先進陶瓷注射成型的脫脂工藝進展

宋 明，謝志鵬，溫佳鑫，楊亮亮

（1. 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333403；2. 清華大學(xué)材料學(xué)院，新型陶瓷與精細(xì)工藝國家重點實驗室，北京 100084；3. 北京科技大學(xué)材料學(xué)院，北京 100084）

先進陶瓷注射成型的脫脂工藝進展

宋 明1，謝志鵬2，溫佳鑫3，楊亮亮1

（1. 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，江西 景德鎮(zhèn) 333403；2. 清華大學(xué)材料學(xué)院，新型陶瓷與精細(xì)工藝國家重點實驗室，北京 100084；3. 北京科技大學(xué)材料學(xué)院，北京 100084）

陶瓷注射成型是一種可近凈尺寸的成型工藝。它主要包括了四個階段：混煉、注射、脫脂、燒結(jié)，其中脫脂是最復(fù)雜和最重要的環(huán)節(jié)。本文詳細(xì)介紹了熱脫脂、溶劑萃取脫脂和催化脫脂的脫脂原理，對于各種脫脂工藝優(yōu)缺點進行介紹和比較，并且對這幾種脫脂技術(shù)的研究與應(yīng)用進展做了綜述。

陶瓷注射成型；脫脂工藝；熱脫脂；溶劑萃取脫脂；催化脫脂

DOI：10.13957/j.cnki.tcxb.2015.02.002

0　引 言

陶瓷注射成型（Ceramic Injection Molding，簡稱CIM）是將聚合物注射成型方法與陶瓷制備工藝相結(jié)合而發(fā)展起來的一種制備陶瓷零部件的新工藝；類似于20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的金屬注射成型（MIM），均是粉末注射成型的分支［1］。該工藝突出的優(yōu)點包括：（1）可近凈成型幾何形狀復(fù)雜的以及有特殊要求的小型陶瓷零部件，使燒結(jié)后的陶瓷產(chǎn)品無需進行機加工或少加工，從而減少昂貴的陶瓷加工成本； （2）成型過程具有機械化和自動化程度高、生產(chǎn)效率高、成型周期短、坯件強度高，生產(chǎn)過程中的管理和控制也很方便，易于實現(xiàn)大批量、規(guī)?；a(chǎn)； （3）成型出的陶瓷產(chǎn)品具有極高的尺寸精度和表面光潔度，表面光潔度可達5μm。因此CIM技術(shù)成為現(xiàn)有陶瓷成型技術(shù)中高精度和高效率的成型方法之一，在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用和研究［2， 3］。

陶瓷注射成型的制備工藝過程如圖1所示。包括以下幾個方面：首先是喂料制備，即將陶瓷粉與適量的有機載體按一定的配比在一定的溫度下進行混煉，然后干燥、造粒；再把喂料在一定的溫度和壓力下高速注入模具內(nèi)并冷卻固化成型，隨后進行脫脂，即將成型坯體中的有機物通過加熱或其它物理化學(xué)方法排除，最后燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品［4］。其中前面3個階段是陶瓷注射成型所特有的。因此與陶瓷注射成型有關(guān)的研究主要是圍繞這3個階段來展開的，其中脫脂過程也是最重要的一個階段，它在某種程度上決定了最終產(chǎn)品的質(zhì)量。因為陶瓷材料中絕大多數(shù)的缺陷都在脫脂階段形成，比如裂紋、氣孔、變形、鼓泡等情況，并且在脫脂過程中產(chǎn)生的缺陷也是無法通過后期的燒結(jié)階段來彌補的［5］。因此人們一直通過改進和尋找新型的脫脂工藝，來減少陶瓷注射成型脫脂過程中形成的缺陷，使得陶瓷注射成型發(fā)揮出更大的作用，下面主要介紹脫脂工藝及其進展。

