注射成型硬质合金催化脱脂原理

注射成型硬质合金催化脱脂的脱脂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气压, 能迅速地扩散出坯体。注射成型硬质合金催化脱脂工艺所采用的粘结剂体系一般是由聚醛树脂、起辅助框架作用的聚合物和起稳定作用的添加剂组成.
 
聚醛树脂
其中聚醛树脂的结构特点是重复的C-O键组成, 如图1所示。具有较强的粘接力、高光泽、高硬度和优良的耐候性、耐化学品性。常用于用作增黏树脂,提高粘接力和硬度。
 
催化脱脂过程图片
 
反应过程(如上图所示)
聚合物链的氧原子对酸的作用很敏感,当曝露在合适的酸催化剂中时, 在较低的温度下就能进行催化反应引起大分子聚醛树脂分裂成CH2O(甲醛)气体。一般用于注射成型硬质合金催化脱脂过程中的催化剂气体是硝酸和草酸气体。在110℃~130℃温度范围注射成型硬质合金催化脱脂的速率可以达到很高, 而该温度范围远低于聚醛树脂的熔化区间(160~180℃)。这种催化反应发生的条件特别适合于粉末注射成形中的粘结剂的脱除。这样, 生坯中的主粘结剂――聚醛树脂在催化剂的作用下直接由固态裂解为气态小分子, 达到快速注射成型硬质合金催化脱脂的目的。此时, 剩余的少量(低于10%)聚合物将起保形作用, 脱除了主粘结剂的生坯仍然是充分坚固的, 使零件在脱粘时具有延续的坚硬性, 避免任何塑性变形, 得到较好的公差。气态酸不透过粘结剂, 反应只是在气体与粘结剂的界面上进行。气体的扩散限制在已形成的多孔外壳上, 在生坯内部不会形成压力。而这些在生坯中残留的有机物质、分解剂、某些聚合物均可以在预烧结阶段迅速热解脱除。反应方程如下:
 
〖(CH_2-O)〗_2 □(→┴(acid(T>100℃)) nCH_2=O)
 
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注射成型硬质合金催化脱脂的特点

从注射成型硬质合金催化脱脂的脱脂原理中可以看出,注射成型硬质合金催化脱脂具有区别于传统脱脂方法(热脱脂和溶剂脱脂)的优异脱脂特性。
 
特点
1.脱脂速率快。在酸性催化剂的作用下聚醛树脂能够快速地分解成甲醛气体, 粘结剂――气态界面以1~2mm/h的线速度向内推进。注射成型硬质合金催化脱脂的速率可以达到2~4mm/h, 而一般粘结剂为基的注射成形坯的脱脂速率为0.2mm/h,注射成型硬质合金催化脱脂速率是传统脱脂工艺速率的10~20倍。由于注射成型硬质合金催化脱脂速率快, 脱脂时间短, 使得对注射成形坯尺寸厚度的限制小, 最大的脱脂厚度超过1英寸。
 
2.脱脂温度低。注射成型硬质合金催化脱脂的反应温度范围为100℃~ 140℃, 低于聚甲醛树脂的熔点(160℃~180℃), 避免了液相生成。这样就避免了热脱脂过程中由于生成液相而导致“生坯”软化, 或由于重力、内应力或粘性流动影响而产生变形和缺陷。
 
3.脱脂缺陷少。催化反应仅在气体—粘结剂界面上进行,由生坯外部逐渐向内部发展, 称之为“缩芯”机制。甲醛气体仅局限于在生坯的多孔“壳”区域产生, 可以容易地通过生坯的已是多孔的外部区域迅速逸出, 而不会在生坯内部产生应力, 不会产生生坯鼓泡、开裂等脱脂缺陷。
 
