[发明专利]一种注射成型制造齿状异形陶瓷部件的方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能陶瓷制备技术领域，特别涉及一种注射成型制造齿状异形 陶瓷部件的方法。

背景技术

多齿氧化物陶瓷部件在机械、化工和汽车等领域有广泛的应用，例如氧化锆 或氧化铝陶瓷齿轮和陶瓷螺旋等。目前制造这种多齿氧化物陶瓷部件的方法包括 等静压、干压、注浆和热压铸等方法。陶瓷干压成型虽然效率较高，但成型产品 存在密度差异、显微结构不均匀的现象，同时不易成型复杂形状和异形产品；冷 等静压成型可得到高密度和高均匀性的成型坯体，但难以成型形状复杂的陶瓷零 部件，且成型效率低和手工操作多。陶瓷注浆成型虽可成型异形产品，达到近净 尺寸，但成型坯体易产生密度不均和成分偏析，成型尺寸精度低和产品可靠性下 降等问题，并且成型为手工操作以及坯体干燥效率低。热压铸成型最大的问题生 产周期长，是效率低下，排除石蜡等有机粘结剂需要几十甚至上百小时，且排蜡 过程中容易产生气孔和开裂等缺陷。

陶瓷注射成型技术源于塑料注射成型技术，可以实现快速、精密制造复杂形 状陶瓷部件。陶瓷注射成型中，陶瓷颗粒的流动性是靠颗粒表面包覆的高含量有 机粘结剂实现的，有机粘结剂的含量(重量比)在陶瓷注射混合料中为10-20％ 之间。成型坯体中的这些有机粘结剂在烧结之前必须排除，即需要进行脱脂。过 去陶瓷注射成型主要采用缓慢加热的方法进行脱脂，使有机粘结剂分解逐渐排 除，需要几十个小时甚至100小时以上，时间长，效率低，并且在脱脂过程中容 易产生开裂和变形等缺陷，因此限制了陶瓷注射成型的应用，特别是要制备多齿 状异型陶瓷类产品非常困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种注射成型制造齿状异形陶瓷部件的方法。

一种注射成型制造齿状异形陶瓷部件的方法，其特征在于，该方法步骤为：

(1)混合陶瓷粉体和有机粘结剂：将陶瓷粉体和有机粘结剂混合均匀得到注射 成型混合料，所述注射成型混合料中，陶瓷粉体的重量百分含量为81-90％，有 机粘结剂的重量百分含量为10-19％；

所述陶瓷粉体为氧化锆、氧化铝或莫来石中的一种或几种；

所述有机粘结剂由非水溶性粘结剂、水溶性粘结剂、表面活性剂、低熔点有 机物和增塑剂组成，各组分重量百分含量为：非水溶性粘结剂：15-30％；水溶性 粘结剂：45-65％；表面活性剂：1-5％；低熔点有机物：5-11％；增塑剂：1-11％；

(2)注射成型：注射成型混合料在注射成型机上注射成型得到坯体，注射温度 在175-195℃之间，注入模具后在2分钟内脱模得到成型坯体；

(3)水萃取脱脂：将注射成型得到的坯体放入水中，溶解脱除部分水溶性有机 粘结剂，水的温度在30-50℃，脱脂时间在6-8小时，水萃取脱脂后的坯体在烘 箱中充分干燥；

(4)热脱脂：将干燥后的坯体放入电加热炉内，进行热脱脂，脱除非水溶性粘 结剂和剩余的水溶性有机粘结剂，以5-8℃/min的升温速率升温至550℃，保温 2-3小时；

(5)烧结：热脱脂后的坯体进行烧结，烧结温度在1350-1550℃之间，保温1-4 小时，随炉冷却，得到陶瓷部件。

步骤(1)中，所述混合陶瓷粉体和有机粘结剂在双辊开炼机或双螺旋密炼机上 进行，陶瓷粉体和非水溶性粘结剂在180-190℃下混炼5-10分钟；温度降至170 ℃加入表面活性剂，混炼5-10分钟；温度降至150℃，加入水溶性粘结剂和低熔 点有机物，混炼10-15分钟；混炼温度降至120℃，加入增塑剂，混合10-15分 钟；最后冷却破碎得到注射成型混合料，混合料破碎后的颗粒小于3mm。

所述非水溶性粘结剂为两种高聚物的组合，所述高聚物一种选自聚对苯二甲 酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯，另一种选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇 缩丁醛。

所述水溶性粘结剂为聚乙二醇、聚乙烯醇或聚氧化乙烯。

所述表面活性剂为硬脂酸或油酸。

所述增塑剂为对苯二甲酸二丁酯、对苯二甲酸二辛酯或对苯二甲酸二戊酯。

所述低熔点有机物为微晶石蜡、巴西棕榈蜡或蜂蜡。

步骤(3)中，所述干燥温度为40-60℃。

所述烧结在硅钼棒发热体的烧结炉或者天然气高温窑炉中进行。