粉末微注射成形技術(shù)

近年來，微系統(tǒng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展非常迅速，同時(shí)也對(duì)應(yīng)用于微型工程中的三維微型復(fù)雜元器件的制造提出了更高的要求，希望微型器件在具備滿足使用要求性能的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。微系統(tǒng)中主要的元器件包括微型模具、用于傳感器和jia速器上的微型機(jī)械結(jié)構(gòu)、生物傳感器、微型流體元件、微型反應(yīng)器等。這些元器件形狀復(fù)雜、體積微小，采用現(xiàn)有的微型加工技術(shù)如微型切削、激光切削、硅刻蝕技術(shù)等，生產(chǎn)效率低，無法開展大規(guī)模生產(chǎn)，而近年來在粉末注射成形基礎(chǔ)上發(fā)展起來的粉末微注射成形工藝為實(shí)現(xiàn)微型元器件規(guī)?；a(chǎn)提供了zui具潛力的制備技術(shù)。

　　粉末微注射成形技術(shù)是指針對(duì)尺寸小于1微米的零件在傳統(tǒng)粉末注射成形技術(shù)基礎(chǔ)上所開發(fā)的一種成形技術(shù)，主要應(yīng)用于連續(xù)制造具有微觀結(jié)構(gòu)表面與微型結(jié)構(gòu)的零件，其基本工藝步驟與傳統(tǒng)的粉末注射成形基本相同，所制備零件的表面質(zhì)量與孔隙度可通過選擇原始粉末與適宜的燒結(jié)條件來控制。與傳統(tǒng)粉末注射成形不同的是，粉末微注射成形為了便于制造微小結(jié)構(gòu)，所選擇的粉末平均粒徑一般小于1~2微米;其次，由于粉末比表面積增大，需要粘度較低但有足夠強(qiáng)度的粘結(jié)劑，以利于微注射成形并避免生坯件脫模時(shí)損壞。另外，為了防止變形、裂紋及氣泡的產(chǎn)生，微注射成形技術(shù)對(duì)脫脂和燒結(jié)的工藝條件更加苛刻。

　　目前，國際上開展該技術(shù)研究的主要國家有德國、日本、新加坡、美國和英國。其中，MIM粉末冶金，德國開展并取得了突出的成果。國內(nèi)的北京科技大學(xué)、中南大學(xué)以及大連理工大學(xué)也在該領(lǐng)域進(jìn)行了一系列研究工作。如北京科技大學(xué)研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適用于傳統(tǒng)注射成形機(jī)的粉末微注射成形用模具;并以羰ji鐵粉和鐵鎳合金粉為原料，在傳統(tǒng)注射成形機(jī)上成功實(shí)現(xiàn)了粉末微注射成形齒頂圓直徑小于1毫米的微型齒輪。

金屬微注射成型技術(shù)（μ-MIM）

微機(jī)械或微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是20世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來的一門新興的交叉學(xué)科，已被公認(rèn)為21世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵學(xué)科之一。

微機(jī)械或微機(jī)電系統(tǒng)的實(shí)用化依賴于微細(xì)加工技術(shù)的進(jìn)步，金屬微注射成型技術(shù)是批量化高效率生產(chǎn)高精度、高性能微型金屬或陶瓷零件的一種zui有效的方法。

金屬微注射成型技術(shù)是指利用MIM工藝生產(chǎn)微米尺寸或微米結(jié)構(gòu)金屬或陶瓷零件的一門工藝技術(shù)，一般指尺寸小于1mm或局部微米級(jí)精細(xì)結(jié)構(gòu)的精密零件。

目前，采用適當(dāng)?shù)募?xì)粉，可以制取25~50μm厚、局部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)小于5μm、表面粗糙度大2~3μm的金屬或陶瓷零件。

金屬注射成型零件的尺寸向兩個(gè)極端發(fā)展，微米尺寸精密零件有著巨大的市場容量和發(fā)展?jié)摿?。這些小零件的技術(shù)附加值非常高，例如光纖金屬套、激光導(dǎo)管、印刷電路微型鉆、微電子執(zhí)行器及YA科醫(yī)用等零件，每千克售價(jià)為4000~20000美元。

微注射成型產(chǎn)品在執(zhí)行器、傳感器、袖珍消費(fèi)品、航空航天、電子組裝工具、氧分析儀、過濾器及醫(yī)用*設(shè)備等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