4.能实现连续脱脂和烧结。由于注射成型硬质合金催化脱脂速率快,脱除粘结剂所需的时间短, 使得注射成形中采用连续脱脂和烧结成为可能,下图为连续催化脱脂设备。
 
连续催化脱脂炉图片
 
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注射成型硬质合金催化脱脂

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。催化脱脂工艺所采用的粘结剂体系一般是由起骨架作用的聚醛树脂,起辅助框架的高分子和起稳定作用的添加剂组成,目前催化脱脂已应用在注射成型硬质合金生产领域。
 
过程
该脱脂方法是利用某些在特定气氛下可以发生快速降解的聚合物作为主粘结剂, 使注射生坯在相应的气氛中发生催化脱脂, 其中的主粘结剂被快速分解脱除, 而对催化气氛不敏感的辅助粘结剂仍存留在生坯体中, 起到支撑的作用。催化脱脂工艺所采用的粘结剂体系一般是由聚醛树脂和起稳定作用的添加剂组成。聚醛基体系由于极性高和硬质合金粉体的相容性较好, 成型坯体强度高。在酸蒸汽催化作用下, 聚醛类的解聚反应一般在110℃—150℃之间快速进行, 反应产物是气态甲醛单体。反应过程如下图所示。
 
催化脱脂过程图片
 
特点
催化反应温度低于主粘结剂软化温度, 在整个脱脂过程中不会产生液相, 从而避免了变形、坍塌等脱脂缺陷的产生。因此,催化脱脂综合了热脱脂和溶剂脱脂的优点, 克服了传统脱脂方式时间长、缺陷多、能耗高、污染环境等缺点。气体的扩散限制在已形成的多孔外壳上,在坯体内部不会形成压力。
 
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水萃取脱脂

水萃取脱脂
水萃取脱脂是Injectamax法的直接发展,此工艺是基于溶剂萃取脱脂工艺的基础上,经过改进而发展起来的一种新型脱脂工艺,该工艺所用的粘结剂可分为两个部分,一部分是可溶于水的,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)等树脂或乙酸丁酸纤维素(CAB)等。
 
水萃取脱脂过程
水溶性粘结剂在坯体中的脱除机制如下图表示。首先,脱脂前坯体为陶瓷粉末与粘结剂两相体系粉末颗粒间被连续的粘结剂填充;坯体在浸入40 ℃-60 ℃热水中,由于受热而迅速膨胀,水分子就扩散到坯体表面与粘结剂分子形成溶胀体坯体表面的粘结剂发生溶解形成了细小的空隙;随着脱脂进行,水分子随着空隙不断扩散到坯体内部与内部粘结剂分子形成溶胀,并且随着内部粘结剂溶解排除坯体而留下了更多的空隙;随着新的通道的产生,水与粘结剂的接触面越来越大,提高了脱脂速率。最后,当脱脂2-3 h之后,形成了相互连通的孔隙通道。可以看出最后坯体内部气孔明显增加了,在这个时期这些不溶于水的粘结剂支撑着坯体也是比较脆弱的阶段,坯体内部形成了大量的通道,这些通道也能成为之后不溶于水的粘结剂受热排出坯体的通道。
 
水萃取机理图片
 
水萃取脱脂特点
与有机溶剂脱脂相比较水脱脂既具有脱脂速率快的特点,又不会损害人体的健康或污染环境。但是水溶性粘结剂存在吸水问题,因此MIM喂料的贮存和运输需特殊装置,而且与水溶性粘结剂中的水溶性部分(如聚乙二醇) 相容的聚合物很少且混炼时易发生溶胀,喂料混炼时间很长。
 
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硬质合金Wiech法脱脂

从硬质合金MIM技术产生以来,随着粘结剂体系的不同,形成了多种硬质合金MIM工艺路径,脱脂方法也多种多样。最开始投入规模应用的是Wiech法。Wiech法自1980年发明以来经过了几次改进形成Wiech(1)、(2)和(3)法。Wiech所用的粘结剂为粉末注射成型(PIM)中,特别是硬质合金MIM中应用最多的蜡基粘结剂体系,一般为多种组元体系。Wiech法自出现历经多次改进,所应用的脱脂原理不尽相同,脱脂效果和脱脂效率也相差巨大。
 
