溶剂脱脂是基于有机物分子的相似相容原理来实现的，对于多组元粘结剂体系, 其通过溶剂(液态或气态)选择性溶解脱除坯体中的低分子可溶组元, 而高分子不溶组元残留在坯体中起骨架支撑作用, 达到快速无缺陷脱脂的目的。溶剂脱脂技术在粉末注射成形和粉末挤压成形工业生产中广泛应用。在生产实际中如果单纯热脱脂工艺对于厚度较大的零部件很难实现, 且对于很薄的零部件, 也易于发生翘曲和断裂。综合采用溶剂脱脂和热脱脂工艺, 可大大缩短脱脂时间, 提高生产效率, 而且由于其具有坯体变形小, 成分波动小的优点, 成为对成分要求高的PIM技术的理想脱脂方法。

一、液体溶剂浸没脱脂

液体溶剂浸没脱脂是将生坯直接浸没于液体溶剂中（见上图）, 溶解脱除生坯中可溶粘结剂组分的脱脂方法。根据液体溶剂的分类，可分为有机溶剂萃取脱脂和普通溶剂萃取脱脂这两种。

1、有机溶剂萃取脱脂

利用的有机烷烃溶剂有丙酮、三氯乙烷、正庚烷、石油醚等

2、水基萃取脱脂

该工艺所用的粘结剂可分为两个部分，一部分是水溶性的，目前应用最广泛的水溶性高分子聚合物是聚乙二醇(PEG)，聚环氧乙烷(PEO)以及纤维素和纤维素衍生出的琼脂糖，另一部分是不溶于水的，主要包括聚甲基丙酸甲酯(PMMA)，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，和乙酸丁酸纤维素(CAB)等。

 

二、超临界溶剂萃取脱脂

该工艺主要是在高压下将溶剂加热到临界点以上, 利用超临界流体良好的渗透性和较强的溶解能力, 将成形坯中粘结剂提取出来。该方法不存在相变, 能降低脱脂应力, 减少脱脂变形。

 

三、冷凝溶剂蒸汽脱脂

该工艺将溶剂蒸汽冷凝到试样表面, 然后扩散到试样内部逐步脱脂。冷凝溶剂蒸汽脱脂速率快且具有极好的脱脂保形性, 在减少脱脂应力和控碳方面有较大的优势。

粉末注射成形技术(PIM)是通过混料、制粒、注射、脱脂和烧结这5个步骤, 得到净成形制品的先进成形技术。其中, 脱脂是PIM工艺中最困难和最重要的因素, 费时最多, 最难控制形坯极易出现宏观或微观缺陷, 因此脱脂工艺对于保证产品质量极为重要, 粘结剂的脱除成为阻碍MIM发展的瓶颈。

从Wiech于1980年取得发明专利开始,PIM脱脂方法在实际生产中发展很快,先后出现了Inject-amax法、水溶解法和Metamold法等脱脂方法。脱脂时问由最初的几天缩短到现在的几小时。脱脂法也历经多次创新形成目前的技术体系。对于粉末注射成型来说，常见的脱脂种类有热脱脂、溶剂脱脂、虹吸脱脂和催化脱脂这四种。下图为典型脱脂过程。

一、热脱脂

热脱脂是指将MIM成形坯加热到一定温度,粘结剂蒸发或者热分解生成气体小分子,气体小分子通过扩散或渗透方式传输到成形坯表面,然后是粘结剂分解气体从成形坯表面脱离进入外部气氛。热脱脂是发展较早且应用最广泛的脱脂工艺。此工艺简便，成本低，无需专门设备，特别适合截面尺寸较小的精密陶瓷部件

 

二、溶剂脱脂

溶剂脱脂首先利用溶剂分子扩散进入注射成形坯中,然后成形坯中的粘结剂溶解于溶剂中形成粘结剂一溶剂溶体,粘结剂分子在成形坯内通过粘结剂一溶剂溶体扩散至成形坯表面,最后是扩散至成形坯表面的粘结剂分子脱离成形坯进入溶剂溶液中。注射料的粘结剂体系中一般是包括两个组分的，可溶性组分通过溶液被溶解带出，然后由不溶于溶剂的高分子起到支撑坯体的作用。最后经过加热完全去除残存的高分子，即溶剂脱脂一般到最后要通过热脱脂予以完成脱脂过程。

 

