첨단 제조: 세라믹 사출 성형의 부상

의 응용 프로그램 세라믹 주입 성형 기술

급속한 발전으로오후CIM 기술의 도입으로 세라믹 사출성형 제품이 일부 분야에 적용되고 있습니다.

1. 스위스 시계 케이스의 3분의 1은 세라믹 분말 사출 성형 기술을 사용하여 생산되며, 소재는 마모되지 않는 세라믹 소재인 지르코니아입니다.
2. 일본에서는 내부 구멍 직경이 0.015mm인 지르코니아 파이버 커넥터를 산업화했습니다.
3. 미국은 지르코니아 헤어 클리퍼 생산과 엔진에 실리콘 질화물 구성 요소를 적용하는 것을 실현했습니다.
4. 국가중점연구소에서 정밀 이중나선형 믹서용 세라믹 라이닝 및 이중나사 세라믹 노즐을 개발 분말 야금 중국 중남이공대학교의 연구진이 지르코니아 센서를 개발했습니다. 이 센서는 화중과학기술대학교 재료과학기술학원에서 성공적으로 개발되었습니다. CIM 기술.

세라믹 사출성형의 기본 공정 흐름도

분말, 결합제, 분산제, 윤활제 -- 혼합 -- 탈기 과립화 -- 주입 -- 탈지 -- 소결 -- 제품 테스트

세라믹 분말 요구 사항을 위한 세라믹 사출 성형 기술

1. 분말은 높은 한계 충전 밀도와 낮은 비용을 위해 특별히 제조되어야 합니다.
2. 가루가 뭉치지 않습니다.
3. 분말의 모양은 대부분 구형이다.
4. 바인더 제거 후 빌릿의 변형이나 붕괴를 방지하기 위해 분말 사이에 충분한 마찰력이 있어야 합니다. 대부분의 경우, 자연 경사각은 55° 이상이어야 합니다.
5. 빠른 소결을 용이하게 하기 위해서는 일반적으로 1μm 미만의 작은 평균 입자 크기를 가져야 합니다.
6. 분말 자체는 밀도가 높고 내부 기공이 없습니다.
7. 분말의 표면은 깨끗하며 결합제와 화학적으로 반응하지 않습니다.

사출성형 바인더 시스템

사출성형에서 바인더는 두 가지 기본 기능을 갖습니다.

첫째, 사출성형 단계에서 분말을 균일하게 혼합할 수 있으며, 가열 후 분말의 유동성이 양호하다.

둘째, 바인더는 사출성형 후와 탈지과정에서 차체의 모양을 유지할 수 있다.

바인더는 분말 사출 성형 기술의 핵심이자 핵심이라고 할 수 있으며, 사출 성형 공정의 개선과 혁신은 새로운 결합 시스템의 탄생을 동반합니다. CIM(Chemical Injection)에서는 분말 입자 크기가 금속 분말 사출 성형보다 작기 때문에 분말 자체의 유동성이 낮고, 혼합 후 분말과 바인더 사이의 간격이 매우 좁아 탈지가 어려워 바인더에 대한 요구 사항이 더욱 까다로워집니다. 따라서 세라믹 사출 성형용 바인더로서 다음과 같은 조건을 충족해야 합니다.

1. 유동성이 좋습니다. 사출 성형 시 점도는 적당해야 하며, 너무 높으면 분말이 바인더에 효과적으로 분산되지 않아 혼합이 어려울 뿐만 아니라 균일하게 혼합된 빌릿을 얻기 어려워 성형 불량이 발생하기 쉽습니다. 점도가 너무 낮으면 세라믹 분말과 바인더의 박리가 발생하고, 점도가 온도에 따라 너무 크게 변동하면 불량이 발생합니다.

2. 바인더는 분말을 잘 적시고 분말에 대한 접착력이 우수해야 합니다. 일반적으로 바인더의 습윤 성능을 향상시키기 위해 혼합물의 점도를 낮추고 유동성을 높이기 위해 계면활성제를 첨가해야 합니다. 동시에, 바인더는 입자를 적셔 모세관력을 형성하여 입자를 흡착하고 본체의 변형을 방지합니다. 빌릿의 안정성을 보장하기 위해 분말은 바인더에 대해 불활성이어야 합니다.

3. 바인더는 다성분 유기물로 구성됩니다. 단일 유기 바인더로는 유동성 요건을 충족하기 어려우며, 한 성분이 탈지된 후 개방 기공이 형성되어 나머지 바인더가 배출되기 쉽습니다. 실제 실험 결과, 다성분 바인더의 탈지 속도가 단일 성분 바인더보다 훨씬 빠르고 결함 발생률도 훨씬 낮은 것으로 나타났습니다. 물론, 다성분 바인더를 포함한 유기 폴리머는 서로 호환됩니다.

