熱脫脂是發展較早且應用最廣泛的脫脂工藝。其原理是通過加熱方法把坯體中的有機粘結劑熔融、揮發和裂解來脫除。

 

熱脫脂過程

注射成型熱脫脂是一個非穩態傳熱和傳質過程，可以根據坯體結構的變化和坯體失重情況（見上圖）把熱脫脂分成3個階段：

1、初期，坯體仍被有機粘結劑充滿，此時坯體內還沒有形成氣孔和通道，揮發的小分子會因無法排出而在坯體內產生較高氣壓，使坯體產生鼓泡。但坯體的表面的粘結劑逐漸揮發；

2、中期，脫脂過程由表面逐漸向坯體內部推進，並且形成貫通的氣孔；3、後期，有貫通氣孔結構的坯體繼續在高溫下排除剩下的粘結劑，最後形成由陶瓷顆粒弱結合的坯體。

 

熱脫脂機理

根據粘結劑的傳輸方式，熱脫脂機理可以分為擴散控制和滲透控制兩種方式。為簡化研究，假設粘結劑為單質,且粘結劑氣體垂直於外界氣氛方向向坯外運動，當氣體分子的平均自由程遠大於氣體通道半徑時,則粘結劑分解氣體分子的傳送速率取決於其與孔壁間的碰撞頻率,這是擴散控制方式起作用的情況,擴散方式的表達如下：

t=H^2 (MkT)^2/[2D(P-P0) E^2 U] （1）

 

熱脫脂的另一種可能情況是滲透控制方式,這時粘結劑分解氣體分子的傳送速率取決於其分子間的碰撞頻率.在這種情況下,粘結劑氣體的粘度是一個重要參數，運算式如下：

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

式中:

H為試樣厚度；

M為粘結劑分解氣體的分子量；

k 為玻耳茲曼常數；

T 為脫脂溫度；

D為粉末顆粒直徑；

P為粘結劑一外部氣氛介面處的壓力；

P0為外部氣氛壓力；

E為孔隙率；

U 為固態粘結劑的摩爾分子體積；

G 為粘結劑分解氣體的粘度；

F 為在壓力P 的情況下,粘結劑固/氣體積比