粉末注射成型解析

一文了解陶瓷粉末注射成型
精密陶瓷是近三十年材料科学领域中迅速发展起来的一大分支。

但陶瓷材料本身固有的高硬度、低韧性使其不能进行普通的变形加工，机械加工也很困难。

常规的粉末冶金工艺已不能满足要求，而注射成型工艺在很大程度上解决了这个问题。

 陶瓷粉末注射成型（简称CIM）是近代粉末注射成型技术的一个分支，是从现代粉末注射成型技术中发展起来的一项新型成型技术，它具有一次性成型复杂形状制品、产品尺寸精度高、无需机械加工或只需微量加工、易于实现生产自动化和产品性能优异的特点，弥补了传统粉末冶金工艺的不足。

 图1 陶瓷注射成型机及注射成型示意图
 1. 陶瓷粉末注射成型的技术特点
 从技术特点来说，陶瓷粉末注射成型和金属粉末注射成型类似，理论上任何形式的陶瓷粉末原料，如ZrO2、Al2O3、Si3N4等，都能利用CIM工艺制造形状复杂、精度高的产品。

CIM的基本工艺过程如图2所示。

 图2 CIM的基本工艺过程[1]
 综合国内外文献及研究生产现状和趋势，可以归纳出陶瓷粉末注射成型工艺的主要特点如下：
 (1)可自由地直接制备几何形状复杂的制品。

 (2)成形周期短，仅为浇注、热压成型时间的几十分之一至几百分之一，坯件的强度高，可自动化生产，生产过程中的管理和控制也很方便，适宜大批量生产。

金属粉末注射成型件的工艺及特点粉末注射成型工艺流程工艺中应着重说明的几点：1、金属粉末用细粉。

2、成型是用塑料模具成型，用的是塑料成型的原理。

3、烧结与传统粉末冶金烧结办法基本相同。

4、脱粘造成的工艺局限性。

* 粉末注射成型与其他工艺相比的特点1. 粉末注射成型与传统粉末冶金相比制造工艺 MIM工艺传统粉末冶金工艺粉末粒径（μ）2－15 50－100相对密度（%） 95－98 80－85产品重量（g）小于或等于5010－数百产品形状三维复杂形状二维简单形状机械性能优劣2. 粉末注射成型与精密铸造相比在金属成形工艺中，压铸和精密铸造是可以成形三维复杂形状的零件，但压铸仅限于低熔点金属，而精密铸造（IC）限于合金钢、不锈钢、高温合金等高熔点金属及有色金属，对于难熔合金如硬质合金、高密度合金、金属陶瓷等却无能为力，这是IC的本质局限性，而且IC 对于很小、很薄、大批量的零件生产是十分困难或不可行的。

IC产业化已成熟，发展的潜力有限。

MIM是新兴的工艺，将挤入IC大批量小零件的市场。

3. 粉末注射成型与传统机械加工相比较。

传统机械加工法，近来靠自动化而提升其加工能力，在效率和精度上有极大的进步，但是基本的程序上仍脱不开逐步加工（车削、刨、铣、磨、钻孔、抛光等）完成零件形状的方式。

机械加工方法的加工精度远优于其他加工方法，但是因为材料的有效利用率低，且其形状的完成受限于设备与刀具，有些零件无法用机械加工完成。

相反的，MIM可以有效利用材料，形状自由度不受限制。

对于小型、高难度形状的精密零件的制造，MIM工艺比较机械加工而言，其成本较低且效率高，具有很强的竞争力。

4. 粉末注射成型与其他成型工艺比较总表加工法比较项目 MIM 精密铸造传统粉末冶金冷间锻造机械加工压口形状自由度45 2 2 4 4精度4 3 45 5 3机械强度 4 4 2 5 5 1材质适用自由度 5 4 5 2 3 2模具费 3 4 3 1 5 3量产性 5 2 5 5 3 5产品价格 3 2 4 5 2 4* 粉末注射成型工艺技术的优点MIM的工艺优点可归纳如下：⑴ MIM可以成形三维形状复杂的各种金属材料零件（只要这种材料能被制成细粉）。

金属粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding，简称MIM)是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。

其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(～150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。

与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。

因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。

美国加州Parmatech公司于1973年发明，八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术，并得到迅速推广。

特别是八十年代中期，这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的发展，每年都以惊人的速度递增。

到目前为止，美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。

日本在竞争上十分积极，并且表现突出，许多大型株式会社均参与MIM工业的推广，这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工--爱普生、大同特殊钢等。

目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司，其MIM工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。

到目前为止，全球已有百余家公司从事该项技术的产品开发、研制与销售工作，MIM技术也因此成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域，被世界冶金行业的开拓性技术，代表着粉末冶金技术发展的主方向MIM技术金属粉末注射成型技术是集塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科透与交叉的产物，利用模具可注射成型坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、三维复杂形状的结构零件，能够快速准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品，并可直接批量生产出零件，是制造技术行业一次新的变革。

