脫脂(debinding)
有些陶瓷件不是用勉強帶濕的粉末成形,而是用一團硬麵團般的料——它主要是粉末,被大量有機黏結劑黏住——就像用陶瓷射出成形製作精細零件時,把熱而可流動的粉末加塑膠混料填入金屬模具那樣。這樣的件在能燒成之前,那一大批黏結劑必須先出來。脫脂就是把黏結劑從生坯件中移除的步驟——它與黏結劑燒除密切相關,但這個詞特別用在黏結劑含量高、其移除是核心挑戰的場合。
由於要移除的黏結劑太多——射出成形坯常達體積的 30 至 50 個百分比——光靠加熱把它全燒掉既慢又危險:一次全熔,件會塌陷;氣化太快,件會起泡。所以脫脂通常分階段進行。第一種容易移除的黏結劑成分,先以較溫和的途徑取出——用溶劑溶掉、蒸發掉、或催化分解(在一種常見系統中,聚縮醛黏結劑會被硝酸蒸氣在遠低於其熔點下分解)——這會在件中打開一張通道網。剩下的骨幹黏結劑此刻有了逃逸路徑,再以熱方式燒除而不使件塌陷。要等件完全脫脂後,高溫燒結才開始。
脫脂是高黏結劑陶瓷成形中決定成敗、限制速率的一步:它可能耗時數小時到數天,而陶瓷射出成形的大多數不良品都誕生於此——被逼著太快通過脫脂的件會起泡、開裂、起水疱或塌陷。它的困難也說明了為何這類製程偏好黏結劑能快速逸出的小而薄的件,而非厚件。把脫脂做對,你就能像做塑膠件一樣射出成形出精細的陶瓷形狀;做錯,世上最精良的模具也只產出廢料。
在射出成形齒輪的催化脫脂中,生坯件置於溫熱的硝酸蒸氣裡,主黏結劑被直接由固態解拉成氣體、從不熔融——因此件在孔隙網路打開的同時,仍保有俐落的形狀。要到這之後,才加熱燒除其餘部分並燒結。
脫脂把大量黏結劑分階段移除——先用溶劑、蒸發或催化,最後才用熱——使件既不塌陷也不起泡。
脫脂與黏結劑燒除指的是同一件工作——在燒結前把有機物弄出來——兩詞常可互換。實務上「脫脂」暗示的是較困難、高黏結劑的情況(射出成形、厚件),那裡前段的工作靠分階段的溶劑或催化途徑,而非單靠加熱。