1.Wiech(1)法
(1)法的基本流程是:第一步采用真空加热环境下利用气态溶剂进入成形坯溶解粘结剂,溶解到一定程度,粘结剂的溶剂溶液会从成形坏中渗出。第二步采用溶剂脱脂法去除剩余的部分粘结剂。由于已经通过气态溶剂脱脂形成的孔隙能道,第二步浸入式溶剂脱脂速度很快,且不会产生裂纹和缺陷。Wiech(1)法在气态溶剂脱脂期间周期很长,脱脂效率很低。另外由于脱脂温度高于粘结剂流动温度,变形较严重。下图为Wiech(1)法经典的工艺路径。
 
脱脂流程图片
 
2.Wiech(2)法
198年Wiech年发明了Wiech(2)法,Wiech(2)法其基本流程是:将硬质合金MIM成形坯置于一惰性气体容器中,通过调节温度和气体流量,使得成形坯中粘结剂的蒸气压高于容器内气氛压力,这样粘结剂能从成形坏中蒸发出来进入容器气氛中,容器中有一个独立部分用来冷凝收集粘结剂,粘结剂脱除速度可以通过调节冷凝速度来控制。对于多组元粘结剂,还可以通过调节容器内温度和压力,有选择地逐步蒸发排除。此过程约需一天或一天以上时间。
 
3.Wiech(3)法
Wiech于1981年发明了Wiech(3)法,采用虹吸脱脂作为第一步,将硬质合金MIM成形坯置于虹吸料上,缓慢升温至200℃保温3h以脱除大部分粘结剂,然后再将成形坯放入炉中于一个大气压的氢气氛中以约3℃/min的速率升至约800℃进行进一步脱脂和预烧结,整个脱脂过程约10h左右。这样,Wiech实际上采用了三种形式的二步法进行脱脂,先是采用溶剂蒸气脱脂,然后是蒸发法,后来又采用虹吸脱脂作为第一步,脱脂时间也由最初的3天缩短到了10个小时。但它人都存在一些缺点,Wiech(1)法效率低,成形坯易产生变形。Wiech(3)法脱脂炉内气氛压力需精确控制,且对于销大分子量的粘结剂组元,则蒸发法很难奏效。Wiech(3)法存在虹响应料粘附于成形坯和污染成形坯的问题。
 
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钨合金屏蔽针管运输系统

在PET/CT中心多为静脉注射,注射时使用钨合金屏蔽针管运输系统配件,钨合金以其高密度,高辐射屏蔽,及环保的特性,可让操作人员在更远的距离下完成注射,并同时为操作员以及其它人员提供放射防护。

             钨合金屏蔽针管运输系统

钨合金屏蔽针管运输系统配件用于PET药物注射,注射系统包括钨合金注射针管防护罐和针管注射小推车。

钨合金FDG针管:钨合金结构,主要满足不同实验室要求内配不同容量针管,快速卡口设计。

4节针管运输罐:钨合金结构,主要满足不同实验室要求运输罐可分解成前,中,后三段,满足抽药注射等阶段的防护要求,中段内芯配有钨合金针管套,也可与中段分离。

大型4节针管运输罐:钨合金结构,主要满足不同实验室要求运输罐可分解成前,中,后三段,满足抽药注射等阶段的防护要求,中段内芯配有钨合金针管套,也可与中段分离。

药液存放罐:用于常规容量药瓶,四周一般有3.5 cm的钨合金,用于防护高能量PET放射性药物,消除放射性照射泄露,钨合金盖有磁铁固定在罐上,可以和其它磁铁抽药针管套连接,完成分装。