圖1　CIM工藝流程圖Fig.1 CIM process fow diagram

1　熱脫脂

1.1熱脫脂機理

熱脫脂是發(fā)展較早且應(yīng)用最廣泛的脫脂工藝。最早的具有代表性的熱脫脂工藝是Wiech工藝，此工藝簡便，成本低，無需專門設(shè)備［6］，特別適合截面尺寸較小的精密陶瓷部件。其原理是通過加熱方法把坯體中的有機粘結(jié)劑熔融、揮發(fā)和裂解來脫除。但是由于黏結(jié)劑組分受熱軟化，導(dǎo)致坯體在重力和熱應(yīng)力作用下易產(chǎn)生黏性流動變形，因此熱脫脂的速率非常緩慢，脫脂時間特別長，對于厚壁的陶瓷部件更是這樣［7］。尤其是在脫脂初期，低熔點的有機物無法排除坯體而在坯體內(nèi)部產(chǎn)生較高壓力，容易導(dǎo)致坯體產(chǎn)生鼓泡、裂紋和變形等缺陷。所以熱脫脂的工藝關(guān)鍵是提高粉末的裝載量，增寬脫脂溫度分布范圍。且對制品的截面厚度有一定的限制，一般控制在10 mm以內(nèi)比較合適。

熱脫脂是一個非穩(wěn)態(tài)傳熱和傳質(zhì)過程，液相粘結(jié)劑和它的氣相產(chǎn)物在空間上的分布隨時間的變化而產(chǎn)生變化，我們可以根據(jù)坯體結(jié)構(gòu)的變化把熱脫脂分成3個階段：初期，坯體仍被有機粘結(jié)劑充滿，且坯體的表面的粘結(jié)劑逐漸揮發(fā)；中期，液/氣表面逐漸向坯體內(nèi)部推進，并且形成貫通的氣孔；后期，有貫通氣孔結(jié)構(gòu)的坯體繼續(xù)在高溫下排除剩下的粘結(jié)劑，最后形成由陶瓷顆粒弱結(jié)合的坯體。

在熱脫脂過程中對升溫速率的要求也很高。在軟化溫度以下，可容許的升溫速率因坯體尺寸而異；當(dāng)溫度到達軟化溫度以上的時候，升溫速率必須控制到非常低，否則會因為內(nèi)部分解氣體而無法順利排出，逐漸建立起內(nèi)部應(yīng)力致使生坯鼓泡或者開裂，圖2為不同溫度和升溫速率與缺陷產(chǎn)生的關(guān)系［8］。

1.2埋粉對熱脫脂的影響

在熱脫脂過程中我們經(jīng)常會采用埋粉，尤其是對于大尺寸的坯體。一方面埋粉能夠在熱脫脂中起到支撐坯體的作用，防止坯體中粘結(jié)劑軟化的時候坯體因為自重而發(fā)生變形，另一方面則是埋粉的毛細(xì)吸附作用促進了有機粘結(jié)劑排出，這種毛細(xì)吸附作用本質(zhì)上改變了坯體表面的有機粘結(jié)劑分布狀態(tài)，包括液相有機粘結(jié)劑的含量和氣相的產(chǎn)物的濃度，一般粉末越細(xì)，比表面積越大則毛細(xì)作用越大，所以脫脂速率也越快；目前使用較多的埋粉主要有：剛玉細(xì)粉、石英粉、氧化鋁粉、碳化硅粉等。楊現(xiàn)鋒等［9］對不同埋粉時脫脂的速率隨時間的變化的比較如圖3所示。

圖2　脫脂溫度和升溫速率與脫脂缺陷間的關(guān)系Fig.2 The relationship of debinding defection with debinding temperature and heating rate

圖3　不同埋粉時脫脂率隨時間的變化Fig.3 Binder removed rate versus debinding time for different powder bed

圖4　微波加熱脫脂裝置示意圖Fig.4 Schematic diagram of microwave heating degreasing device

1.3微波快速熱脫脂

清華大學(xué)謝志鵬等［10， 11］提出了利用微波進行加熱的脫脂方法。他們認(rèn)為微波加熱能夠消除常規(guī)加熱的時因加熱過快生坯中產(chǎn)生溫度梯度而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。所以可以提高脫脂速率，脫脂時間只需要常規(guī)熱脫脂時間的1/3。微波加熱脫脂裝置如圖4所示。

