Fabrication avancée : le moulage par injection de céramique en plein essor

Application de Injection de céramique technologie de moulage

Avec le développement rapidePMGrâce à la technologie CIM, les produits de moulage par injection de céramique ont été appliqués dans certains aspects

1. Un tiers des boîtiers de montres suisses sont fabriqués à l'aide de la technologie de moulage par injection de poudre céramique, et le matériau est la zircone, un matériau céramique qui ne s'use jamais.
2. Le Japon a industrialisé des connecteurs en fibre de zircone avec un diamètre de trou intérieur de 0,015 mm.
3. Les États-Unis ont réalisé la production de tondeuses à cheveux en zircone et l'application de composants en nitrure de silicium dans les moteurs.
4. Développé revêtement en céramique de mélangeur à double hélice de précision et buses en céramique à double filetage dans le laboratoire clé de l'État de métallurgie des poudres de l'Université de technologie du Centre-Sud de Chine. Le capteur en zircone a été développé avec succès par l'École des sciences et technologies des matériaux de l'Université des sciences et technologies de Huazhong à l'aide Technologie CIM.

Diagramme de flux de processus de base du moulage par injection de céramique

Poudre, liant, dispersant, lubrifiant -- mélange -- dégazage granulation -- injection -- dégraissage -- Frittage -- Test de produit

Technologie de moulage par injection de céramique pour les besoins en poudre céramique

1. La poudre doit être spécialement préparée pour une densité de remplissage limite élevée et un faible coût.
2. La poudre ne s'agglomère pas.
3. La forme de la poudre est principalement sphérique.
4. Le frottement entre les poudres est suffisant pour éviter la déformation ou l'affaissement de la billette après le retrait du liant. Dans la plupart des cas, l'angle de pente naturel doit être supérieur à 55°.
5. Pour faciliter un frittage rapide, la taille moyenne des particules doit être faible, généralement inférieure à 1 μm ;
6. La poudre elle-même est dense, sans pores internes ;
7. La surface de la poudre est propre et ne réagit pas chimiquement avec le liant.

Système de liant pour moulage par injection

Les liants dans le moulage par injection ont deux fonctions principales.

Tout d’abord, la poudre peut être mélangée uniformément dans l’étape de moulage par injection, et la poudre peut avoir une bonne fluidité après chauffage ;

Deuxièmement, le liant peut maintenir la forme du corps après le moulage par injection et pendant le dégraissage.

On peut dire que le liant est au cœur de la technologie du moulage par injection de poudre, et chaque amélioration et percée du procédé s'accompagne de l'apparition d'un nouveau système de liaison. En moulage par injection de poudre, la granulométrie de la poudre étant plus petite que celle du moulage par injection de poudre métallique, la fluidité de la poudre elle-même est faible et l'espace entre la poudre et le liant après mélange est très faible, ce qui rend le dégraissage difficile, ce qui impose des exigences plus strictes au liant. Par conséquent, pour un liant destiné au moulage par injection de céramique, les conditions suivantes doivent être respectées :

1. Bonne mobilité. La viscosité du moulage par injection doit être modérée. Une viscosité trop élevée empêche la dispersion efficace de la poudre dans le liant, ce qui rend le mélange difficile et rend difficile l'obtention d'une billette homogène, favorisant ainsi les défauts de moulage. Une viscosité trop faible peut entraîner un délaminage de la poudre céramique et du liant. La viscosité ne doit pas fluctuer excessivement avec la température, sous peine d'apparition de défauts.

2. Le liant doit pouvoir bien mouiller la poudre et assurer une bonne adhérence. Pour améliorer son pouvoir mouillant, il est généralement nécessaire d'ajouter des tensioactifs afin de réduire la viscosité du mélange et d'en augmenter la fluidité. Parallèlement, le liant mouille les particules pour créer une force capillaire qui les adsorbe et prévient leur déformation. Pour assurer la stabilité de la billette, la poudre doit être inerte par rapport au liant.

3. Le liant est composé de matières organiques multicomposants. Un liant organique seul peut difficilement satisfaire aux exigences de fluidité. Après dégraissage de l'un des composants, une porosité ouverte se forme, favorisant l'élimination du liant restant. La pratique a démontré que le taux de dégraissage d'un liant multicomposant est bien plus rapide que celui d'un liant monocomposant, et que les défauts sont bien moindres. Bien entendu, les polymères organiques sont compatibles avec les liants multicomposants.

