喂料制備

喂料是粉末和粘結(jié)劑的混合物。注射工藝要求注射喂料有良好的流動性，這就須選擇符合要求的粉末和適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑體系，按一定的裝載量配比，在一定的溫度下采用適當(dāng)?shù)姆椒ɑ鞜挸删鶆虻淖⑸涑尚臀沽希@樣才能保證后續(xù)工藝的順利進(jìn)行，其產(chǎn)品才有可能從實驗室走向高技術(shù)市場。所以喂料制備在整個工序中非常關(guān)鍵。

脫脂工藝

脫脂是通過加熱及其他物理方法將成型件體內(nèi)的有機(jī)物排除并產(chǎn)生少量燒結(jié)的過程。與配料、成型、燒結(jié)及陶瓷部件的后加工過程相比，脫脂是注射成型中最困難和最重要的因素。脫脂過程不正確的工藝方式和參數(shù)使產(chǎn)品收縮不一致，導(dǎo)致變形、開裂、應(yīng)力和夾雜。脫脂對之后的燒結(jié)工藝也很重要，在脫脂過程中產(chǎn)生的裂紋和變形不能通過燒結(jié)來彌補(bǔ)。粘結(jié)劑和脫脂是聯(lián)系在一起的，粘結(jié)劑決定脫脂方式。目前的脫脂工藝除了傳統(tǒng)的熱脫脂、溶劑脫脂外，還有近幾年發(fā)展起來的催化脫脂以及水基萃取脫脂。

（1）熱脫脂

熱脫脂是比較常用的一種脫脂方法，通過加熱方法把坯體中的有機(jī)粘結(jié)劑熔融、揮發(fā)和裂解來脫除。具體過程是將成形坯加熱到一定的溫度，使粘結(jié)劑蒸發(fā)或熱分解生成氣體小分子，氣體小分子通過擴(kuò)散或滲透方式傳輸?shù)匠尚闻鞅砻妫詈笳辰Y(jié)劑的分解氣體從成形坯表面脫離進(jìn)入外部氣氛。熱脫脂時由于粘結(jié)劑部分受熱軟化，坯體在重力和熱應(yīng)力的作用下易產(chǎn)生粘性流動變形，因此脫脂速率太慢、耗時長。尤其是在脫脂初期，低熔點的有機(jī)物無法排除坯體而在坯體內(nèi)部產(chǎn)生較高壓力，容易導(dǎo)致坯體產(chǎn)生鼓泡、裂紋和變形等缺陷。同時，熱脫脂有尺寸厚度的限制，適合比較小的精密陶瓷部件。

優(yōu)點：價格低廉、理論發(fā)展比較成熟，應(yīng)用比較廣泛；

缺點：效率低、時間長，且易產(chǎn)生缺陷，僅限于小截面產(chǎn)品（通常在5mm以內(nèi)）如陶瓷插芯、套管以及智能穿戴消費電子產(chǎn)品等。

（2）溶劑脫脂

溶劑脫脂首先是溶劑分子擴(kuò)散進(jìn)入CIM成型坯，然后粘結(jié)劑溶解于溶劑中形成粘結(jié)劑—溶劑溶體，粘結(jié)劑分子在成型坯內(nèi)通過粘結(jié)劑—溶劑溶體擴(kuò)散至成型坯表面，擴(kuò)散到成型坯表面的粘結(jié)劑分子脫離成型坯進(jìn)入溶劑溶液中。

溶劑脫脂有兩部分組成，第一組分的有機(jī)物（如石蠟、植物油等），可以很好的溶解在某些烷烴溶劑（如煤油、正庚烷、石油醚、或溶劑油）中；另一組分是不溶于溶劑的高分子（聚乙烯，聚丙烯等），在可溶性組分脫除后起到支撐坯體強(qiáng)度的作用。殘存的有機(jī)載體和溶劑可最后通過快速加熱完全脫除。

