金属粉末凝胶注模成形技术

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  凝胶注模成型,是近年倍受关注的一种复杂形状陶瓷部件近净尺寸的原位凝固成型方法。凝胶注模成型机理是将有机单体与溶剂配制成一定浓度的预混液,粉末颗粒悬浮于其中制成低粘度、高固相含量的悬浮体,加入引发剂及催化剂之后,将这种悬浮体注入非多孔模具中,在一定的温度条件下,有机高分子单体交联聚合成三维网络状聚合物凝胶,并使粉末颗粒原位粘结而固化形成坯体。凝胶注模成形技术在陶瓷成形方面已取得很好的效果, 按其工艺的特点将其引入粉末冶金中,用来成形金属粉末。

  工艺优势:

  • 易成形复杂形状、大尺寸零件;
  • 成形坯体强度高、组份均匀、密度均匀、 缺陷少;
  • 坯体有机物含量少,不需专门的脱脂工序;
  • 设备简单,模具成本低廉,易工业化。

  在铁基材料中的应用前景:对于铁基粉末冶金零件的成型,传统压制方法难以获得复杂的形状,而易于获得复杂形状的成型方法如热压铸或注射成型需加入质量分数高达20%的蜡或其它有机物,脱脂过程繁琐,不适用于大尺寸零件,从而使较大尺寸、复杂形状铁基粉末冶金零件的制备成为难题。金属粉末凝胶注模成形可以利用价格低廉、便于获得复杂形状的石蜡、塑料等模具材料清晰地表现细节特征,并且对于常规材料成型过程不需要大型设备,操作简便,可以在较低成本的前提下同时满足大尺寸、复杂形状的要求,解决这个难题。

  在硬质合金材料中的应用前景:目前硬质合金生产主要采用传统粉末冶金压制成型,虽然其技术、工艺已臻成熟,但只能生产形状较为简单的硬质合金制品。对于形状复杂的制品,只有先制备毛坯,然后进一步机加工得到,因此消耗大、成本高且生产效率低下,在很大程度上限制了硬质合金制品的应用范围。金属粉末凝胶注模成形技术的出现,为复杂形状、大尺寸硬质合金制品的生产及推广应用带来了契机。

  在生物医用材料中的应用前景:生物医用材料是指具有生物相容性,用于人工器官替换、外科手术修复、诊断和治疗疾患,对人体组织不产生不良影响并执行相关功能的材料。

  在用于硬组织修复的金属材料中,多孔钛及其合金因具有多孔三维支架的结构优势,又兼备钛金属优良的机械性能和生物相容性,三维贯通的孔隙和合适的表面微孔结构为周围组织的长入提供了支架,使组织与材料的结合具有一定的强度,从而在临床得到广泛应用。

  医用多孔植入材料形状复杂、微小细节丰富而且尺寸因人而异,这就要求其成型技术小规模生产的成本低,并且坯体具有较高的强度从而保证保型性。

  凝胶注模成形还可以通过改变浆料的固相含量及物化性质,实现高孔隙度、高开孔率、孔洞宏观分布均匀、力学性能与自然骨匹配的复杂形状大件医用多孔钛植入材料的成型。