三、虹吸脱脂

虹吸脱脂是指将成形坯放置于一多孔基板或多孔粉坯上,将成形坯加热到粘结剂的粘度足够低,能够发生毛细流动的程度,粘结剂将在毛细力的作用下被吸出成形坯并且流入吸料中.虹吸脱脂是最快的脱脂工艺, 脱脂气氛对脱脂没有影响。但是虹吸脱脂存在脱脂速度不易控制的问题,若脱脂速度太快, 会使脱脂坯开裂。

 

四、催化脱脂

催化脱脂是近几年才发展起来的一种新脱脂工艺，也称为Metamold脱脂工艺。催化脱脂的工作原理是利用一种催化剂把有机载体分子解聚为较小的可挥发的分子，这些分子比其它脱脂过程中的有机载体分子有较高的蒸汽压，能迅速的扩散出坯体。

 

热脱脂是发展较早且应用最广泛的脱脂工艺。其原理是通过加热方法把坯体中的有机粘结剂熔融、挥发和裂解来脱除。

热脱脂过程

注射成型热脱脂是一个非稳态传热和传质过程，可以根据坯体结构的变化和坯体失重情况（见上图）把热脱脂分成3个阶段：

1、初期，坯体仍被有机粘结剂充满，此时坯体内还没有形成气孔和通道，挥发的小分子会因无法排出而在坯体内产生较高气压，使坯体产生鼓泡。但坯体的表面的粘结剂逐渐挥发；

2、中期，脱脂过程由表面逐渐向坯体内部推进，并且形成贯通的气孔；3、后期，有贯通气孔结构的坯体继续在高温下排除剩下的粘结剂，最后形成由陶瓷颗粒弱结合的坯体。

 

热脱脂机理

根据粘结剂的传输方式，热脱脂机理可以分为扩散控制和渗透控制两种方式。为简化研究，假设粘结剂为单质,且粘结剂气体垂直于外界气氛方向向坯外运动，当气体分子的平均自由程远大于气体通道半径时,则粘结剂分解气体分子的传输速度取决于其与孔壁间的碰撞频率,这是扩散控制方式起作用的情况,扩散方式的表达如下：

t=H^2 (MkT)^2/[2D(P-P0) E^2 U] （1）

 

热脱脂的另一种可能情况是渗透控制方式,这时粘结剂分解气体分子的传输速度取决于其分子间的碰撞频率.在这种情况下,粘结剂气体的粘度是一个重要参数，表达式如下：

t=22.5H^2 (1-E)^2 PG/[E^2 D^2 F(P^2-〖P0〗^2 )]（2）

式中:

H为试样厚度；

M为粘结剂分解气体的分子量；

k 为玻耳兹曼常数；

T 为脱脂温度；

D为粉末颗粒直径；

P为粘结剂一外部气氛界面处的压力；

P0为外部气氛压力；

E为孔隙率；

U 为固态粘结剂的摩尔分子体积；

G 为粘结剂分解气体的粘度；

F 为在压力P 的情况下,粘结剂固/气体积比

 

定义

制品变形是指注射制品件的形状尺寸与设定的模具型腔形状尺寸存在较大偏差，它注射制品件的常见缺陷之一。实际生产中的变形有两种表现：翘曲变形和表面凹陷变形，本文主要针对翘曲变形展开。

 

产生原因和改善措施

（1）由成型条件引起残留应力造成变形，而制品残留应力的产生原因主要有3种情况,即充填过剩、脱模推出和金属镶嵌件。可通过降低注射压力和保压压力、 提高模具温度并使模具温度均匀以及适当降低熔料温度来解决。在采用这一方法时，最好与对制品退火的热处理结合起来，以消除应力。 

（2）冷却不当。对于模具冷却系统的设计，应尽可能在贴近温度容易升高、热量比较集中的部位设置冷却回路。另外冷却时间太短强行脱模导致脱模生坯强度较低也会导致翘曲变形，可通过延长冷却时间予以控制。

（3）注射制品壁厚不均造成收缩不一致（如下图所示）。因冷却速度不同和产生紊流而造成尺寸不稳定及制品变形；薄壁部分的熔体冷却迅速，粘度提高，引起翘曲。 设计塑件结构时，在可能的条件下应尽量使壁厚均匀一致。设计模具时可适当增加浇口数量。

（4）喂料混炼不均匀或粉末与粘结剂分离，可采用强度高的粘结剂体系并适当添加分散剂（表面活性剂）来解决。