为什么粉末共注射成形将从根本上推动现有产业的发展？

扫地僧

为什么粉末共注射成形将从根本上推动现有产业的发展？

作者简介何浩博士
中南大学粉末冶金研究院博士后，师从李益民教授进行博士学位论文“粉末共注射及共烧结过程的研究”。

湖南英捷高科技有限责任公司研发部负责人、湖南瀚德微创医疗科技有限公司研发部负责人。从事金属注射成形新工艺、新材料的研发工作。

作为项目成员参与了国家高技术研究发展计划项目（863）“金属粉末注射共注射成形技术的研究”（2007AA03Z114），国家自然科学基金“基于存在填隙流体的离散元法对粉末注射成形多相充模流动过程的研究”（51075405），国家重点实验室自主课题，湖南省产学研结合重大项目“粉末注射成形制备一次性微创手术器械关键零部件及成套件”（2009XK6022），有色基金项目“具有芯壳层结构硬质合金零部件的粉末共注射制备技术研究”的工作。

负责了湖南省自然科学基金、湖南省科技计划、中南大学博士后基金、中央高校青年教师助推基金，提出了异种粘结剂辅助成形工艺中共注射和共烧结相容性、脱脂控制步骤判定标准和动力学理论等创新学术概念。先后发表论文24篇，申请专利11项，获得6项。

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一、粉末共注射技术简介


传统的粉末注射成形机只有一套注射单元，只能制备单一材料的产品。粉末共注射成形技术采用粉末共注射成形机，里面有两套或更多套注射单元，每一套注射单元可以注射不同的材料，可以制备由多种材料组成的零部件。

二、按照注射方式的不同，粉末共注射技术可以大致分为三种：


第一种称为双色共注射成形，其过程为首先注射一种材料，待第一种材料冷却后，通过旋转模具，将第二种材料注射在第一种材料上面，成形出产品。产品的结构特点为层状结构或镶嵌结构。代表性产品为这种陶瓷内齿轮。

第二种称为同步共注射成形，其特点是将两种不同的材料同时注射进入型腔。所得到的产品的结构特点为层状结构，如这种陶瓷发热体。

第三种称为夹芯共注射成形，其特点是将两个独立的注射单元通过一个的喷嘴连接起来，首先，在模具型腔内注入第一种材料，在其没有凝固时，注射第二种材料到第一种材料内部，最后再注射第一种喂料封模。所得到第一种材料将第二种材料包覆在里面的芯壳层结构。比如具有芯壳层结构的齿轮零部件。

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三、粉末共注射成形技术有很多的优势，其中较为重要的有以下三点：


第一点：可以大幅降低零件的成本。对于齿轮、磨球、坠子等零部件，可以将其做成芯壳层结构，芯部换成低成本材料、循环利用的废料；而外层材料不变，在不影响其性能的前提下可以降低零件的成本。

第二点：可以大幅提高零件的性能。如硬质合金刀具，外部细晶粒硬质合金，具有高的硬度，内芯采用粗晶粒硬质合金，可以提高韧性。这样既提高耐磨性，又提高使用寿命。

第三点：可以设计和开发具有全新结构的零件。
比如：全封闭型中空零部件，采用夹芯注射工艺，但芯层材料用聚合物之类的材料，通过脱脂过程将芯层脱除，再烧结得到。采用这种方法得到的零件可以大幅降低零件的重量和成本。

四、核心工艺难点


第一个问题就是共注射过程界面形貌控制。这个问题对于双色和同步共注射比较简单，但夹芯粉末共注射成形中，容易出现两个问题，第一个是注射时出现前沿突破，第二个是产品不同位置的芯壳层厚度，从而影响产品的性能。

第二个问题在于共注射完成之后，我们需要将两种不同的材料通过共烧结结合到一起。但两种材料的烧结收缩行为不同，这样在烧结的过程中就由于收缩不一致产生界面应力，从而导致界面结合强度降低，严重的时候导致开裂。

粉末共注射成形技术为功能零部件的设计和开发提供了一条全新的思路，为粉末注射成形产业开辟了全新的产品类型和市场，是今后本产业发展的必然趋势。粉末共注射成形技术的开发需要解决好两个主要的问题。一个是共注射过程的形貌控制，一个是异种材料共烧结的相容性。在此基础上，不断开发、积累适合于共注射共烧结的材料体系和产品，是在将来的市场竞争中取得先机的必要工作。

dickych

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