粉末微注射成形技術(shù)

近年來，微系統(tǒng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展非常迅速，同時(shí)也對(duì)應(yīng)用于微型工程中的三維微型復(fù)雜元器件的制造提出了更高的要求，希望微型器件在具備滿足使用要求性能的同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。微系統(tǒng)中主要的元器件包括微型模具、用于傳感器和jia速器上的微型機(jī)械結(jié)構(gòu)、生物傳感器、微型流體元件、微型反應(yīng)器等。這些元器件形狀復(fù)雜、體積微小，采用現(xiàn)有的微型加工技術(shù)如微型切削、激光切削、硅刻蝕技術(shù)等，生產(chǎn)效率低，無法開展大規(guī)模生產(chǎn)，而近年來在粉末注射成形基礎(chǔ)上發(fā)展起來的粉末微注射成形工藝為實(shí)現(xiàn)微型元器件規(guī)?；a(chǎn)提供了zui具潛力的制備技術(shù)。運(yùn)用該技術(shù)可直接生產(chǎn)多孔、半致密或全致密的材料和制品，因此應(yīng)用十分廣泛。

　　粉末微注射成形技術(shù)是指針對(duì)尺寸小于1微米的零件在傳統(tǒng)粉末注射成形技術(shù)基礎(chǔ)上所開發(fā)的一種成形技術(shù)，主要應(yīng)用于連續(xù)制造具有微觀結(jié)構(gòu)表面與微型結(jié)構(gòu)的零件，其基本工藝步驟與傳統(tǒng)的粉末注射成形基本相同，所制備零件的表面質(zhì)量與孔隙度可通過選擇原始粉末與適宜的燒結(jié)條件來控制。與傳統(tǒng)粉末注射成形不同的是，粉末微注射成形為了便于制造微小結(jié)構(gòu)，所選擇的粉末平均粒徑一般小于1~2微米;其次，由于粉末比表面積增大，需要粘度較低但有足夠強(qiáng)度的粘結(jié)劑，以利于微注射成形并避免生坯件脫模時(shí)損壞。另外，為了防止變形、裂紋及氣泡的產(chǎn)生，微注射成形技術(shù)對(duì)脫脂和燒結(jié)的工藝條件更加苛刻。3、清楚前處理時(shí)遺留的殘污，提高工件的光潔度，能使工件露出均勻一致的金屬本色，使工件外表更美觀，好看。

　　目前，國(guó)際上開展該技術(shù)研究的主要國(guó)家有德國(guó)、日本、新加坡、美國(guó)和英國(guó)。其中，德國(guó)開展并取得了突出的成果。國(guó)內(nèi)的北京科技大學(xué)、中南大學(xué)以及大連理工大學(xué)也在該領(lǐng)域進(jìn)行了一系列研究工作。如北京科技大學(xué)研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適用于傳統(tǒng)注射成形機(jī)的粉末微注射成形用模具;并以羰ji鐵粉和鐵鎳合金粉為原料，在傳統(tǒng)注射成形機(jī)上成功實(shí)現(xiàn)了粉末微注射成形齒頂圓直徑小于1毫米的微型齒輪。新型組合材料：MIM可制造出傳統(tǒng)工藝難以制造的新型組合材料，例如疊片的或兩種材料結(jié)構(gòu)的或耐磨耗用的混合的金屬-陶瓷材料。

LIGA工藝制造塑料消失模具的兩種方法

LIGA工藝制造塑料消失模具有兩種方法：

一種工藝是用模具成型PMMA塑料模芯，將PMMA塑料模芯嵌入模架直接進(jìn)行金屬注射成型，PMMA塑料模芯與MIM零件毛坯整體從模架中脫出，MIM零件毛坯留在塑料模芯中直接脫脂、燒結(jié)，這成為一步Fu制工藝。

另一種工藝是利用電鑄工藝在PMMA塑料件表面沉積一層金屬鎳，而后將PMMA塑料與鎳殼剝離，再將鎳殼嵌入模架制程金屬模具成型MIM零件毛坯。這成為兩步fu制工藝。

一步fu制工藝成型的零件精度較高，并且解決了零件的脫模及后續(xù)操作等困難，但成本較高；兩步fu制工藝成型的零件精度有所降低，適合批量生產(chǎn)，但存在零件的脫模及后續(xù)操作困難。

