专利名称：粉末注射成形和粉末微注射成形专用粘结剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于粉末微注射成形技术领域，特别是提供了ー种粉末微注射成形用水溶性粘结剂的制备方法。
背景技术：
微系统技术及相关产品潜在市场巨大，已经应用在信息与通讯技术、医疗和生物技木、微型传光学零件制备技术等领域。为了开发微系统技术的发展潜力，批量生产性价比高、且结构细节降至微米级的复杂微型零件显得很重要。因此微系统技术的研究不断深入，应用也日益广泛。 微型零件的制备方法多采用传统的微细加工技术，如微型切削、激光切削、硅刻蚀技木、LIGA (光刻，电镀和鋳造)技术等往往受到加工材料的局限，无法同时满足技术可行性与高性价比的双重要求，且生产效率低，无法应用于批量生产。随着微系统技术的快速发展，在微细加工技术中常使用的材料，如单晶硅和有机化合物，目前已无法满足ー些特殊性能要求，如耐高温、耐氧化、耐磨损、耐腐蚀。而陶瓷材料很好地满足了这些特殊要求，故金属和陶瓷微型元器件在高温、机械强度高和腐蚀等苛刻条件下有硅等材料生产的器件更为优越的性能。为了克服传统微型加工技术的不足，粉末微注射成形技术作为传统粉末注射成形技术的特例，得到了快速发展。与其他制造技术相比，粉末微注射成形技术具有材料加工范围广、可批量化生产和低成本的优势，是ー种具有广阔发展前景的微制造エ艺。微型零件的生产对产品的形状、尺寸精度要求较传统大尺寸零件要高得多，而因型腔尺度小而导致的微注射的喂料充型过程难度凸显，其中充型不完整成为突出的问题和典型的注射缺陷，而后续的脱脂エ艺中些许的变形或脱落都将直接导致失败。水溶性粘结剂是指低温下具有良好的流动性、粘度和強度，具有微注射成形所需粘结剂的特性，能够满足粉末微注射成形和脱脂エ艺的需求，且溶剂脱脂溶剂为蒸馏水。
发明内容
本发明的目的在于制备ー种粉末微注射成形专用水溶性粘结剂，是粉末微注射成形技术制备形状良好、无缺陷的微型零件所需的粘结剂，实现了形状良好、无缺陷的微型零件的粉末微注射成形制备，保证了金属和陶瓷微型零件的生产过程绿色无污染。本发明所配制的粘结剂为多聚合物组元水溶性粘结剂，以聚こニ醇(PEG)为水溶性组元，以こ烯-こ酸こ烯酯(EVA)和聚こ烯醇缩丁醛(PVB)为增塑剂，以硬脂酸(SA)为表面活性剤，各组元质量分数为(20 40) %PEG+ (20 40) %EVA+ (20 40) %PVB+ (5 10%) SA。本发明的制备エ艺为在恒温装置中，在140 160 °C温度下先将低熔点的PEG组分全部融化，然后放入称好的EVA和SA同时不停搅拌，最后分批放入PVB并强カ搅拌直至得到均匀的乳状物，待其冷却后取出，最終制得相容性好的水溶性粘结剂。骨架聚合物选用软化点在60-90 ° C的EVA和PVB，以满足混合粘结剂，混炼喂料，注射生坯时对温度的要求；选用的PEG分子量在1000和2000，流动性良好。本发明的优势在于
1.采用的溶性粘结剂体系中的组元属于 环境友好型，以蒸馏水作为溶脱溶剂，脱脂速率快，成本低；
2.以EVA和PVB共同作为粘结剂体系中的骨架聚合物，容易满足生坯的强度要求，有利于成形和脱摸，获得完整无缺陷的微型零件生坯。
具体实施例方式实施例I :
原料粘结剂各组元质量分数为20%PEG-1000 +25%PEG-2000 +20%PVB+ 30%EVA+5%SA。在150 °C恒温下先将低熔点的PEG1000和PEG2000完全融化，然后放入称好的EVA和SA并不停搅拌，最后分批加入PVB并强カ搅拌直至得到均匀的乳状物，待其冷去取出。最終制得相容性好的水溶性粘结剂。将此粘结剂与亚微米级氧化锆粉末按体积分数为52%的固态装载量混合制成喂料，在传统注射成形机上，在注射温度110-170 °C、注射压カ80-85 MPa下注射，然后在40-80 0C的水中浸没4_12小时对部分粘结剂成分进行脱脂，再烧结，得到氧化锆微型齿轮零件成形性良好、无明显缺陷，最小微结构尺寸为30 μ m。
实施例2