2　溶劑萃取脫脂

2.1有機溶劑萃取脫脂

2.1.1溶劑脫脂機理

溶劑脫脂也叫溶解萃取脫脂。在溶劑脫脂工藝中，注射料的粘結(jié)劑體系中一般是包括兩個組分的。第一組分的有機物（如石蠟、植物油等）在某些有機烷烴溶劑中（如丙酮、三氯乙烷）能夠被溶解。另一組份是不溶于有機溶劑的高分子。其過程就是有機溶劑在生坯中擴散到與可溶性組分接除，溶劑溶脹并且溶解可溶性組分，然后可溶性組分通過擴散到坯體外部，最后進入溶劑里，然后由不溶于溶劑的高分子起到支撐坯體的作用。最后經(jīng)過加熱完全去除殘存的高分子。

溶劑脫脂的速率由溶劑類型、溫度、生坯厚度、溶解速度、脫脂活化能等因素決定。溫度的升高可加快溶劑和被溶組分的擴散，從而使脫脂速率提高。若溫度過高則會出現(xiàn)鼓泡、開裂等缺陷，這是因為溫度過高會導(dǎo)致脫脂速率過快，粘結(jié)劑溶解時溶劑浸入所產(chǎn)生的毛細(xì)管力等超過陶瓷粉末顆粒間的結(jié)合力，使粉末松散，從而形成各種缺陷［12］，所以溫度一般保持在50-80 ℃左右。這樣在脫脂時粘結(jié)劑不會因為軟化而導(dǎo)致變形的問題。另外，由于溶劑萃取脫脂過程是由外向內(nèi)部逐漸進行的所以在脫脂過程中會在坯體外部形成連通的通道，這樣內(nèi)部粘結(jié)劑的排出也會相對容易一些，這樣就避免了內(nèi)部的粘結(jié)劑沒有足夠的排除通道而產(chǎn)生的缺陷［13］。

溶劑脫脂的優(yōu)點是脫脂速度快，脫脂時間短，溶解低分子組元，適當(dāng)?shù)娜軇┲恍鑾讉€小時，若被溶解的是高分子聚合物，則溶解步驟包括溶脹和溶解，時間可長達20 h。但是如果采用混合溶劑，則能進一步減少總的脫脂時間；保形性好，比起熱脫脂，溶劑脫脂溫度要低，在粘結(jié)劑軟化點之下進行脫脂，可保證坯體不變形。其缺點是溶劑進入坯體內(nèi)部，也可能因為過分溶脹導(dǎo)致坯體開裂或者鼓泡，而且現(xiàn)在的有機溶劑一般都包括有氯和其他的有毒物質(zhì)，這些溶劑都必須進行回收處理，這樣的后期處理無形增加了生產(chǎn)的成本［14］。而且萃取脫脂的速度會隨著零件厚度的增加而降低，一般比較合適的尺寸為9.525-19.05 mm，會隨著載體的不同而有所變化［15］。

2.1.2溶劑脫脂的裝置

一般溶劑脫脂裝置是由一個水浴恒溫箱里面放滿溶劑。一般在把生坯直接浸沒于液體溶劑中，溶解脫除生坯中的可溶性粘結(jié)劑如圖5所示［16］。

2.1.3溶劑脫脂進展

在早期，Wiech將有機溶劑萃取的方法應(yīng)用于金屬注射成型形成了Wiech工藝［17］。隨后，美國AMAX Metal Injection Molding公司的Johnson發(fā)明了Injectamax法［18］。他用三氯乙烷做溶劑來脫除石蠟，極大的提高了脫脂速率而且坯體沒有開裂，變形。近幾年，國內(nèi)外也都對溶劑萃取脫脂技術(shù)進行了大量的研究和改進。高建祥［19］等用正庚烷做溶劑，對改進型蠟基粘結(jié)劑在40 ℃以下脫脂，脫脂率可達98%。Paisan［20］等采用了石油醚做溶劑，并且在溶劑脫脂過程中增加干燥的步驟，實現(xiàn)了成型坯體快速無缺陷的脫脂。

圖5　液體溶劑浸沒脫脂裝置圖Fig.5 Apparatus for the liquid solvent immersion debinding

2.2水萃取脫脂

2.2.1水萃取脫脂機理

此工藝是基于溶劑萃取脫脂工藝的基礎(chǔ)上，經(jīng)過改進而發(fā)展起來的一種新型脫脂工藝，該工藝所用的粘結(jié)劑可分為兩個部分，一部分是可溶于水的，目前應(yīng)用最廣泛的水溶性高分子聚合物是聚乙二醇（PEG），聚環(huán)氧乙烷（PEO）以及纖維素和纖維素衍生出的瓊脂糖，另一部分是不溶于水的，主要包括聚甲基丙酸甲酯（PMMA），聚乙烯醇縮丁醛（PVB），和乙酸丁酸纖維素（CAB）等。與有機溶劑脫脂相比較水脫脂既具有脫脂速率快的特點，又不會損害人體的健康或污染環(huán)境，所以成為了脫脂的重點研究方向。