金屬粉末充模模擬機(jī)理和顆粒模擬的使用

對(duì)于多相填充流，人們發(fā)現(xiàn)可以因?yàn)榧羟辛ψ饔?，或是顆粒間的相互作用而形成些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。特性使得這一現(xiàn)象尤為突出。這就帶來了一些問題，比如：流體是否均勻，流體是否是多相的且每個(gè)組分是否都起著獨(dú)立的作用來影響整個(gè)流體的流動(dòng)性。通過觀察流道橫截面上的流體可以發(fā)現(xiàn)許多有趣的現(xiàn)象。和中顯示的是橫截面的放大圖，顯示出了相的分離以及年輪一樣的結(jié)構(gòu)。上面圖片中的白色條紋是相分離的一種表征，那里是一些粘結(jié)劑中的低熔點(diǎn)組分。在這樣的地方很容易產(chǎn)生裂紋。首先要確定金屬粉末和粘結(jié)劑的搭配比例，當(dāng)粘結(jié)劑比例過大時(shí)，會(huì)減小喂料的粘度，使金屬粉末顆粒間的接觸減弱，造成后續(xù)脫除粘結(jié)劑時(shí)變形嚴(yán)重或坍塌。這種結(jié)構(gòu)明顯表明流體是多相的，甚至可能是類固體的。所以實(shí)際上的MIM喂料熔體是非均質(zhì)的流體，其運(yùn)動(dòng)方式和均質(zhì)流體存在著差異。

　　在粉末-粘結(jié)劑兩相體系中，粉末顆粒和粘結(jié)劑之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，因此顆粒附近粘結(jié)劑的運(yùn)動(dòng)將受到一定的限制。在這個(gè)模型里，將具有不規(guī)則形狀的粉末簡(jiǎn)化為規(guī)則球形的顆粒，每個(gè)顆粒周圍包覆著一層粘結(jié)劑，這層粘結(jié)劑隨顆粒一起運(yùn)動(dòng)，即將其看成一個(gè)復(fù)合單元。粘結(jié)劑的厚度假定是常數(shù)，以此確保系統(tǒng)質(zhì)量的恒定。盡管這些復(fù)合單元的周圍還有自由粘結(jié)劑的存在，且其粘性制約了粉末顆粒的運(yùn)動(dòng)，還是可將復(fù)合單元看成是不受外圍粘結(jié)劑介質(zhì)的影響。液壓系統(tǒng)由一臺(tái)液壓站來操縱兩只小油缸和兩個(gè)大油缸，來完成啟閉大蓋、翻動(dòng)攪拌缸功能。

　　修正顆粒模型顆粒模型較為充分地考慮了MIM喂料的獨(dú)特性，可以描述粉末的運(yùn)動(dòng)情況，因此這個(gè)模型在簡(jiǎn)單計(jì)算每個(gè)粉末顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況方面較為精準(zhǔn)，但對(duì)于實(shí)際的三維問題，顆粒模型的微觀分析需要大量的單元，且容易造成計(jì)算的發(fā)散。很難將其應(yīng)用到諸如粉末等微細(xì)粉末的分析。所以必須對(duì)已有的顆粒模型進(jìn)行一定的修正。展示了通過這種顆粒模型模擬出來的MIM喂料充模的情況。以上是粉末冶金齒輪一些缺點(diǎn)，不過凡事有利就有弊，相信隨著時(shí)代的快速發(fā)展，粉末冶金齒輪的不足點(diǎn)也會(huì)慢慢的得到改善。從中可以較清楚地看出密度分布的不均勻性。

　　結(jié)論由于MIM喂料在模腔中的流動(dòng)可以看成是固-液兩相流動(dòng)，所以采用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)模型來進(jìn)行流動(dòng)模擬存在較大的偏差。很多研究表明，MIM喂料在充模過程中將發(fā)生粉末和粘結(jié)劑分離的現(xiàn)象。通過這種方法可以直接考察粉末特性（粒度、粒徑分布、密度和形狀等）對(duì)流動(dòng)過程的影響。從而可以監(jiān)視流動(dòng)過程中粉末的運(yùn)動(dòng)、聚集以及密度變化分布情況和兩相分離等特殊現(xiàn)象。使用性能：基于MIM產(chǎn)品的高密度，如果使用性能有需求，則MIM的高密度形成的性能有競(jìng)爭(zhēng)力。為了簡(jiǎn)化三維問題中的計(jì)算，還在基于修正顆粒流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)該模型進(jìn)行了修正。