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微机电系统的高速发展,使得大规模生产微型元器件的需求更加的迫切,而粉末微注射成形(μ-PIM)技术是快速、高效生产微型化元器件的关键技术。本课题主要研究了氧化锆微型齿轮和微型模具的μ-PIM技术制备工艺,最小的齿轮齿项圆直径为200μm。
对粉末微注射成形来说,注射工艺条件的控制对喂料注射过程起着关键作用,研究过程采用ANSYS-CFX软件对充模过程进行模拟,并以实验验证模拟结果,得到微齿轮最佳注射参数:注射温度150℃~160℃,模具温度60℃;微型模具最佳的注射参数:注射温度170℃,模具温度60℃。
成功制备了烧结致密的氧化锆微型零件,其中亚微米氧化锆粉制备的微型零件在1600℃下烧结获得了致密烧结体,相对密度达到99.18%,基板最大收缩率24.54%,微齿轮最大收缩率23.86%,显微硬度13.38GPa,轮齿表面粗糙度5.5±0.7μm,齿轮中心4.0±0.3μm;纳米级氧化锆粉制备的微型零件在1400℃下烧结获得了致密烧结体,相对密度为99.67%,基板最大收缩率24.95%,微齿轮最大收缩率23.73%,显微硬度14.77GPa,轮齿表面粗糙度5.6±0.8μm,齿轮中心5.3±0.5μm,微型零件在烧结过程中,基板比微齿轮先烧结致密,在微齿轮烧结致密时,基板晶粒已经长大。