陶瓷粉末微注射成形脫脂與燒結機理相關研究

盧振，蔣少松，張凱鋒

（哈爾濱工業大學，哈爾濱 150001）

隨著微細加工技術的不斷拓展與完善［1—10］，微注射成形憑借自身優勢將成為重要技術之一。然而，作為一門新興的微/納制造技術，其對成形材料、工藝過程及設備等方面都提出了新的要求［11—15］，許多現有的成熟的理論和技術不再適用。其中，亞微米尺度下粉末微注射成形坯體脫脂和燒結機理尚未明確，這使得該技術成形陶瓷微結構時難以實現在尺度上的跨越，限制了其應用范圍，亟需對亞微米尺度下坯體的脫脂和燒結進行系統和深入地研究，以促進微注射成形技術的快速發展，同時為陶瓷亞微米級結構提供一種快速、低成本、批量化的制造技術。

1 微注射成形陶瓷亞微米級結構

微注射成形可快速批量化制備形狀復雜的聚合物、金屬及陶瓷微結構。目前，國內外對微注射成形進行了一些研究，如 Xie［16］，Xu［17］等人分別研究了聚合物在寬400 μm和350 μm流道中的填充和流變特性，Su［18］等人分析了邊長100 μm 的方形型腔的填充情況，筆者［19］通過微注射成形獲得了直徑60 μm 的聚丙烯微圓柱，Liou［20］等人明確了寬 0.1 ～ 10 μm 的聚合物結構的成形性能（如圖1a所示）。Yin［21］等人制備了直徑小于1 mm的金屬微齒輪，Li［22］等人制得了直徑100 μm的金屬微圓柱（如圖1b所示），Piotter［23］等人制得了外廓直徑275 μm 的陶瓷微齒輪（如圖1c所示）。總體看，制品局部結構尺寸已由微米級減小至亞微米或納米級，如光學透鏡的納米突起，DNA細胞處理所需納米探針，微流控芯片上的微/納米流道等［24—25］。然而，微注射成形亞微米或納米級結構多為聚合物材料，陶瓷或金屬最小結構尺寸仍停留在微米級。……