圖6　水萃取脫脂機理過程示意圖Fig.6 Schematic diagram of water extraction debinding mechanism

水溶性粘結(jié)劑在坯體中的脫除機制如圖6表示。首先，脫脂前坯體為陶瓷粉末與粘結(jié)劑兩相體系粉末顆粒間被連續(xù)的粘結(jié)劑填充如圖6（a）所示；坯體在浸入40 ℃-60 ℃熱水中，由于受熱而迅速膨脹，水分子就擴散到坯體表面與粘結(jié)劑分子形成溶脹體坯體表面的粘結(jié)劑發(fā)生溶解形成了細(xì)小的空隙，如圖6（b）所示；隨著脫脂進行，水分子隨著空隙不斷擴散到坯體內(nèi)部與內(nèi)部粘結(jié)劑分子形成溶脹，并且隨著內(nèi)部粘結(jié)劑溶解排除坯體而留下了更多的空隙，如圖6（c）所示；隨著新的通道的產(chǎn)生，水與粘結(jié)劑的接觸面越來越大，提高了脫脂速率。最后，當(dāng)脫脂2-3 h之后，形成了相互連通的孔隙通道，如圖6（d）所示?？梢钥闯鲎詈笈黧w內(nèi)部氣孔明顯增加了，在這個時期這些不溶于水的粘結(jié)劑支撐著坯體也是比較脆弱的階段，坯體內(nèi)部形成了大量的通道，這些通道也能成為之后不溶于水的粘結(jié)劑受熱排出坯體的通道。

圖7　厚截面的ZrO2氧化鋯陶瓷部件（a）水脫脂后燒結(jié)（b）熱脫脂后燒結(jié)Fig.7 Zirconia ceramic parts with thick sections： （a） sintered parts after water extraction debinding； （b） sintered parts after thermal debinding

2.2.2水萃取脫脂的發(fā)展

水萃取脫脂最早是由美國Thermal Precision Technology公司開發(fā)并應(yīng)用到結(jié)構(gòu)陶瓷粉末注射成型的［21］。Krauss［22］等研究發(fā)現(xiàn)，室溫下PEG在水中失重和時間的平方根成正比，說明此過程可看作是一個由擴散控制的過程，并且進一步提出一種“收縮中心模型”用來解釋PEG在水中的擴散過程，為今后的研究提供理論依據(jù)。已經(jīng)有人用Al2O3做原料魚油作分散劑和潤滑劑，65%的聚乙二醇和35%的聚乙烯縮丁醛樹脂做粘結(jié)劑，成功的運用水萃取脫脂而生產(chǎn)出復(fù)雜的陶瓷零件［23］，Rivers［24］和Fanelli［25］等人用甲基，乙基或者羥乙基/羥丙基纖維素，纖維素衍生瓊脂和瓊脂糖作為水溶性粘合劑，通過控制凝膠溫度，凝膠強度和保水度，纖維素所產(chǎn)生的凝膠特性能使得坯體在注射成型中不變形。近年來對氧化鋁的水萃取的一些研究表明［26］，當(dāng)喂料配方為81.72wt.%Al2O3和3.67wt.% PMMA 及14.61wt.%PEG時，可以獲得良好的脫脂效果。清華大學(xué)謝志鵬［27］，王霖林［28］，楊現(xiàn)鋒［29］等系統(tǒng)研究了四方氧化鋯（Y-TZP）陶瓷的水基萃取脫脂及其注射成型坯體性能。其粘結(jié)劑主要采用PEG、PVB（或PMMA）和一些輔助粘結(jié)劑，研究表明：在40 ℃的去離子水中，PEG/PVB體系的陶瓷試條2 h可脫除67%左右的PEG，PEG/PMMA體系的陶瓷試條4h也可脫除65%的PEG。圖7為分別為水脫脂和熱脫脂氧化鋯陶瓷部件燒結(jié)后的圖片。

