一、喂料制备

与塑料相比较，金属、陶瓷和其他无机材料通常具有更高的性能——强度高，韧性高，刚度高或者具有更好的传导性能、磁学性能、耐磨性和高温性能。粉末注射成形（PIM）将金属或陶瓷的性能与仅用于塑料的成形技术——注射成形二者有效地结合在一起。

在PIM工艺中，细小的粉末直径通常只有人头发直径的20%，被注入到模具中得到期望的形状，并通过烧结获得所需的性能。烧结是一个热处理过程，高分子粘结剂在成形过程中润滑和粘接粉末颗粒。此后，粘结剂被去除，留下的低强度多孔结构在烧结过程中被增强，成为致密的固体。

PIM工艺过程示意图

PIM工艺派生出很多种，反映了粉末、粘结剂、注射技术、脱脂方法和烧结炉的不同组合。然而，所有种类中都存在如下三个关键的技术领域：

（1）喂料（粉末和粘结剂的混合物）

（2）注射成形（注射成形工具，将喂料成形）

（3）热加工（粘结剂被去除，粉末颗粒被烧结）

喂料是用于注射成形的粉末和粘结剂的混合物。下图是用于PIM的典型气雾化不锈钢粉末的扫描电子显微镜（SEM）形貌。粉末近似呈球形，具有一定的尺寸分布范围，使得颗粒能够很好地组合在一起。常用的PIM粘结剂是石蜡——高分子的混合物。粘结剂在加热后呈液态，可以将粉末运送到模具的型腔内。在注射周期的最后，粘结剂冷却凝固，具备足够的强度，可以防止注射后的坯件在顶出过程中被损坏。

用于PIM的典型气雾化不锈钢粉末的扫描电子显微镜（SEM）形貌

当粉末与熔融的粘结剂混合在一起，黏度（搅拌阻力）会增加。在PIM中，在合理的范围内，人们期望能够加入尽量多的粉末，但是不能使得混合物的黏度很大，超过一个临界点，从而造成注射困难。太多的粘结剂是不希望的，因为在脱脂的过程中零件的形状难以保持。

二、注射

将喂料变成工程定义的形状是在注射机上完成的。对于每个零件，模具设计放大了尺寸，用于补偿在烧结过程中发生的收缩。在生产中，喂料被加热至高分子熔化，然后被压入到型腔内。在注射过程中，固体颗粒和熔融高分子材料的混合物具有类似于牙膏的黏桐度。一旦模具被填满，喂料被冷却凝固成期望的形状。在足够冷却后，刚性的零件被从模具中顶出。注射过程如此重复进行，典型的周期是几秒钟一次。

注射机的示意图

PIM使用的成形机器在本质上和注射成形使用的机器是一样的。注射机由加载料粒的料斗，用来压缩和熔化高分子材料并具有内部螺杆的加热料筒，注射过程中用于对接模具的喷嘴组成。模具在零件被顶出前是被锁紧的。喂料由料筒末端的喷嘴流出，经主流道、流道和浇口流入型腔。喂料由料筒末端的喷嘴流出，经主流道、流道和浇口流入型腔。

在注射过程中，熔融的喂料通过浇口进入型腔。在螺杆作柱塞运动时，模具的填充过程通常在1s之内完成。薄的排气口需要设置在合适的位置，使得空气可以从模具进料位置对面排出。排气口位于模具中最后被充填的位置，在填充后的冷却过程中，喂料的压力继续保持，防止在粘结剂收缩的过程中产生空洞和缩痕。

薄壁零件会带来注射过程的困难，因此模具在注射过程中需要加热，在充填结束后再进行冷却。这样的加热冷却过程降低了注射效率。然而，对于厚壁零件，模具通常保持低温，以缩短注射周期。

三、热加工

注射坯从模具顶出后，粘结剂被从零件中去除而不损坏粉末结构。这被称为生坯。溶剂脱脂和热脱脂均被用来去除高分子材料。最后的粘结剂在粉末接近烧结温度的时候被蒸发掉。热脱脂是最容易被想到的，也是被最广泛使用的。在热脱脂过程中，注射成形后的零件被缓慢加热，蒸发和分解高分子粘结剂。采用这种脱脂方法，大部分粘结剂是在较低的温度下被蒸发掉的，而骨架高分子保持粉末颗粒在原来位置。脱脂炉的每一个炉子的内壁都保持足够高的温度，保证粘结剂在从炉子内排出前不凝固。

真空脱脂烧结炉

粉体圈 整理

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