原料粘结剂各组元质量分数为20%PEG-1000 +20%PEG-2000 +20%PVB+ 30%EVA+10%SAo在150 ° C恒温下先将低熔点的PEG1000和PEG2000完全融化，然后放入称好的EVA和SA并不停搅拌，最后分批加入PVB并强カ搅拌直至得到均匀的乳状物，待其冷去取出。最終制得相容性好的水溶性粘结剂。将此粘结剂与亚微米级氧化锆粉末按体积分数为49-51%的固态装载量混合制成喂料，在传统注射成形机上，在注射温度120 -170°C、注射压力80-90 MPa下成形，然后在40-80 ° C的水中浸没4_12小时对部分粘结剂成分进行脱脂，再烧结，得到氧化锆微型齿轮零件成形性良好、无明显缺陷，最小微结构尺寸为30 μ m。
实施例3
原料粘结剂各组元质量分数为25%PEG-1000 +15%PEG-2000 +25%PVB+ 20%EVA+15%SAo在150 ° C恒温下先将低熔点的PEG1000和PEG2000完全融化，然后放入称好的EVA和SA并不停搅拌，最后分批加入PVB并强カ搅拌直至得到均匀的乳状物，待其冷去取出。最終制得相容性好的水溶性粘结剂。将此粘结剂与亚微米级氧化锆粉末按体积分数为48-49%的固态装载量混合制成喂料，在传统注射成形机上，在注射温度125-175 °C、注射压力80-100 MPa下成形，然后在40-80 ° C的水中浸没4_12小时对部分粘结剂成分进行脱脂，再烧结，得到氧化锆微型齿轮零件成形性良好、无明显缺陷，最小微结构尺寸为30 μ m。
实施例4
原料粘结剂各组元质量分数为15%PEG-1000 +15%PEG-2000 +35%PVB+ 20%EVA+15%SAo在150 ° C恒温下先将低熔点的PEG1000和PEG2000完全融化，然后放入称好的EVA和SA并不停搅拌，最后分批加入PVB并强カ搅拌直至得到均匀的乳状物，待其冷去取出。最終制得相容性好的水溶性粘结剂。将此粘结剂与亚微米级氧化锆粉末按体积分数为46-49%的固态装载量混合制成喂料，在传统注射成形机上，在注射温度130-175 °C、注射压 力90-110 MPa下成形，然后在40-80 ° C的水中浸没4_9小时对部分粘结剂成分进行脱脂，再烧结，得到氧化锆微型齿轮零件成形性良好、无明显缺陷，最小微结构尺寸为30 μ m。
权利要求
1.ー种粉末微注射成形用水溶性粘结剂，其特征在于聚こニ醇PEG作为水溶性组元，聚こ烯醇缩丁醛PVB和こ烯-こ酸こ烯酯EVA作为增塑剂，硬脂酸SA作为表面活性剤，各组元的质量百分数为20 40%PEG+20 409i)EVA+20 40%PVB+5 10%SA。
2.如权利要求I所述的ー种粉末微注射成形用水溶性粘结剂的制备方法，其特征在于其制备エ艺为在恒温装置中，在140 160°C温度下先将低熔点的PEG组分全部融化，然后放入称好的EVA和SA同时不停搅拌，最后分批放入PVB并强カ搅拌直至得到均匀的乳状物，待其冷却后取出，最终制得相容性好的水溶性粘结剂。
3.按照权利要求2所述的粉末微注射成形用水溶性粘结剂的制备方法，其特征在于聚合物选用软化点为70 ° C的EVA及75 ° C的PVB，以满足混合粘结剂，制备喂料，注射生坯时对温度的要求；选用PEG分子量在1000-2000之间，流动性良好。
全文摘要
一种粉末注射成形和粉末微注射成形专用粘结剂及制备方法，各组元的质量分数分别为10～40%wtPEG、10～40%wtEVA、20～40%wtPVB和5～20%wtSA。其特点是在恒温装置中，在低于聚合物熔点的适当温度下，先将低熔点的PEG完全融化，然后放入称好的EVA和SA并不停搅拌，最后分批加入PVB并强力搅拌直至得到均匀的乳状物，待其冷却后取出。优点在于粘结剂和喂料的流动性优良，所选用粘结剂中的PVB和EVA作为水溶性粘结剂体系中的骨架聚合物，不仅对喂料起到很好的增强效果，有利于脱脂过程中维持坯体形状，避免其坍塌和变形，且属于环境友好型，溶脱溶剂为蒸馏水，脱脂速率快，保形性好。
文档编号C04B35/634GK102719080SQ20121021157
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月26日 优先权日2012年6月26日
发明者倪新雷, 刘琳, 尹海清, 易善杰, 曲选辉, 罗浩 申请人:北京科技大学