金屬粉末注射成型：成型工藝中燒結(jié)變形的測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)需求

粉末注射成型工藝中采用了大量粉末這就意味著最終成型部件內(nèi)會(huì)含有細(xì)小的孔穴，粉末顆粒的尺寸會(huì)明顯影響部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能，如空隙率和晶粒尺寸大小。減小粉末顆粒尺寸可以改善燒結(jié)性能，但隨之會(huì)使得比表面積增大并最終導(dǎo)致氧濃度趨勢(shì)的增大。

在粉末注射成型后要進(jìn)行排膠和燒結(jié)工藝處理，在這些處理工藝中散布在粉體顆?？障吨g的膠粘劑會(huì)引起成型件外形的改變。另外，由于致密性要求燒結(jié)要在高溫下進(jìn)行，燒結(jié)溫度接近熔點(diǎn)，這時(shí)就需要考慮重力所帶來(lái)的蠕變，越是大尺寸的成型部件越是會(huì)產(chǎn)生較大的變形，結(jié)果就是最終部件所需的尺寸精度就很難保證。在實(shí)際生產(chǎn)中，這種高溫下蠕變變形所帶來(lái)的結(jié)果就是粉末注射成型工藝僅能用于重量100g以內(nèi)輕質(zhì)小尺寸部件的生產(chǎn)。因此，對(duì)于較重的大尺寸部件生產(chǎn)中采用粉末注射成型工藝就需要設(shè)法抑制這種變形，這是目前粉末注射成型工藝所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

對(duì)于輕質(zhì)小尺寸部件的生產(chǎn)，為得到高精度和高質(zhì)量的產(chǎn)品，也需要精確掌握這種變形行為的規(guī)律，并根據(jù)產(chǎn)品最終的特性，來(lái)確定燒結(jié)工藝參數(shù)以及燒結(jié)前坯件的幾何尺寸。排膠和燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)品部件收縮規(guī)律的獲得主要涉及以下兩方面內(nèi)容：

（1）燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)品部件的收縮并不能僅僅靠取樣形式測(cè)試的熱膨脹系數(shù)來(lái)準(zhǔn)確獲得，這主要是由于取樣測(cè)試熱膨脹過(guò)程中樣品內(nèi)部傳熱與產(chǎn)品部件完全不同，通過(guò)測(cè)試得到的熱膨脹系數(shù)要預(yù)計(jì)部件變形量會(huì)存在較大誤差。最好的方式是在模擬燒結(jié)工藝過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)試產(chǎn)品部件的整體變形量，采用準(zhǔn)確、可靠、高效的測(cè)試以及數(shù)值模擬方法，來(lái)代替目前熱膨脹系數(shù)變形計(jì)算和基于經(jīng)驗(yàn)的反復(fù)試驗(yàn)法，從而縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和費(fèi)用。

（2）燒結(jié)過(guò)程中一些產(chǎn)品部件的無(wú)支撐部位到一定溫度后會(huì)由于材料軟化受到重力影響而發(fā)生下彎變形，如圖5所示。針對(duì)框狀類的產(chǎn)品部件，在燒結(jié)后往往會(huì)出現(xiàn)部件的側(cè)邊會(huì)有一定程度內(nèi)凹或外凸。由此可見(jiàn)重力的影響會(huì)使產(chǎn)品部件的收縮產(chǎn)生各向異性并影響到產(chǎn)品部件的最終形狀，文獻(xiàn)1-10對(duì)各種燒結(jié)中的重力影響進(jìn)行了詳細(xì)描述?？傊羞@些變形是在燒結(jié)升溫過(guò)程中發(fā)生的還是在冷卻過(guò)程中發(fā)生，以及發(fā)生變形的具體溫度和變形量大小是燒結(jié)工藝需要了解的重要參數(shù)，但這些變形參數(shù)則是通過(guò)熱膨脹系數(shù)測(cè)試無(wú)法獲得，只有通過(guò)部件的整體測(cè)量才能準(zhǔn)確了解。

綜上所述，針對(duì)注射成型燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)品部件的收縮變形，需要解決以下問(wèn)題：

1.直接觀測(cè)產(chǎn)品部件在燒結(jié)過(guò)程中的整體尺寸變化規(guī)律以及重力影響部件局部下彎變形規(guī)律；

2.采用非接觸測(cè)量方式，避免接觸式測(cè)量頂桿加載力對(duì)排膠和燒結(jié)變形的影響；

3.采用大面積測(cè)量方式，直接測(cè)試成型件變形，避免制樣的代表性不足；

4.實(shí)現(xiàn)成型件或試樣的二維變形同時(shí)測(cè)量，并具有多點(diǎn)位置變化同時(shí)測(cè)量功能；

5.在不同升溫制度（如不同升降溫速度和不同恒定溫度）下觀測(cè)部件尺寸變化規(guī)律；

6.觀測(cè)不同氣氛（真空、氬氣、氮?dú)?、氫氣等）和不同氣壓條件對(duì)部件尺寸變化規(guī)律的影響，以及不同溫度區(qū)間切換氣氛條件和氣壓恒定對(duì)部件尺寸變化規(guī)律的影響；

7.同時(shí)具備高精度高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)測(cè)試功能。