运输钨罐系统:钨合金结构,主要满足不同实验室要求磁环拉手系统,维持单手操作要求,全钨合金系统,高防护性能,零污染。

质量控制存放罐:钨合金结构,主要满足不同实验室要求配合特殊小型针管,用于质量控制阶段。

高剂量药物存放罐:钨合金结构,主要满足不同实验室要求大型钨合金罐,用于热室内,运输高剂量药液。

带可窗口圆桶针管防护套:钨合金针管防护套,防护厚度合适PET实验室,满足特殊的实验室要求,可配根据需要铅玻璃窗口。

钨合金药液运输防护罐:钨合金结构,主要满足不同实验室要求螺丝锁定系统,防止运输过程中打开。


 

 

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医用X射线机房屏蔽

随着X射线在医学上的广泛应用,给人类带来了巨大的医疗效益的同时,也伴随一定的危害。当今,世界人口所受到的人工辐射照射中,医疗照射居于首位。随医用X射线机的迅速普及。X射线机的辐射危害也受到广泛的关注。

医院的X射线机房的建设、屏蔽设计,X射线机的使用管理都必须在卫生监管部门的监督下进行。在屏蔽方面,医院高度重视对治疗患者进行辐射防护,广泛使用钨合金屏蔽件,减少患者的受照剂量,从而降低辐射危险的发生。X射线管防护套射出的漏射线,从X射线管窗口射出的有用射线,以及这些射线经过散射体后产生的散射线。在不同的X射线管电压下,产生的剂量也不同。对人身造成的伤害也是不一样的。在X射线机房屏蔽设计中,通过X射线管管压、管电波、投照时间、参考点离源距离等来确定屏蔽材料的透射系数,同时所需屏蔽材料的厚度也需要考虑,经过严密计算,钨合金做为医用X射线机房屏蔽件有着最显著的优势,包括机房主防护墙、防护门、观察窗通风窗等,均可采用钨合金制成。钨合金屏蔽件自身表现出密度大、硬度高、化学性质稳定、无毒环保等特性,其中钨合金的密度是影响屏蔽性的重要参数,密度大也是钨合金最显著的优势,重量相当的钨合金屏蔽件,体积只有铅的1/3,却有和铅相当的射线吸收能力。由于钨合金的密度更高,墙的厚度也可以更薄。钨合金的硬度高可使屏蔽件在使用中不易磨损,延长其使用年限。钨合金在长期使用中并没有发现对人或者环境有任何危害,这种无毒环保材料必然使其更多的重视和利用。

                    医用X射线机房屏蔽
 

 

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钨合金注射防护车

随着核技术在医疗领域的运用日趋广泛,放射诊疗与核医学诊疗在现在医学中有着不可替代的位置,为人类对抗疾病做了重大的贡献;但由于射线无色、无味,普通肉眼无法识别,如果泄漏容易对人员造成误伤,对环境造成污染,特别是长期在该场所工作的医护人员健康将受到严重的影响。因此在屏蔽方面,医院高度重视对治疗患者及医护人员进行辐射防护,广泛运用具有优异性能的钨合金作为辐射屏蔽件。

放射诊疗与核医学诊疗的放射性工作主要是药物分装、注射、扫描摆位和PET/CT操作。由于放射诊疗与核医学诊疗非密封源放射性工作场所特点,工作人员随时会接触放射性源;放射防护成为医疗工作者的重点。加强放射卫生监督管理,提高防护意识、改善防护条件、对于降低集体剂量和人均年剂量当量,具有重大意义。高比重钨合金具有高密度,高辐射屏蔽,及环保的特性,一直以来是制造医用辐射屏蔽件的首选,通常医院采用钨合金药物提取防护件,医护人员可在进行放射性药物提取时,可提供最佳的辐射防护性,这样就无需采用昂贵的远程控制系统,钨合药物提取防护件可降低辐射量。放射诊疗与核医学诊疗中多为静脉注射,注射时可使用钨合金注射防护车,减少注射后的辐射源对注射人员的照射,注射车采用内外钨合金制成,底部带有万向轮,移动灵活,是给患者注射放射性核素的理想防护产品。

