Einführung in den Spritzgussprozess für Hochleistungskeramik
Ceramic Injection Moulding (CIM) ist ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Keramikbauteilen, das die Prinzipien des Polymerspritzgusses mit Keramikvorbereitungstechniken kombiniert. CIM ähnelt der Metal-Injection-Molding-Technologie (MIM) und ist ein wichtiger Zweig der Powder-Injection-Molding-Technologie (PIM), die auf der Grundlage ausgereifter Polymer-Spritzgusstechniken entwickelt wurde. Für die Massenproduktion hochpräziser und komplex geformter Keramikprodukte ist der Einsatz des Keramikpulverformens äußerst vorteilhaft.
Der Herstellungsprozess des Keramikspritzgusses besteht im Wesentlichen aus vier Schritten:
1. Vorbereitung des Ausgangsmaterials: Geeignete organische Bindemittel werden bei einer bestimmten Temperatur mit Keramikpulvern gemischt, getrocknet und granuliert, um ein spritzfertiges Ausgangsmaterial zu erzeugen.
2. Spritzgießen: Das gemischte Spritzgussmaterial wird erhitzt, um eine viskose Schmelze zu bilden, die dann bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck in Metallformen eingespritzt wird. Es erstarrt schnell in der gewünschten Form und wird anschließend aus der Form entfernt.
3. Entbinderung: Organische Materialien im Spritzgussteil werden durch Erhitzen oder andere physikalische und chemische Methoden entfernt.
4. Sintern: Die entbinderten Keramikgrünteile werden bei hohen Temperaturen gesintert, um das gewünschte Aussehen, die Maßhaltigkeit und die Mikrostruktur dichter Keramikkomponenten zu erreichen.
Vorteile des Spritzgießens:
1. Es können kleine Keramikkomponenten mit komplexen Geometrien und besonderen Anforderungen direkt hergestellt werden, wodurch teure Keramikbearbeitungsprozesse entfallen oder reduziert werden und somit die Produktionskosten gesenkt werden.
2. Ein hoher Grad an Mechanisierung und Automatisierung führt zu kurzen Formzyklen, die nur einen Bruchteil der Zeit erfordern, die für das Gießen und Heißpressen erforderlich ist. Die Formteile weisen eine hohe Festigkeit auf und die Automatisierung des Produktionsprozesses ist praktisch, sodass sie für die Massenproduktion geeignet sind.
3. Aufgrund der guten Fließfähigkeit des Bindemittels ist die Dichte der spritzgegossenen Grünteile gleichmäßig.
4. Die gleichmäßige Vermischung von Pulver und Bindemittel sowie minimale Zwischenräume zwischen den Partikeln führen zu gleichmäßigen Schrumpfungseigenschaften beim Sintern. Dies führt zu einer gleichmäßigen Dichte über alle Bereiche des Bauteils, einer hohen geometrischen Maßgenauigkeit und einer glatten Oberflächenbeschaffenheit.
Nachteile des Spritzgießens:
Die anfänglichen Investitionen in die Ausrüstung und die Verarbeitungskosten sind hoch, sodass es sich vor allem für die Produktion in großem Maßstab eignet.
Anwendungen: Diese Technologie ist besonders vorteilhaft für die Massenproduktion hochpräziser, komplex geformter Keramikprodukte. Derzeit wird das Keramikspritzgießen häufig bei der Herstellung verschiedener Keramikpulver und technischer Keramikprodukte eingesetzt. Verschiedene mit diesem Verfahren hergestellte Präzisionskeramikkomponenten werden in Bereichen wie Luftfahrt, Automobil, Maschinenbau, Energie, optische Kommunikation, Biowissenschaften und Medizin eingesetzt.
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