成形與塑形

陶瓷射出成形(ceramic injection molding)

你家裡幾乎每一個小而精細的塑膠件——齒輪、扣件、接頭——都是把塑膠熔化、射進冷金屬模做出來的。陶瓷射出成形借用了整台這種機器來做小而複雜的陶瓷件。訣竅是把陶瓷粉末偽裝成塑膠:你把粉末與大量的熱塑性蠟-聚合物黏結劑混合,做成一種像塑膠般會熔會流的餵料,把它射出成形成你要的確切形狀,之後才把塑膠燒掉、燒成剩下的陶瓷。

把循環走一遍。餵料——約 50 到 60 volume percent 的陶瓷粉末,其餘是有機黏結劑——加熱到會流動,再加壓射進精密鋼模,在那裡冷卻凍結成一個帶有細節、螺紋與複雜三維幾何的生坯,那是任何模壓或擠出都做不出來的。難處,而且是個大難處,就是那龐大的黏結劑量:生坯或許有 40 volume percent 是必須在燒成前去除的有機物。這道脫脂(黏結劑燒除)是製程中緩慢、精細、限速的核心——操之過急,內部就會積氣、把零件鼓泡或撐裂,所以厚斷面可能需要數天小心加熱、或用溶劑與觸媒脫脂,才能把黏結劑完整取出。

只要形狀真正複雜又要量產,CIM 就物有所值:齒列矯正托槽、小型渦輪與引擎組件、套圈、光纖零件與精密耐磨件。它從模具裡直接給出表面極佳的接近成品形狀。它的代價是昂貴的模具、漫長的脫脂瓶頸,以及必須精準拿捏的巨大燒成收縮(線性常達 15 到 20 percent)。凝膠澆鑄有一部分正是為了用少得多的待去除黏結劑來做複雜形狀而發展出來的。

一個帶有微小溝槽與掛鉤的氧化鋯齒列矯正托槽,是把 ZrO2 加蠟的餵料射進鋼模做出來的;生坯托槽接著經過許多小時的脫脂,在不鼓泡的前提下去除約 40 volume percent 的黏結劑,最後燒成,線性收縮約 20 percent 而成緻密的成品。

把粉末偽裝成塑膠、射出成形出複雜的接近成品形狀,再脫脂、燒成——威力強大,但脫脂是瓶頸。

讓射出成為可能的那個黏結劑,在燒除時卻是敵人:在不困住氣體的前提下去除 40 volume percent 的有機物,是最慢、最易生缺陷的步驟,這就是為什麼 CIM 偏好小而薄的斷面而非厚塊。

又称
CIMpowder injection molding射出成形