圖8　催化脫脂反應(yīng)Fig.8 Catalytic reaction of debinding

3　催化脫脂

3.1催化脫脂機理

催化脫脂是近幾年才發(fā)展起來的一種新脫脂工藝，最早是由德國著名的化工公司BASF公司開發(fā)出來的［30］，也稱為Metamold脫脂工藝［31］。催化脫脂的工作原理是利用一種催化劑把有機載體分子解聚為較小的可揮發(fā)的分子，這些分子比其它脫脂過程中的有機載體分子有較高的蒸汽壓，能迅速的擴散出坯體。催化脫脂工藝所采用的粘結(jié)劑體系一般是由起骨架作用的聚醛樹脂，起輔助框架的高分子和起穩(wěn)定作用的添加劑組成［32， 33， 34］，如圖8所示。由于聚醛基體系自身極性很高，與陶瓷的粉體的相容性較好，且其結(jié)構(gòu)特點是由重復(fù)的C-O鍵組成，聚合物鏈的中的氧原子對酸的作用很敏感，一遇到合適的催化劑就能在較低的溫度下發(fā)生催化反應(yīng)變?yōu)榧兹–H2O）氣體。

圖9　催化脫脂動力學(xué)過程Fig.9 Dynamic process of catalytic debinding

圖10　CIM零件脫脂深度與時間的關(guān)系（硝酸作催化劑）Fig.10 Relationship between CIM parts degreasing depth and time （nitric acid as catalyst）

在酸蒸汽的催化下，聚醛基在110 ℃-130 ℃就能很快的解聚為甲醛氣體。而該溫度范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于聚醛樹脂的融化溫度（160 ℃-180 ℃）這樣就不會在脫脂過程中產(chǎn)生液相而導(dǎo)致坯體軟化或由于其他原因影響而產(chǎn)生的變形和缺陷。酸蒸汽不能透過粘結(jié)劑，催化反應(yīng)只發(fā)生在氣體和粘結(jié)劑的表面，這樣反應(yīng)就會逐漸由坯體外部向內(nèi)部發(fā)展如圖9所示［35］，所以內(nèi)部產(chǎn)生的甲醛氣體能夠很容易的通過坯體外部已經(jīng)產(chǎn)生的多孔通道排出；因此可以避免氣體不能及時逸出而在坯體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力而導(dǎo)致生坯發(fā)生鼓泡，開裂等缺陷。所以催化脫脂可用于厚尺寸的坯體的脫脂，其最大的脫脂厚度超過25.5 mm。催化脫脂速率非?？欤梢赃_到2-4 mm / h，是一般脫脂工藝速率的10-20倍。

3.2催化劑的選擇和催化脫脂裝置

催化脫脂的過程中脫脂速率可通過往爐子里引入高速的惰性氣體流（氮氣、氬氣、氦氣及其混合物）以及控制催化劑的濃度來調(diào)節(jié)；其中引入惰性氣體流可加速小分子的擴散，進而提高脫脂速率，但當(dāng)引入的惰性氣體流速率恒定時，脫脂速率將隨著脫脂區(qū)催化劑濃度的增加而增加，所以惰性氣體流的流動速率應(yīng)該要控制在適當(dāng)范圍內(nèi)［36］。由于硝酸的強氧化性及易揮發(fā)，一般情況下不會停留在陶瓷零件的坯體內(nèi)部。所以對于絕大多數(shù)陶瓷注射成型（CIM）的陶瓷粉末來說，它是一個合適的催化劑。如果含有Y2O3（燒結(jié)Si3N4和SiC的添加劑等）的陶瓷粉末，硝酸將會與Y2O3氧化而形成硝酸鹽，因此對于此類粉末，草酸比硝酸更為適用，且草酸后期的廢棄處理也會變得簡單，因為草酸在187 ℃會分解為CO，CO2和H2O（g）。此外像礦物酸，三氟化硼，和一些有機酸在一定的范圍也能被用上。BASF公司對于不同原料粉末在兩種催化劑作用下的脫脂效率進行了比較如圖（10，11）所示。

硝酸做催化劑時候，脫除速率為0.7-1.5 mm·h-1且脫脂速率快慢順序為Si3N4＞ ZrO2＞ SiC。草酸作催化劑時，脫脂速率為0.9-1.5 mm·h-1，脫脂速率快慢順序為ZrO2＞ SiC ＞ Si3N4。

