微結(jié)構(gòu)件的注射成形及其組織與性能.pdf

1、微注射成形作為一種微成形工藝，其具有材料適用廣、幾何形狀和尺寸適應(yīng)性好、低成本、高效率、可連續(xù)化、自動化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點。該工藝制造的微結(jié)構(gòu)件，在信息通訊、精密儀器、航空航天、生物與醫(yī)藥工程和軍事等領(lǐng)域，有著廣闊的應(yīng)用前景。國外對微注射成形的研究開始于二十世紀(jì)八十年代末，國內(nèi)對微注射成形的研究正處于起步階段，由于研究歷史較短，相關(guān)研究還不夠深入和系統(tǒng)。因此，開展微注射成形方面的研究具有重要的理論意義和實用價值。
　　本文針對聚合物

2、及陶瓷微結(jié)構(gòu)件的注射成形，系統(tǒng)地分析了微注射成形工藝參數(shù)對微結(jié)構(gòu)成形質(zhì)量的影響，表征了微結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部組織形態(tài)及力學(xué)性能，揭示了其形成機(jī)理。
　　在詳細(xì)分析微尺度下熔體充模流動理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計并制作了適合于微注射成形的模具，模具采用主體結(jié)構(gòu)和微型腔鑲塊相分離的模式。通過微注射成形工藝制得聚丙烯微結(jié)構(gòu)件，微結(jié)構(gòu)部分是具有微米級直徑的微圓柱陣列。不同工藝條件對微結(jié)構(gòu)成形性能的分析表明，對于微型盲孔類型腔注射前模具抽真空是必需的，與注射

3、壓力相比，微圓柱的填充高度受模具溫度影響更大?；谝陨戏治鲞M(jìn)行了聚合物微注射成形工藝優(yōu)化。
　　通過偏光顯微鏡（PM）、掃描電鏡（SEM）、激光共焦顯微鏡（OLS）、X射線衍射儀（XRD）等分析裝置，揭示了聚丙烯微結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部組織形態(tài)、晶體類型及分子取向，檢測結(jié)果表明直徑在微米級的微結(jié)構(gòu)仍表現(xiàn)為“表芯結(jié)構(gòu)”，即非晶表面層、柱晶剪切區(qū)和球晶芯核區(qū)；微結(jié)構(gòu)部分與大尺寸基板均含有α晶和β晶，且β晶在微結(jié)構(gòu)部分的相對含量明顯高于基板；微結(jié)

4、構(gòu)部分的分子取向微弱。采用納米壓入及顯微壓入測試方法，表征了聚丙烯微結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能，結(jié)果表明，微圓柱的硬度和模量從芯核區(qū)向表層逐漸增加，不同尺寸的聚丙烯微圓柱硬度值相似。
　　以石蠟、聚丙烯、硬脂酸為粘結(jié)劑制備了適合于粉末微注射成形的喂料，通過粉末微注射成形制得了 ZrO2微結(jié)構(gòu)件生坯，在分析微結(jié)構(gòu)生坯熱脫脂和燒結(jié)熱力學(xué)的基礎(chǔ)上，制定了適合于微結(jié)構(gòu)件的脫脂及燒結(jié)工藝。不同工藝條件對微結(jié)構(gòu)成形性能的分析表明，相對高的模具溫度和注射

5、壓力是獲得結(jié)構(gòu)完整且具有高致密度的微結(jié)構(gòu)生坯的先決條件，增加燒結(jié)溫度可以增加零件的最終致密度，但容易導(dǎo)致晶粒的過度長大和尺寸不均勻。基于以上分析進(jìn)行了粉末微注射成形工藝優(yōu)化。結(jié)合 ZrO2陶瓷微結(jié)構(gòu)件的顯微組織分析，探討了微結(jié)構(gòu)部分與基板的晶粒長大及致密化機(jī)理，結(jié)果表明，微結(jié)構(gòu)部分和基板具有相同的晶粒長大機(jī)制，且致密化過程均為晶界擴(kuò)散控制方式，導(dǎo)致了微結(jié)構(gòu)部分與基板具有相同類型和大小的晶粒結(jié)構(gòu)。采用納米壓入及顯微壓入測試方法，表征了不同