4. 바인더는 높은 열전도율과 낮은 열팽창 계수를 가지고 있습니다. 이는 열응력으로 인한 결함을 방지할 뿐만 아니라, 본체에 가해지는 열충격을 줄여 결함 발생률을 감소시킵니다.

5. 또한, 바인더는 무독성, 무오염, 비휘발성, 비흡습성을 가져야 하며, 순환가열성능이 변화되어서는 안 됩니다.

다양한 바인더 시스템의 장단점 비교

CIM의 여러 공통 바인더는 다음과 같이 구성됩니다.

최근 몇 년 동안 전 세계적으로 다양한 세라믹 분말 사출 성형에 가장 많이 사용되는 바인더는 다음과 같습니다. 표에서 볼 수 있듯이, CIM에 사용되는 바인더는 주로 열가소성 다성분계에 속합니다.

CIM 혼합물의 제조

혼합물은 분말과 바인더의 혼합물입니다. 전체 사출 성형 공정에서 분말과 폴리머 바인더 혼합물의 제조는 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 이 공정에서는 혼합물의 균질성, 유동 특성, 그리고 탈지 특성이 우수해야 합니다.

선택된 혼합 기술에서 가장 중요한 역할은 속도, 온도, 그리고 시간을 일치시키는 것입니다. 그러나 혼합 속도와 온도가 너무 낮으면 혼합 시간이 아무리 길어도 균일한 혼합이 이루어지지 않습니다.

PIM의 유변학적 문제는 주로 혼합물의 점도를 평가하고 특성화하는 것입니다.

사출 성형

사출 성형의 목적은 결함이 없고 원하는 형상의 균일한 입자 배열을 가진 CIM 성형체를 얻는 것입니다. 제조된 혼합물은 일반적으로 일반 플라스틱 사출 성형기에 주입하거나 특수 분말 사출 성형기에 주입할 수 있습니다. 성형 공정 변수에는 일반적으로 사출 온도, 사출 압력, 사출 속도, 압력 유지 시간, 압력 유지 냉각 시간, 그리고 금형 온도가 포함됩니다. 공정 변수가 제대로 관리되지 않으면 다양한 결함이 발생하기 쉽습니다. 사출 결함은 후속 공정에서 제거할 수 없으므로, 이 공정은 엄격하게 관리되어야 하며, 이는 제품 수율 및 재료 활용도 향상에 매우 중요합니다.

지르코니아 사출 성형 부품

세라믹 사출 성형 공정의 결함 제어

사출 성형 공정에서 결함 제어는 두 가지 측면에서 고려될 수 있습니다. 하나는 성형 온도, 압력, 시간 간의 관계 설정이며, 다른 하나는 충전 시 금형 캐비티 내 공급 유동입니다. 대부분의 CIM 제품은 복잡한 형상과 높은 정밀도가 요구되는 소형 부품이기 때문에, 금형 캐비티 내 혼합물 유동은 공급구 위치, 유동 채널 길이, 배출구 위치 등 금형 설계와 관련된 문제를 수반합니다. 이를 위해서는 혼합물 유동 특성, 금형 캐비티 내 온도, 잔류 응력 분포 등의 매개변수를 명확하게 이해해야 합니다.

세라믹 소결

그만큼 소결 공정 주로 세라믹의 입자 크기 성장을 제어하고, 필요한 상재료를 얻고, 높은 소결 밀도와 치밀한 세라믹 소결체를 보장하는 데 사용됩니다.

소결 공정에는 소결 온도와 소결 시간이라는 두 가지 중요한 매개변수가 있습니다.

새로운 세라믹 사출 성형 공정

분말 사출 성형(PCM)은 분말 사출 성형의 새로운 개발입니다. 이 기술은 이중 배럴 사출 성형기를 사용하여 두 가지 다른 분말/바인더 혼합물을 금형 캐비티에 연속적으로 주입합니다. 이 공정은 완제품 제조 후가 아니라 사출 성형 중에 표면 처리를 할 수 있도록 합니다. 제품의 제조 및 표면 처리가 단일 공정으로 완료될 수 있어 기술적, 경제적 측면에서 매우 매력적입니다.

저압 사출 성형 기술은 사출 공정 자체 측면에서 볼 때 저압 사출 공정이 고압 사출보다 더 뛰어납니다. 1.5~4.0Pa·s 사이의 일반 점도를 0.8MPa 압축 공기로 공급할 수 있으며, 이는 기존 장비의 유압 시스템, 사출 피스톤, 커넥팅로드 시스템을 대체할 수 있습니다. 저압 사출 영역, 사출 그린에서의 낮은 압력 구배, 금형 마모 감소, 비점착성 금형 공급, 사출 피스톤 마모 및 분말/바인더 분리 불량으로 인한 공급 오염 방지 등의 장점이 있습니다. 또한, 에너지 소비량이 적고, 장비 크기가 작으며, 구조가 간단하고 비용이 저렴합니다.