                                                       钨合金注射防护车

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管道核辐射屏蔽绷带

在核工业生产中,会遇到突发性的状况例如:管道破裂、管道漏水、箱体漏水、天然气漏气、高压线漏电、机械液压管漏油或焊接出现空隙等等现象,此时可选用管道核辐射屏蔽绷带,使得在核工业生产中各种材料的修补变的更加方便、快捷、安全、牢固以及降低成本,管道核辐射屏蔽绷带是用于核电站、医院、军事核装备等领域修补的首选产品。

管道核辐射屏蔽绷带,包括辐射防护内芯层和包覆层,辐射防护内芯层封装在两块包覆层中间,辐射防护内芯层由辐射防护复合纤维经纬或三维编织而成;辐射防护复合纤维由金属内芯纤维和包芯纤维经过自动包芯编织而成,金属内芯纤维至少包括一根钨合金纤维或其他合金纤维,包芯纤维为碳纤维或高密度聚乙烯纤维或聚四氟乙烯纤维或聚苯硫醚纤维或聚酰胺纤维或聚酯纤维;包覆层由热塑性树脂和位于所述热塑性树脂内部的网状增强纤维布经热碾压复合而成。该核辐射防护绷带由于金属内芯采用钨合金纤维,而钨合金有高密度、耐高温,耐腐蚀、熔点高、耐磨损、热膨胀系数低等优良特性,且具有优异的核辐射防护性能,可具备阻燃、防油、防穿刺、易去污等多种功能,适用于管道、阀门等异型构件。

                      管道核辐射屏蔽绷带

管道核辐射钨合金屏蔽绷带在特殊工业中的应用,一方面既安全快捷地解决了生产中遇到的问题,保障生产持续有序地进行;另一方面能够有效地减少放射性物质泄漏溢出造成的的吸入和外照射,及时消除辐射源造成的可能性伤害。

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放射治疗室屏蔽墙

放射性治疗是现代先进的治疗手段,可医治很多病症,在肿瘤治疗中的作用和地位日益突出,已成为治疗恶性肿瘤的主要手段之一。利用放射线治疗肿瘤的一种局部治疗方法。放射线包括放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类x射线治疗机或加速器产生的x射线、电子线、质子束及其他粒子束等。但是用放射性治疗手段会产生放射性皮炎、放射性食管炎以及食欲下降、恶心、呕吐、腹痛、腹泻或便秘等诸多毒副反应。因此在使用放射性物质时要用医疗防辐射屏蔽设施加强自身保护。
在治疗过程中,使用医用钨合金屏蔽墙能够屏蔽对该控制区和非控制区的辐射影响,提高放射工作人员健康,降低对职业性外照射剂量水平。由于钨合金对X射线和γ射线具有良好的屏蔽性,是放射治疗室屏蔽墙材料的首选。屏蔽防护的原理是:射线包括穿透物质时强度会减弱,一定厚度的屏蔽物质能减弱射线的强度,在辐身源与人体之间设置足够厚的屏蔽物,便可降低辐射水平,使人们在工作所受到的剂量降低最高允许剂量以下,确保人身安全,达到防护目的,屏蔽防护的要点是在射线源与人体之间放置一种能有效吸收射线的屏蔽材料。在CT扫描显像期间,机房和控制室之间都有设置钨合金屏蔽墙来阻挡辐射。和传统的屏蔽材料,体积更小的钨合金屏蔽墙,密度却更高,钨合金屏蔽墙的体积只有铅的1/3,高密度性使其拥有和铅相当的射线吸收能力。由于钨合金的密度更高,墙的厚度也可以更薄。同时,由于钨合金屏蔽件材料独有的环保特性,被广泛地应用于核医疗中,作为放射治疗癌症肿瘤,医疗造影,及放射性示踪的辐射屏蔽材料。

                                                                钨合金屏蔽墙

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絶縁ガラス用Cs 0.32 WO 3粒子

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