一、喂料制備

與塑料相比較，金屬、陶瓷和其他無機材料通常具有更高的性能——強度高，韌性高，剛度高或者具有更好的傳導性能、磁學性能、耐磨性和高溫性能。粉末注射成形（PIM）將金屬或陶瓷的性能與僅用于塑料的成形技術——注射成形二者有效地結合在一起。

在PIM工藝中，細小的粉末直徑通常只有人頭發直徑的20%，被注入到模具中得到期望的形狀，并通過燒結獲得所需的性能。燒結是一個熱處理過程，高分子粘結劑在成形過程中潤滑和粘接粉末顆粒。此后，粘結劑被去除，留下的低強度多孔結構在燒結過程中被增強，成為致密的固體。

PIM工藝過程示意圖

PIM工藝派生出很多種，反映了粉末、粘結劑、注射技術、脫脂方法和燒結爐的不同組合。然而，所有種類中都存在如下三個關鍵的技術領域：

（1）喂料（粉末和粘結劑的混合物）

（2）注射成形（注射成形工具，將喂料成形）

（3）熱加工（粘結劑被去除，粉末顆粒被燒結）

喂料是用于注射成形的粉末和粘結劑的混合物。下圖是用于PIM的典型氣霧化不銹鋼粉末的掃描電子顯微鏡（SEM）形貌。粉末近似呈球形，具有一定的尺寸分布范圍，使得顆粒能夠很好地組合在一起。常用的PIM粘結劑是石蠟——高分子的混合物。粘結劑在加熱后呈液態，可以將粉末運送到模具的型腔內。在注射周期的最后，粘結劑冷卻凝固，具備足夠的強度，可以防止注射后的坯件在頂出過程中被損壞。

用于PIM的典型氣霧化不銹鋼粉末的掃描電子顯微鏡（SEM）形貌

當粉末與熔融的粘結劑混合在一起，黏度（攪拌阻力）會增加。在PIM中，在合理的范圍內，人們期望能夠加入盡量多的粉末，但是不能使得混合物的黏度很大，超過一個臨界點，從而造成注射困難。太多的粘結劑是不希望的，因為在脫脂的過程中零件的形狀難以保持。

二、注射

將喂料變成工程定義的形狀是在注射機上完成的。對于每個零件，模具設計放大了尺寸，用于補償在燒結過程中發生的收縮。在生產中，喂料被加熱至高分子熔化，然后被壓入到型腔內。在注射過程中，固體顆粒和熔融高分子材料的混合物具有類似于牙膏的黏桐度。一旦模具被填滿，喂料被冷卻凝固成期望的形狀。在足夠冷卻后，剛性的零件被從模具中頂出。注射過程如此重復進行，典型的周期是幾秒鐘一次。

注射機的示意圖

PIM使用的成形機器在本質上和注射成形使用的機器是一樣的。注射機由加載料粒的料斗，用來壓縮和熔化高分子材料并具有內部螺桿的加熱料筒，注射過程中用于對接模具的噴嘴組成。模具在零件被頂出前是被鎖緊的。喂料由料筒末端的噴嘴流出，經主流道、流道和澆口流入型腔。喂料由料筒末端的噴嘴流出，經主流道、流道和澆口流入型腔。

在注射過程中，熔融的喂料通過澆口進入型腔。在螺桿作柱塞運動時，模具的填充過程通常在1s之內完成。薄的排氣口需要設置在合適的位置，使得空氣可以從模具進料位置對面排出。排氣口位于模具中最后被充填的位置，在填充后的冷卻過程中，喂料的壓力繼續保持，防止在粘結劑收縮的過程中產生空洞和縮痕。

薄壁零件會帶來注射過程的困難，因此模具在注射過程中需要加熱，在充填結束后再進行冷卻。這樣的加熱冷卻過程降低了注射效率。然而，對于厚壁零件，模具通常保持低溫，以縮短注射周期。

三、熱加工

注射坯從模具頂出后，粘結劑被從零件中去除而不損壞粉末結構。這被稱為生坯。溶劑脫脂和熱脫脂均被用來去除高分子材料。最后的粘結劑在粉末接近燒結溫度的時候被蒸發掉。熱脫脂是最容易被想到的，也是被最廣泛使用的。在熱脫脂過程中，注射成形后的零件被緩慢加熱，蒸發和分解高分子粘結劑。采用這種脫脂方法，大部分粘結劑是在較低的溫度下被蒸發掉的，而骨架高分子保持粉末顆粒在原來位置。脫脂爐的每一個爐子的內壁都保持足夠高的溫度，保證粘結劑在從爐子內排出前不凝固。

真空脫脂燒結爐

粉體圈 整理

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