬化后，硬度极大，因此造成分离时困难，甚至在分离时造成极大的损坏，更为严重导致制件完全破裂，因此制作合格率极低。总之陶瓷注射成型工艺影响因素很多。且相互关联，如粉料良好的流动性是以加大有机粘结剂为基础，在制造质量品质高的制件才能实现，在复杂形状的成型，主要是依赖经验，无统一的标准和稳定的脱脂控制，尽管石蜡基粘结剂体系的成型技术得到成功的应用，水基粘结剂体系及其脱脂技术也发展利用，但效率都不高。另外适合CIM的微细粉生产成本高，在制件的生产中形状简单的制件又不经济，同时受脱脂的影响，它也无法制备厚壁及大形复杂件，因此CIM技术受到极大限制。但是陶瓷制件极其优美，受到世界各国的喜爱。近十几年里已得到飞速发展，至此注射成型技术必然出现，它有着传统手工制造工艺无法比拟的优越性，如产品可成批注射成型，产品尺寸精度、位置精度都是传统工艺无法比拟的，特别是注射成型复杂形状的工件，手工是无法完成的。为了克服上述成型时的不足，本人根据二十多年的模具设计和制造经验，特向业内提供如下一种新技术来完善上述各难题。