定义

熔料在型腔中由于遇到嵌件孔洞、流速不连贯的区域、充模料流中断的区域而以多股流体形式汇合时，因不能完全熔合而产生线性的缝线，称之为熔接缝（如下图所示）。产生的熔接缝处的强度较其它区域来得低，容易成为潜在的缺陷源。

 

（1）注射压力太小或注射速度慢。注射压力小导致局部没密实，注射速度慢，不同部位熔合差异较大，产生较大内应力，也会导致裂纹。改善措施：提高注射速率，增加注射压力，使熔料在高压下快速充模，以达到良好的自然熔合。

（2）注射压力、速度过高时，会出现喷射而出现熔接缝，此时应适当降低压力或温度。

（3）料温或模温太低。低温熔料的分流汇合性能较差，容易形成熔接痕。改善措施：应适当提高料筒、喷嘴及模具的温度，或者延长注射周期，促使料温上升。 

（4）制品形状不良。塑件结构如果设计不合理，壁厚薄不均匀，使熔料在薄壁处汇合。所以在设计塑件形体结构时， 应确保塑件的最薄部位必须大于成型时允许的最小壁厚。此外，应尽量减少嵌件的使用且壁厚尽可能趋于一致。 

（5）模具排气不良。检查冷却系统和排气孔情况。如果模具排气不良，需在可能产生熔接线位置开设排气槽或增加排气孔，使型腔内残留空气和挥发成份排出顺畅降低锁模力，也能起到方便排气的作用。

（6）熔料流动性差，对流动性差或热敏性的塑料应适当添加润滑剂及稳定剂。

 

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。

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

 

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。

 

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。

 

定义

当熔料从分型面被挤压出至模具型腔而产生薄片时便形成了飞边，又称溢边、 披锋、毛刺等，如下图所示。大多数飞边发生在模具的分合位置上，如动模和静模的分型面，滑块的滑配部位、镶件的绝隙、顶杆孔隙等处，飞边在很大程度上是由于模具或机台锁模力失效造成。一般来讲，由于各种因素的影响，塑件绝对不产生飞边是不可能的，只能通过条件控制予以弱化。

产生原因和改善措施

1、工艺：塑化温度过高、注塑时间过长、加料量太多、注塑压力过高、模温太高都会导致飞边的产生，这主要是由于温度和压力过大，导致熔料的溢出。

 

2、模具与设备：模具的问题是导致飞边最重要的原因。模具变形、型芯与型腔配合尺寸有误差、排气槽过深、锁模力不足、模板精度不足导致模板不平行、锁模力不足、模板闭合不紧、模板之间有异物都会导致两模板配合精度不足。特别是在大型成型品的情况下，模具一般都会发生变形，此时，有无支柱对飞边也有影响。如果没有支柱，变形缝隙就会增大,飞边也会增多。

 

3、原材料：流动性过高。同时,应选用流动性稍低的原料，否则树脂流动性越好，树脂就越容易进入缝隙，因此飞边也就越大。

 

裂纹是注射制品较常见的一种缺陷,其主要成因是应力变形所致。这里的应力主要包括生坯或制品的残留应力、受到的外部应力。当裂纹拓展较严重时会导致制品的断裂，特别是对于硬质合金或陶瓷制品。

裂纹产生原因和改善措施

（1）产品结构设计不合理。注射制品中的尖角及缺口处通常会导致部件有较大残留应力集中，进而导致制品表面产生裂纹甚至断裂。在这些尖锐交接部位尽量设计圆弧倒角的形式不但可以有效降低应力集中素，而且可以使熔料流动得更顺畅和成品脱模时更容易。 

（2）充填过剩，注射计量值太大，导致熔料在模具内的残留应力太高从而造成裂纹，如果裂纹产生在浇口周围，那么依据直浇口压力损失最小的特点，可考虑改用多个针形点浇口、侧浇口及柄形浇口等方式。 另外由于注射压力与残余应力存在正相关关系，可以通过降低注射压力，以减小残余应力。同理，在保压过程中，保压压力也不宜过大。适当提高模具温度，也可降低收缩时产生的应力。适当延长冷却时间也有利于残留应力的释放。

（3）外力导致应力集中。如果脱模，制品表面也会出现擦伤，甚至裂纹。模具设计时要考虑便于脱模，同时顶出力不能太大，顶出速度不能太快。

 

表面缺陷硬质合金

定义：孔洞是指在生坯或制品的横截面上发现的孔隙。严重时可贯通生坯。孔洞发展到一定程度可贯穿坯体。注射成形坯孔洞可分为两种：中心缩孔和蜂窝状气孔。缩孔具体可参见下图。