金属粉末注射成型技术（MIM）工艺原理介绍金属粉末注射成型技术(MetalPowder Injection Molding Technology，简称MIM)是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成型技术。

MIM基本工艺过程首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(～150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。

与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。

因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成型技术”和“21世纪的成形技术”。

MIM基本工作原理MIM流程结合了注塑成型设计的灵活性和精密金属的高强度和整体性，来实现极度复杂几何部件的低成本解决方案。

MIM流程分为四个独特加工步骤（混合、成型、脱脂和烧结）来实现零部件的生产，针对产品特性决定是否需要进行表面处理。

混合颗粒低于20µ的精细金属粉末和热塑性塑料、石蜡粘结剂按照精确比例进行混合。

金属粉末和粘结剂的体积约为60:40。

混合过程在一个专门的混合设备中进行，加热到一定的温度使粘结剂熔化。

大部分情况使用机械进行混合，直到金属粉末颗粒均匀地涂上粘结剂冷却后，形成颗粒状（称为原料），这些颗粒能够被注入模腔。

成型注射成型的设备和技术与注塑成型是相似的。

颗粒状的原料被送入机器加热并在高压下注入模腔这个环节形成（greenpart）冷却后脱模只有在大约200°c的条件下使粘结剂熔化（与金属粉末充分融合），上述整个过程才能进行模具可以设计为多腔以提高生产率。

模腔尺寸设计要比金属部件20%来补偿烧结过程中产生的收缩。

每种材料的收缩变化是精确的、已知的。

粉末注射成形
粉末注射成形（Powder Injection Molding, PIM）是一种将金属或陶瓷粉末与粘结剂混合后注射成型的制造工艺。

这一工艺结合了传统的注射成形和粉末冶金技术，能够生
产出复杂形状和高精度的零件。

首先，将所需的金属或陶瓷粉末与粘结剂混合，并通过球
磨机等设备使其均匀混合。

然后，将混合物放入注塑机的
喂料装置中，由螺杆将其注射到模具中。

在模具中，混合物经过加热和压力作用后，粘结剂会燃尽
或挥发，使粉末颗粒紧密结合。

随后，模具会冷却并弹开，从而使成型件可以被取出。

最后，成型件可能需要进行进一步的处理，如烧结或热处理，以提高其物理性能和稳定性。

粉末注射成形工艺能够生产出高密度、高精度和复杂形状的金属或陶瓷零件，广泛应用于汽车、电子、医疗和工业设备等领域。

粉末注射成型技术介绍粉末注射成形概述：粉末注射成形（Powder Injection Molding，PIM）由金属粉末注射成形（Metal Injection Molding，MIM）与陶瓷粉末注射成形（Ceramics Injection Molding，CIM）两部分组成，它是一种新的金属、陶瓷零部件制备技术，它是将塑料注射成形技术引入到粉末冶金领域而形成的一种全新的零部件加工技术。

MIM的基本工艺步骤是：首先选取符合MIM要求的金属粉末和黏结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和黏结剂混合成均匀的喂料，经制粒后再注射成形，获得成形坯（Green Part），再经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品（White Part）。

粉末注射成形技术的特点：粉末注射成形能像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷零部件。

该工艺技术利用注射方法，保证物料充满模具型腔，也就保证了零件高复杂结构的实现。

以往在传统加工技术中，对于复杂的零件，通常是先分别制作出单个零件，然后再组装；而在使用PIM技术时，可以考虑整合成完整的单一零件，这样大大减少了生产步骤，简化了加工程序。

1、与传统的机械加工、精密铸造相比，制品内部组织结构更均匀；与传统粉末冶金压制∕烧结相比，产品性能更优异，产品尺寸精度高，表面光洁度好，不必进行再加工或只需少量精加工。

金属注射成形工艺可直接成形薄壁结构件，制品形状已能接近或达到最终产品要求，零件尺寸公差一般保持在±0.10%～±0.30%水平，特别对于降低难以进行机械加工的硬质合金的加工成本、减少贵重金属的加工损失尤其具有重要意义。

2、零部件几何形状的自由度高，制件各部分密度均匀、尺寸精度高，适于制造几何形状复杂、精度密高及具有特殊要求的小型零件(0.2～200g)。

3、合金化灵活性好，对于过硬、过脆、难以切削的材料或原料铸造时有偏析或污染的零件，可降低制造成本。

金属粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding，简称MIM)是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。

其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(～150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。

与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。

因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。

美国加州Parmatech公司于1973年发明，八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术，并得到迅速推广。

特别是八十年代中期，这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的发展，每年都以惊人的速度递增。

到目前为止，美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。

日本在竞争上十分积极，并且表现突出，许多大型株式会社均参与MIM工业的推广，这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工--爱普生、大同特殊钢等。

目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司，其MIM工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。