圖11　CIM零件脫脂深度與時間的關(guān)系（草酸作催化劑）Fig.11 Relationship between CIM parts degreasing depth and time （oxalic acid as catalyst）

催化脫脂裝置一般有催化有反應(yīng)爐、催化劑加入機構(gòu)、惰性氣體供應(yīng)機構(gòu)和廢棄處理機構(gòu)等幾部分組成［37］如圖12所示。

圖12　催化脫脂裝置Fig.12 Catalytic debinding device

圖13　黑色ZrO2陶瓷注射產(chǎn)品Fig.13 The ceramic injection products of black ZrO2

3.3催化脫脂的應(yīng)用

德國BASF公司早在1992年開發(fā)出了催化脫脂型粘結(jié)劑，并應(yīng)用于各種不銹鋼粉末的注射成形，用硝酸作為催化氣體得到了滿意的催化脫脂效果。隨后BASF公司的P.Trubebach［38］開發(fā)了草酸氣體作為催化氣體的催化脫脂工藝，使催化脫脂技術(shù)的應(yīng)用范圍從不銹鋼擴展到硬質(zhì)合金和陶瓷。BASF公司為Metamold脫脂技術(shù)申請了專利保護，生產(chǎn)了從金屬到陶瓷的一系列喂料產(chǎn)品［39］，如圖13所示。

近年內(nèi)國內(nèi)對催化脫脂技術(shù)進行研究。2000年鄭禮清等［40， 41］開發(fā)出了一種適合粉末注射成型的催化脫脂粘結(jié)劑體系，并結(jié)合不銹鋼粉末注射成型，在硝酸作用下達到了良好的脫脂效果。清華大學(xué)陳靜［42， 43］等開發(fā)出了一種適用與陶瓷注射成型的催化脫脂粘結(jié)劑體系，該體系也能在硝酸催化下達到良好的脫脂效果。

4　 結(jié)束語

本文對陶瓷注射成型脫脂技術(shù)進行了全面介紹。包括熱脫脂，溶劑萃取脫脂以及催化脫脂的特性。熱脫脂對于厚壁的陶瓷零件還是有一定的局限性，所以針對溶劑脫脂以及催化脫脂的高脫脂效率去發(fā)現(xiàn)新的粘結(jié)劑體系，是今后仍需努力的方向。隨著陶瓷注射成型工藝的脫脂技術(shù)的發(fā)展，從而使注射成型這種凈尺寸成型技術(shù)在各種復(fù)雜形狀陶瓷零部件的制備中獲得更廣泛的應(yīng)用。

［1］ 理查德·J·布魯克. 陶瓷工藝（清華大學(xué)新型陶瓷與精細(xì)工藝國家重點實驗室譯）［M］. 北京： 科學(xué)出版社， 1999： 6-10.

［2］ 謝志鵬， 劉偉， 楊現(xiàn)鋒. 陶瓷注射成型制備技術(shù)的研究與進展［J］. 中國材料進展， 2011， 30（1）： 21-26.

XIE ZhiPeng， et al. Materials China， 2004， 2011， 30（1）： 21-26.

［3］ 謝志鵬， 劉 偉. 高技術(shù)陶瓷產(chǎn)品的精密注射成型制備技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展［J］. 中國陶瓷工業(yè)， 2010， 17（5）： 47-50.

XIE Zhipeng， et al. China Ceramic Industry， 2010， 17（5）：47-50.

［4］ 雅菁， 劉志鋒， 周彩樓， 等. 陶瓷注射成型的關(guān)鍵技術(shù)及其研究現(xiàn)狀［J］. 材料導(dǎo)報， 2007， 21（1）： 63-67.

YA Jing， et al. Materials Review，2007， 21（1）：63-67.

［5］ GERMAN R M， HENS K F， LIN S T P. Key issue in powder injection. Am. Ceram. Soc. Bull.， 991，70（8）：1294.

［6］ 郭世柏， 曲選輝. 金屬注射成形粘結(jié)劑的研究進展［J］. 粉末冶金技術(shù)， 2004， 22（6）： 178.

GUO Shibai， et al. Powder Metallurgy Technology，2004，22（6）：178.