優(yōu)點：1）效率高，脫脂時間短；2）聚合物不溶解，脫脂時仍可保持坯體不變形；3）化學(xué)萃取后，在坯體中形成連續(xù)通道，能將后續(xù)熱脫脂過程縮短至數(shù)小時。

缺點：易產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象，造成坯體開裂；增加了溶劑的排除過程，且一些有機(jī)溶劑含有毒性，不環(huán)保，這些溶劑都必須進(jìn)行回收處理，增加了部分成本。

應(yīng)用：有機(jī)溶劑(油)脫脂效率高于熱脫脂，且有利于較厚截面和較大尺寸陶瓷產(chǎn)品制備，如陶瓷表圈、齒輪、陶瓷杯等；手機(jī)及智能穿戴產(chǎn)品，喂料制備和脫脂成本較低，實用性強(qiáng)。

（3）催化脫脂

利用一種催化劑把有機(jī)載體分子分解為較小的可揮發(fā)的分子，這些分子比其他脫脂過程中的有機(jī)載體分子有較高的蒸汽壓，能迅速地擴(kuò)散出坯體。這種技術(shù)是由德國BASF公司開發(fā)的。

特點：粘結(jié)體系一般是由聚甲醛樹脂和起穩(wěn)定作用的添加劑組成，催化脫脂是直接氣固反應(yīng)，反應(yīng)溫度一般在110~150℃，低于聚甲醛樹脂的熔點，防止液相生成。這樣就避免了熱脫脂過程中由于生成液相而導(dǎo)致生坯軟化，或由于重力、內(nèi)應(yīng)力或粘性流動影響而產(chǎn)生的變形和缺陷。所以它最大的優(yōu)點是可以坯體的缺陷非常好控制，適合做大尺寸的產(chǎn)品。

優(yōu)點：脫脂速度快，坯體變形和缺陷少，精度高，更適合大尺寸或厚截面陶瓷產(chǎn)品的制備，如陶瓷噴嘴、軸承球、汽車裝飾件等；

缺點：特制的粘結(jié)劑，喂料制備難度大，流動性較差，成本較高，目前國內(nèi)應(yīng)用較少。

（4）水基萃取脫脂

水基萃取脫脂是在萃取脫脂工藝的基礎(chǔ)上，經(jīng)過改進(jìn)而發(fā)展起來的一種新型的脫脂方法。美國TPT公司已把這種工藝應(yīng)用于生產(chǎn)(Thermal方法)。

水基萃取脫脂所用的粘結(jié)劑體系分為兩部分：一部分是水溶性的，如聚乙二醇（PEG）、聚環(huán)氧乙烷（PEO）等，可通過水的濾取排除；另一部分是不溶于水的，如采用交聯(lián)聚合物如聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等，一般采用加熱的方式脫除。

脫脂也分為兩個階段進(jìn)行：首先坯體浸于水，水溶性的粘結(jié)劑通過水的瀝取作用而被脫除，然后部分不溶于水的粘結(jié)劑可通過加熱等方法進(jìn)行脫除。這要求水溶性和不溶的兩部分粘結(jié)劑在液態(tài)下能完全混溶，且混溶過程快，在不需要很多能量下30分鐘內(nèi)就可以完成，并形成均勻的異相溶液。坯體在40~60℃的水中脫脂，為控制瀝取速度和水對坯體的影響，水要經(jīng)過去離子處理或加入一些特殊的添加劑，如抗腐蝕劑、抗氧化劑等，此外水要不停的攪動。一般在3小時之內(nèi)就可把水溶性粘結(jié)劑脫完，這時坯體內(nèi)已形成連續(xù)的孔道，為不溶性粘結(jié)劑的脫脂提供便利的路徑，一般熱脫除時間為2小時左右。

水脫脂對于厚截面陶瓷部件脫脂有優(yōu)勢，具備脫脂速度快、時間短、無污染，設(shè)備投資相對較少等優(yōu)點，因此成為脫脂的重要研究方向。目前清華大學(xué)和德國陶瓷公司正在開發(fā)和測試該技術(shù)。