到目前为止，全球已有百余家公司从事该项技术的产品开发、研制与销售工作，MIM技术也因此成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域，被世界冶金行业的开拓性技术，代表着粉末冶金技术发展的主方向MIM技术金属粉末注射成型技术是集塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科透与交叉的产物，利用模具可注射成型坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、三维复杂形状的结构零件，能够快速准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品，并可直接批量生产出零件，是制造技术行业一次新的变革。

金属粉末注射成形工艺金属粉末注射成形，又被称为金属三维打印，是一种先进的制造技术，可以快速、高效地制造出复杂形状的金属零部件。

该工艺使用金属粉末作为原料，通过注射成形技术将粉末逐层堆积并熔化，最终形成所需的零部件。

金属粉末注射成形工艺主要包括以下几个步骤：1. 材料准备：首先需要选择适合的金属粉末作为原料，常用的金属粉末包括不锈钢、铝合金、钛合金等。

这些粉末需要经过筛分、分类和预处理等工艺，以保证其质量和性能。

2. 粉末注射：将经过处理的金属粉末注入注射成形机中，通过气压或机械力推动粉末向成型腔体注入，并形成具有预定形状的初模。

3. 粉末固化：在注射成形过程中，粉末通过高温或加热装置进行固化，使其达到一定的强度和硬度。

固化后的金属粉末形成一层层的堆积。

4. 层层熔化：通过高能激光束或电子束熔化技术，对已固化的粉末进行局部加热，使其熔化并与下一层的金属粉末融合在一起。

重复这个过程，直到完成整个零件的制造。

5. 后处理：完成熔化过程后，金属零件需要经过去渣、退火、热处理等后续工艺，以进一步提高零件的性能，去除残留的应力和瑕疵。

金属粉末注射成形工艺具有以下优点：1. 快速高效：相比传统的制造工艺，金属粉末注射成形工艺可以大大缩短制造周期，节约人力和时间成本。

2. 复杂形状：金属粉末注射成形技术可以制造出具有复杂形状的零部件，包括中空结构、内腔结构等。

3. 材料选择多样：金属粉末注射成形工艺可以使用多种金属粉末作为原料，满足不同材料性能和需求。

4. 资源节约：由于金属粉末注射成形工艺是按需制造，不需要额外加工或切割，可以最大限度地节约材料，减少废料产生。

然而，金属粉末注射成形工艺也存在一些挑战，如技术难度高、成本较高等。

随着技术的不断进步和成熟，相信金属粉末注射成形工艺将在未来得到更广泛的应用，成为制造业领域的新宠。

金属粉末注射成形工艺是一项颇具潜力的新兴制造技术，它在汽车、航空航天、医疗器械等许多行业都有广泛应用的前景。

金属的粉末注射成型技术
金属粉末注射成型技术（Metal Powder Injection Molding，简称MIM）是发展至今最先进的一种小批量生产要求精密复杂零件的高技术技术。

MIM技术是一种热致凝固的成型技术，能够在低温（一般在200-300℃）及低压（一般为50-150MPa之间）的条件下进行加工，将外形精密、规格复杂的金属粉末挤压成型，利用高温热致凝固成型而制得复杂的金属零件。

MIM技术的主要流程主要包括材料制备、模具制备和成型烧结三个部分。

材料制备包括：混合、消粒、压制、搅拌及造粒等工序。

MIM技术所用金属粉末材料分两大类：一类是质量比较稳定的内部结构欠晶的粉末，铁、钢、铜；另一类是其他一些稀有金属，如钛、硼、银、锆、钨等，其含金量比较高。

金属粉末的粒径大小以及水合作用均对模具的质量有明显影响。

模具制备，是将金属粉状混合物填充进模具，用特殊的装置，以精确的压力、温度将粉末材料填缩成固体零件形状的工序，其又分为热凝固成型和气凝固成型，热凝固成型技术中，常用的有塑性凝固注射成型、凝固热压成型、凝固热熔成型。

最后是成型烧结，在高温等环境下，通过去除材料体内的组分，形成固态聚合物状态，从而达到陶瓷晶体的烧结。

粉末冶金注射成型工艺
粉末冶金注射成型，简称MIM（Metal Injection Molding），是一种将金属粉末与粘结剂混合进行注射成型的方法。

它首先将所选粉末与粘结剂进行混合，然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状，经过脱脂烧结将粘结剂处理掉，从而得到我们想要的金属产品，或再经过后续的整形、表面处理、热处理、机加工等方式使产品更加完美。

MIM是典型的学科跨界产物，将两种完全不同的加工工艺（粉末冶金和塑料注塑成型）融为一体，使得工程师能够摆脱传统束缚，以塑料注塑成型的方式获得低价、异型的不锈钢、镍、铁、铜、钛和其它金属零件，从而拥有比很多其它生产工艺更大的设计自由度。

MIM工艺过程主要分为四个阶段，包括造粒、注射、脱脂和烧结，如有需要后续可以进行机加工或者拉丝、电镀等二次加工工艺。