［7］ GERMAN R M. The thermal debinding of injection molded powder compacts. Powder Material， 1990，22：17-22

［8］謝志鵬. 結(jié)構(gòu)陶瓷［M］. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2010： 148-167

［9］ 楊現(xiàn)鋒， 謝志鵬， 劉冠偉， 等. 埋粉對熱脫脂速率和傳質(zhì)過程的影響［J］. 稀有金屬材料與工程， 2009， 38（增刊2）： 138-141.

YANG Xianfeng， et al. Rare Metal Material and Engineering，2009， 38（Suppl. 2）： 138～141

［10］ XIE Z P， HUANG Y， WU J G. Effect of powder characteristics and grinding process on fluidity of ceramic injection molding. J. Mater. Sci. Lett.， 1995a，14：1165-1167

［11］ XIE Z P， HUANG Y， WU J G， et al. Microwave debinding of a ceramic injection molded body. J. Mater. Sci. Lett.，1995b，14：794-796.

［12］ KENNETH P J. Process for fabricating parts from particulate material： US， 4765950. 1988.

［13］ TSENG W J. Influence of surfactant on rheological behaviors of injection-molded alumina suspensions. Mater. Sci. Eng.，2000， A， 289： 116-122.

［14］ WU R Y， WEI W C. Torque evolution and effects on alumina feedstocks prepared by various kneading sequences. Eur. Ceram. Soc.， 2000，20： 67-75.

［15］ YANG W W， HON M H. In situ evaluation of dimensional variations during water extraction from alumina injectionmoulded parts. Eur. Ceram. Soc.， 2000， （20）： 851-858

［16］ KRAUSS V A， OLIVEIRA A A M， KLEIN A N， et al. A model for PEG removal from alumina injection moulded parts by solvent debinding. Journal of Materials Processing Technology， 2006，182：268-273.

［17］ WIECH R E. Manufacture of parts from particulate material：US， 4197118. 1983.

［18］ JOHNSSON K P. Metal injection molding by injectamax process// Metal Injection Molding （II）. Princeton： MPIF，1989，17-23

［19］ 高建祥， 周興靈， 曲選輝. YT5硬質(zhì)合金注射成形新型溶劑脫脂工藝研究［J］. 硬質(zhì)合金， 2007， 24（3）： 153-157.

GAO Jianxiang， et al. Cemented Carbide， 2007， 24（3）：153-157.

［20］ SETASUWON P， BUNCHAVIMONCHET A， DANCHAIVJIT S. The effects of binder component in wax oil systems for metal injection molding. Journal of Materials Processing Technology，2008，196：94-100

［21］ THOMAS Y， MARPLE B R. Partially water-soluble binder formulation for injection molding submicrometer zirconia. Advanced Performance Materials， 1998，5：25-41

［22］ CHEN R H， HO C H， FAN H C. Shrinkage properties of ceramic injection moulding part with a step-contracted cross section in the filling direction. Ceramics International， 2004，30： 991-996.

［23］ HENS K F. Method and binder for use in powder molding： US，5332537. 1992-12-17.

［24］RIVERS D. US， 4113480. 1978.

［25］ FANELLI A J， SILVERS R D， FREI W S， et al. New aqueous injection molding process for ceramic powders. Am. Ceram. Soc.， 72（1989），1833-1836

［26］ LIANG S Q， HUANG B Y， AHMAD Z A， et al. Preparation and evaluation of Al2O3 plastic forming feedstock with partially water soluble polymer as a binder. J. Mater. Process Tech.， 2003， 137：128-131

［27］ 謝志鵬， 楊現(xiàn)鋒， 王霖林. 先進陶瓷的精密注射成型［J］. 長沙理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2006， 3（3）： 102-106.

XIE Zhipeng， et al. Journal of Changsha University of Science and Technology： Natural Science， 2006，3（3）：102-106.

［28］ 王霖林， 謝志鵬， 楊現(xiàn)鋒. 注射成型用氧化鋯粉體的表面改性研究［J］. 稀有金屬材料與工程， 2008， 37（S1）： 527-520.