4. Le liant présente une conductivité thermique élevée et un faible coefficient de dilatation thermique. Cela permet non seulement d'éviter les défauts causés par les contraintes thermiques, mais aussi de réduire les chocs thermiques subis par le corps et de limiter les défauts.

5. De plus, le liant doit également être non toxique, non polluant, non volatil, non absorbant l'humidité et les performances de chauffage cyclique ne doivent pas changer.

Comparaison des avantages et des inconvénients de différents systèmes de liants

Plusieurs liants courants dans le CIM sont composés

Ces dernières années, les liants les plus couramment utilisés dans le moulage par injection de poudre céramique ont été les plus utilisés dans le monde. Comme le montre le tableau, les liants utilisés en CIM appartiennent principalement au système multicomposant thermoplastique.

Préparation du mélange CIM

Un mélange est un mélange de poudre et de liant. Dans tout le processus de moulage par injection, la préparation du mélange poudre-liant polymère est l'une des étapes les plus importantes. Ce procédé exige que le mélange présente une bonne homogénéité, de bonnes propriétés rhéologiques et de bonnes caractéristiques de dégraissage.

Pour la technologie de mélange choisie, l'objectif principal est d'adapter la vitesse, la température et la durée de mélange. Cependant, si la vitesse et la température de mélange sont trop basses, le temps de mélange ne sera pas uniforme, quelle que soit la durée.

Le problème rhéologique du PIM est principalement l'évaluation et la caractérisation de la viscosité du mélange.

Moulage par injection

Le moulage par injection vise à obtenir un corps moulé CIM sans défaut et présentant une disposition uniforme des particules, à la forme souhaitée. Le mélange préparé peut généralement être injecté dans une presse à injecter plastique classique ou dans une presse à poudre spéciale. Les paramètres du procédé de moulage comprennent généralement la température, la pression et la vitesse d'injection, le temps de maintien de la pression, le temps de refroidissement et la température du moule. Un contrôle insuffisant des paramètres du procédé peut facilement entraîner l'apparition de défauts. Les défauts d'injection ne peuvent être éliminés par la suite ; un contrôle rigoureux de ce procédé est donc essentiel pour améliorer le rendement et l'utilisation des matériaux.

Pièces moulées par injection en zircone

Contrôle des défauts dans le processus de moulage par injection de céramique

La maîtrise des défauts dans le procédé de moulage par injection peut être envisagée sous deux angles : d’une part, la relation entre la température, la pression et la durée de moulage est définie ; d’autre part, le débit d’alimentation dans la cavité du moule lors du remplissage. La plupart des produits CIM étant de petites pièces aux formes complexes et exigeant une précision élevée, le débit du mélange dans la cavité du moule implique des problèmes de conception, notamment l’emplacement de l’orifice d’alimentation, la longueur du canal d’écoulement, l’emplacement de l’évent, etc., ce qui nécessite une compréhension précise des paramètres d’écoulement du mélange, de la température dans la cavité du moule et de la répartition des contraintes résiduelles.

Frittage de céramique

Le processus de frittage est principalement utilisé pour contrôler la croissance de la taille des grains de céramique, obtenir les matériaux de phase requis et assurer la densité de frittage élevée et le corps fritté en céramique dense.

Le processus de frittage comporte deux paramètres importants : la température et le temps de frittage.

Nouveau procédé de moulage par injection de céramique

Le moulage par co-injection de poudre (PCM) est un nouveau développement du moulage par injection de poudre. Cette technique utilise une presse à injecter à double corps pour injecter successivement deux mélanges poudre/liant différents dans la cavité du moule. Ce procédé permet d'effectuer le traitement de surface pendant le moulage par injection, plutôt qu'après la préparation du produit fini. La préparation et le traitement de surface du produit peuvent être réalisés en une seule opération, ce qui est très avantageux d'un point de vue technique et économique.

Technologie de moulage par injection basse pression, en termes de processus d'injection lui-même, le processus d'injection basse pression est meilleur que l'injection haute pression. L'alimentation d'une viscosité générale comprise entre 1,5 et 4,0 Pa.s peut être réalisée avec de l'air comprimé de 0,8 MPa, ce qui permet de supprimer le système hydraulique, le piston d'injection et le système de bielle des équipements traditionnels. On constate les avantages d'une zone d'injection basse pression : faible gradient de pression dans l'ébauche d'injection, faible usure du moule, alimentation anti-adhérente du moule, et absence de pollution due à l'usure du piston d'injection et à la non-séparation poudre/liant. De plus, l'équipement se caractérise par une faible consommation d'énergie, un encombrement réduit, une structure simple et un faible coût.