孔洞产生原因和改善措施

注射成型硬质合金的缩孔产生原因主要是当注射温度过高时，粘结剂发生较大膨胀(石蜡由固相转变为液相的体积膨胀率为 11%~20%) ，使其所占体积分数增大，喂料的装载量减小，充模后注射坯冷却时粘结剂发生较大收缩导致中心缩孔的产生。解决方法主要是使注射温度保持在较低温度。窝状气孔主要是由于在充模过程中模腔中的气体无法及时排出，夹杂在注射坯中而形成的，当注射时料温过低时，导致喂料粘度过大，喂料充模排气性变差，另外由于注射速度过快导致喂料中气体无法及时排出。通过调整注射速度与注射温度的匹配度消除了蜂窝状气孔。

总结来说，形成孔洞的因素有:

a) 注射时夹入气体、混炼时喂料不均、喂料夹有气体、不良充模均会引发; 

b) 粉末同粘结剂分离; 

c) 模温和料温不匹配; 

d) 保压压力过小, 保压时间不足; 

e) 喷射(解决办法: 改进模具设计, 使充模过程中喂料能以柱塞式运动; 降低模温或注射温度; 降低注射速度)。

 

定义

夹心：夹心是指注射坯内外层冷却速率不同而造成先冷却的外部与后冷却的内部收缩率不一致。夹心现象就是在生坯破损断面上颜色不一, 像洋葱状, 内部颜色浅、外部颜色深的现象。颜色差异越大, 则夹心现象越严重。具体可参照下图。

原因

1、充模过程中模温与料温差过大，料的外部接触到冷模迅速冷却而内部却保持柔软, 内外收缩不一造成的。

2、在充模时保压压力会将另一部分料压入坯中, 这同先入模的料在温度和收缩上不一致。

产生夹心表明注射坯内存在很大的内应力，这部分内应力是导致后续溶剂脱脂过程中坯体开裂的主要原因之一。通过缩小模/ 料温温度差异可使夹心程度降至最

低。

 

改善措施

1) 提高热导率,具体来说，根据热导率的傅里叶定律dQ=-λdA•dt/dn

可知，提高热导率可通过提高导热面积A和导热系数λ来实现。要提高充模和脱脂过程中硬质合金粉末相互之间的导热面积就必须提高熔料的粉末装载率；而要提高导热系数就必须增加熔料中流动态组分的比例。前者需要提高装载量（降低流动态组分比例），后者需提高流动态比例，这就需要在混合料体系中加入适量的分散剂（即表面活性剂）来实现，通过加入分散剂，既可改善导热情况，也能改善整体的流动性。

 

2)减小注射温度, 升高模温。降低温度不均匀，改善收缩不均的情况。

 

硬质合金粉末具有较高硬度、耐磨性、抗变形能力等性能，这些特点使其在注射成型过程中需要更细化的工艺选择。通过控制注射参数可在一定范围内控制注射坯的质量。如果注射参数匹配不当，则会产生各种缺陷。同时因硬质合金的力学性能对于极小的杂质、孔洞或其它小缺陷引起的断裂源都特别敏感,故研究工艺中各工序可能产生的缺陷及其原因,提出预防措施和解决办法,就显得至关重要。在这其中表面缺陷占据了很大的缺陷比重，常见的表面缺陷有两种：表面凹陷和表面流动纹。这两种表面缺陷，通常是由原料和注射工艺控制不当造成的。

 

 

表面凹陷产生原因及改善措施

具体的硬质合金注射生坯表面凹陷如上图1所示。引起注射硬质合金生坯表面凹陷的原因

a) 冷流动, 即喂料在未充模腔之前, 最先入模的一部分料就已开始凝固的充模行为。可升高模温或用流动性更好的粘结剂来消除；

b)粉末和粘结剂分离,这是混炼时温度过高或注射温度过高, 粘度太低引起的；可适当降低注射加热温度；

c) 模温料温不匹配，引起局部的热收缩进而导致表面凹陷；可通过适当加热模具予以消除；

d)保压压力小且保压时间短，导致局部为充实压紧。可增大保压压力和保压时间予以消除。

 

表面流动纹产生原因及改善措施

注射坯表面出现的波浪状层纹即为表面流动纹，具体可参照下图2.原因在于此时的喂料粘度大，流动性差，与模壁之间的摩擦增大。喂料和模壁间的摩擦还取决于模具的加工精度，模腔表面光洁度越高出现流动纹的几率越小。实际注射过程中，在合适的注射温度下，通过适当提高注射速度和增大注射压力能很好地消除此类缺陷。