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从脱脂角度谈MIM产品的不良

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楼主

金属粉末流动性差,为增加注射时的流动性,会添加高分子类材料(称为粘结剂),如POM、PE等增加其流动性。在烧结之前,往往需要将这些不必要的粘结剂去除掉,这个过程叫做脱脂。

目前,常见的脱脂不良导致的问题主要有开裂和鼓泡。工作期间,也会有人问我,开裂或鼓泡怎么办?我问其原因,往往告诉我是脱脂率不够。这个答案实际上不是我想要听到的:因为这个答案只是说出了表象,没有深入去思考,而且这个答案也不是完全正确。以下仅从我自己的观点,分析遇到以上问题的思路以及解决办法。

在我的思维里,我将脱脂过程分为了几个阶段:

  1. 催化脱脂:该阶段将会把大多数粘结剂脱除,只剩余部分的骨架粘结剂。

  2. 热脱脂(室温~800℃):该阶段会将大部分的骨架粘结剂脱除。

  3. 热脱脂(800℃~1150℃):该阶段会将剩余的骨架粘结剂脱除。


开裂和鼓泡在我的思维里是两个不同的表象。为什么有的产品鼓泡,而有的是开裂呢?细化这几个阶段后,我们再来分析产生开裂和鼓泡的原因。




  1. 开裂


    内因:气体过多/脱脂胚强度不够  

    外因:催化脱脂不完全/室温~800℃热脱时升温速率过快。

    详细说明:开裂的内因无非就是瞬间释放的气体过多,而此时脱脂胚强度不够,气体释放的应力过大,将产品炸裂。知道了内因,便可找出开发流程中的外因了。首先是催化脱脂可能不完全,会导致剩余过多的粘结剂,在热脱时,因高温而瞬间分解。但是有同事也会问我,我脱脂率达到要求了啊,我也切开看了,没有黑料,没有分层。那告诉你,前文有说,粘结剂并不会完全脱除,还会有少量的骨架粘结剂进入热脱阶段,假如升温速度过快,即使很少,也会瞬间分解产生大量气体使产品炸裂。

    解决办法:确认催化脱脂是否完全(脱脂率+切片确认)

                      降低室温~800℃的升温速率,或在室温~800℃之间增加保温梯度。


  2. 鼓泡


       内因:气体释放/孔隙封闭,产品表面有张力。

       外因:催化脱脂不完全/800℃~1150℃热脱时升温速率过快。

       详细说明:鼓泡的内因是气体释放时,产品表面孔隙封闭,由于液相的存在,表面张力将气体包覆在产品内,当气压高于表面张力,就会形成开放气泡,当气压低于表面张力,就会形成闭合气泡。

解决办法:确认催化脱脂是否完全(脱脂率+切片确认)

                   降低800℃~1050℃的升温速率,或在800℃~1050℃之间增加保温梯度。


从以上两点我们也可以看到另外一个值得注意的点,也就是我将热脱脂分为两个阶段的原因。开裂和鼓泡是不同的热脱脂阶段产生的,800℃以下,脱脂胚没有强度,气体大量产生,就会使产品炸裂,而800℃以上甚至是1000℃以上时,脱脂胚有了一定的强度,不会轻易炸裂,取而代之的是液相的形成,表面张力的增加,将气体封在产品内形成鼓泡。

下面是一个案例:

    样条是鼓泡,没有开裂。烧结前脱脂率OK,切开看没有黑料和分层。因此不是催化脱脂的原因。克莱默烧结炉烧结,部分工艺是xxx→700℃→1150℃→xxx(时间为T1/舟),后改为xxx→800℃→1150℃(时间为(T1+50s)/舟)。也就是采取了增加温度梯度与降低升温速率的办法。解决了鼓泡问题。

另外特别需要再补充的是:样条有粘板现象。并不是所有的粘板都是烧结温度高了。在此案例中,该粘板现象产生的原因是,样条与陶瓷板之间的缝隙很小,因样条较重,导致底部的粘结剂没有办法从缝隙中及时跑出,困在样条底部,导致烧结后此位置碳含量偏高。而我们知道,一般碳含量越高,烧结温度会越低,因此导致此位置有粘板现象。如何判断粘板是温度过高还是粘结剂残碳过多导致的呢?我的判断依据是,如果产品的上下两个表面均有融化的迹象,那么是温度过高,如果只是底部有粘板现象,要么是陶瓷板脏化,要么是粘结剂残碳。如果陶瓷板清理干净,粘结剂脱除完全,脱脂工艺合适,还有粘板现象,再考虑烧结温度。




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