限制微注射成型技術(shù)發(fā)展的主要障礙是精密微細(xì)模具的制造、狹窄縫隙的注射充填及為小零件的操作處理。

生產(chǎn)這類高精度微小零件的模具比常規(guī)模具要精密的多，需要用到各類現(xiàn)金為細(xì)加工技術(shù)，如光刻加工、電鑄加工、微細(xì)切割、微細(xì)電火花加工等。采用LIGA（德文制版術(shù)、電鑄成型和注塑成型三次縮寫）等工藝制造塑料消失模具方法，可以很好地解決上述問題。

金屬注射成形技術(shù)由陶瓷零件的粉末注射成形技術(shù)發(fā)展而來，是一種新型的粉末冶金近凈成形技術(shù)。金屬注射成形技術(shù)技術(shù)的主要生產(chǎn)步驟如下：金屬粉末與粘結(jié)劑混合——制?！⑸涑尚巍撝獰Y(jié)——后續(xù)處理——最終產(chǎn)品該技術(shù)適用于大批量生產(chǎn)性能高、形狀復(fù)雜的小尺寸的粉末冶金零部件，如瑞士的手表業(yè)用來生產(chǎn)手表零件。      近幾十年來，MIM技術(shù)發(fā)展勢頭迅猛，能應(yīng)用的材料體系包括：Fe-Ni合金、不銹鋼、工具鋼、高比重合金、硬質(zhì)合金、鈦合金、鎳基超合金、金屬間化合物、氧化鋁、氧化鋯等。金屬注射成形技術(shù)要求粉末粒度為微米級(jí)以下，形狀近球形。此外對(duì)粉末的松裝密度、搖實(shí)密度、粉末長徑比、自然坡度角、粒度分布也有一定的要求。目前生產(chǎn)金屬注射成形技術(shù)用粉末的主要方法有：水霧化法、氣體霧化法、羰基法。常用的不銹鋼金屬的粉末牌號(hào)有：304L，316L， 317L，粉末冶金結(jié)構(gòu)件，410L，430L，434L，440A，440C，17-4PH等。

     對(duì)于水霧化法其制作流程為：

     選用不銹鋼原料——中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔化——成份調(diào)整——脫氧除渣——霧化制粉——質(zhì)量檢測——篩分——包裝入庫主要用到的設(shè)備有：中頻感應(yīng)熔爐、高壓水泵、全封閉式制粉裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設(shè)備、檢測儀器等。

    對(duì)于氣霧化法其制作流程為：

    選用不銹鋼原料——中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔化——成份調(diào)整——脫氧除渣——霧化制粉——質(zhì)量檢測——篩分——包裝入庫主要用到的設(shè)備有：中頻感應(yīng)熔爐、氮?dú)庠春挽F化裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設(shè)備、檢測儀器等。

每種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)：水霧化法是主要的制粉工藝，其效率高、大規(guī)模生產(chǎn)比較經(jīng)濟(jì)，粉末冶金表扣，可使粉末細(xì)微化，但形狀不規(guī)則，這有利于保形，但所用粘結(jié)劑較多，影響精度。此外，水與金屬高溫反應(yīng)形成的氧化膜妨礙燒結(jié)。氣體霧化法是生產(chǎn)金屬注射成形技術(shù)用粉的主要方法，它生產(chǎn)的粉末為球形，氧化程度低，所需粘結(jié)劑少，成形性好，但極細(xì)粉收率低，價(jià)格高，保形性差，且粘結(jié)劑中的C，N，H，橋頭鎮(zhèn)粉末冶金，O對(duì)燒結(jié)體有影響。羰基法生產(chǎn)的粉末純度高、開頭穩(wěn)定、粒度極細(xì)，它最適合于 MIM，但**于Fe，Ni等粉體，不能滿足品種的要求。為了滿足金屬注射成形技術(shù)用粉的要求，許多制粉公司對(duì)上述方法進(jìn)行了改進(jìn)，還發(fā)展了微霧化、層流霧化等制粉方法。現(xiàn)在通常是水霧化粉和氣霧化粉混合使用，前者提高振實(shí)密度后者維持保形性。目前采用水霧化粉也可生產(chǎn)相對(duì)密度大于99%的燒結(jié)體，因此較大型零件只使用水霧化粉，較小型零件使用氣霧化粉

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