WANG Lingling， et al. Rare Metal Material and Engineering，2008，37（S1）：527-520

［29］ 楊現(xiàn)鋒. 陶瓷注射成型脫脂工藝基礎(chǔ)研究［D］. 北京： 清華大學(xué)， 2009： 25-35

［30］ 彭先明. 金屬注射成型及其在歐洲的新發(fā)展［J］. 粉末冶金技術(shù)， 1998， 16（2）： 126-136.

PENG Xianming. Powder Metallurgy Technology， 1998，16（2）：126-136.

［31］ BLOEMACHER M. Mechanical properties and microstructures of metal injection molded parts with a new binder techniques. Adv. in P/M， 1991， 2： 75.

［32］ RAK Z S. New trends in powder injection moulding. Ceram. Forum Int. / Ber. DKG， 1998， 75（9）：19-26

［33］ EBENHOCH J S. Injection moulding of ceramics using a polyacetal based binder system. Ceramic Transactions，1998，62： 305-311.

［34］ HESSE W. Injection molding and catalytic debinding of zirconia （Y-TZP） ceramics with a polyacetal based binder system. Ceramic Transaction， 1995， 51：309-313.

［35］ EBENHOCH J S， TRUBENBACH P， HESSE W. New binder system for ceramic injection moIding. Ceram. Eng. Sci. Proc.，1996， 17（3）： 120-127.

［36］ KRUEGER D C. Process for improving the debinding rate of ceramic and metal injection molded products. US，5531958.1996-07-02.

［37］ GERMAN R M， BOSE A. Injection Molding of Metals and Ceramics. Princeton： MPIF， 1997，197-212.

［38］EBENHOCH J， MAAT J T. Adv. in P/M， 1993， 5： 45.

［39］ EBENHOCH J， TRUBENBACH P， WEINAND D. Adv. in P/ M， 1992， PI MS： 385.

［40］ 鄭禮清，李篤信，李昆，等.粉末注射成形催化脫脂工藝研究［J］.粉末冶金工業(yè)， 2009， 19（2）：32-35

ZHENG Liqing， et al. Powder Metallurgy Industry， 2009，19（2）：32-35.

［41］ 李篤信，黃伯云，曲選輝，等.新型金屬注射成形催化脫脂型粘結(jié)劑的催化快速分解研究［J］.材料科學(xué)與工藝，2001，9（3）：256-258.

LI Duxin， et al. Materials Science and Technology， 2001， 9（3）：256-258.

［42］ 陳靜， 郭寶華， 司文捷. 新型陶瓷注射成形喂料催化脫脂過程的研究［J］. 材料科學(xué)與工程， 2002， 20（4）： 519-522.

CHEN Jing，et al.Materials Science and Engineering， 2002，20（4）：519-522.

［43］ 陳靜， 郭寶華， 司文捷. 聚甲醛在新型陶瓷注射成型催化脫脂工藝中的應(yīng)用［J］.中國塑料，2002，16（6）：47-50.

CHEN Jing， et al.China Plastics， 2002， 16（6）：47-50.

Progress in the Debinding Process of Advanced Ceramic Injection Molding

SONG Ming1， XIE Zhipeng2， WEN Jiaxing3， YANG Liangliang1
（1. Jingdezhen Ceramic Institute， Jingdezhen 333403， Jiangxi， China； 2. State Key Laboratory of New Ceramic and Fine Technology，College of Materials， Tsinghua University， Beijing 100084， China； 3. College of Materials， University of Science and Technology Beijing， Beijing 100084， China）

Ceramic injection molding is a forming process for products of near net sizes. It mainly includes four stages： mixing， injection，debinding， and sintering. Debinding is one of the most complex and important steps. This paper introduces in detail the degreasing principles for thermal debinding， solvent extraction debinding and catalytic debinding. The advantages and disadvantages of various techniques are introduced and compared. And the progress in research and application of these degreasing techniques are reviewed.

ceramic injection molding； debinding； solvent extraction debinding； catalytic debinding

date: 2014-11-10. Revised date: 2014-12-13.

TQ174.75

A

1000-2278（2015）02-0119-08

2014-11-10。

2014-12-13。

國家自然科學(xué)基金重點項目（編號：51232004）。

通信聯(lián)系人：謝志鵬（1957-），男，博士，教授。

Correspondent author:XIE Zhipeng（1957-）， male， Doc.， Professor.

E-mail:xzp@mail.tsinghua.edu.cn