粉末注射成型PIM工艺的喂料制备介绍

提到注射这两个字，许多的工程师都很容易联想到注塑工艺。

与塑料相比，金属陶瓷和一些其它的无机材料常具有更高的性能——强度高，韧性高,刚度高或者具有更好的传导性能、磁学性能、耐磨性和高温性能。

粉末注射成形（PIM）便可以将将金属或陶瓷的性能与塑料注射的制造方式结合起来。用类似注塑的方式来生产高性能材料的零件。

在 PIM 工艺中，细小的粉末直径通常只有人 头发直径的 20%, 被注入到模具中得到期望的形状，并通过烧结获得所需的性能。

烧结是一个热 处理过程，高分子粘结剂在成形过程中润滑和粘接粉末颗粒。

此后，粘结剂被去除，留下的低强度多孔结构在烧 结过程中被增强，成为致密的固体。

不同工厂的PIM工艺的方式方法有所不同。

但大多都是通过粉末，粘接剂，注射成型，脱脂，烧结的不同组合。但总结下来，都离不开主要的三个工序：喂料（粉末和粘接剂的混合）；注射成型（将喂料通过注射机和模具将喂料成型）；热加工（去除粘接剂和烧结粉末颗粒）

喂料是用于注射成形的粉末和粘结剂 的混合物。粉末近似呈球形，具有一定的尺寸分布范围, 使得颗粒能够很好地组合在一 起。

常用的 PIM 粘结剂是石蜡一高分子的 混合物。粘结剂在加热后呈液态，可以将 粉末运送到模具的型腔内。

在注射周期的最后，粘结剂冷却凝固，具备足够的强度, 可以防止注射后的坯件在顶出过程中被损坏。

人们爱使用的一种粘结剂体系由质量分数为 65% 的石蜡、30% 的聚丙烯和 5% 的硬脂酸组成。

其他高分子材料，甚至纤维素、硅烷、水以及各种无机物质也被用 作粘结剂。

粘结剂体系通常有两个或更多的组元构成，强度较高的高分子称为骨 架。

通常骨架成分的比例较小，比如占粘结剂的 10% -30% （体积分数），用于使零件在烧结工序前具有一定的操作强度在喂料中，典型的粘结剂近似地占混合物的 40% （体积分数），

对于钢而言, 这对应于大概 6%（质量分数）的粘结剂，对于氧化铝而言，约为 14% （质量分 数），对于鸨，粘结剂小于 3% （质量分数）。

粘结剂的配方需要考虑几种因素的平衡。理想的粉末应该具有高的振实密度。需要足够的粘结剂来填满粉末颗粒间的空 隙，以及在充模的过程中对粉末起润滑作用。 

当粉末与熔融的粘结剂混合在一起，黏度（搅拌阻力）会增加。在 PIM 中, 在合理的范围内，人们期望能够加入尽量多的粉末，但是不能使得混合物的黏度很 大，超过一个临界点，从而造成注射困难。

太多的粘结剂是不希望的，因为在脱脂 的过程中零件的形状难以保持。

最佳的注射经验表明，混合物的黏度接近于 100Pa·s。

 喂料如果不均匀，则会导致 注射后零件的缺陷。

因此，混料过程中 需要高的剪切力，迫使粘结剂进入粉末 颗粒之间，但是不应该对喂料产生污染。 

PIM 喂料准备的最后一步是造粒, 如图1·22 所示。这些料粒可以容易地被 装入到注射机中。

近年来已经有几家公司提供混好的喂料。相应地，PIM 就有以下两类： 

1）历史久、规模大的 PIM 公司自己配制和混合他们自己用的喂料。 

2）新建的、规模小的 PIM 公司从喂料供应商采购喂料。 

这种情形类似于购买饼干面团来制作饼干和从和面开始来制作饼干。

两种方法 都具有优点，但时间、经验、混料设备的投资等因素通常使得人们决定直接购买喂料，尤其是对新的、小的 PIM 供应商。 

制备均匀的喂料需要对工艺工程进行控制。喂料的黏度对其组成很敏感，因此 喂料的非匀质性会妨碍充模过程。

在高温下高分子的热膨胀比粉末要高，提高喂料 中高分子的含量可以有效地降低其黏度。

因此，大部分注射过程是在粘结剂熔点之 上的温度完成的。

喂料混合物在剪切作用下，颗粒会聚巢，排列和产生流线，在剪切速率增加时，会有效地减低黏度，这类似于赛车一辆跟在一辆后面，以减小阻力。

因为这种效应，我们可能看到剪切速率每增加 10 倍，黏度降低 10 倍，这被称为剪切变稀。

一个负面的结果就是颗粒会从粘结剂中分离，所以剪切速率太高或粘 结剂黏度太低都是有害的。