烧结中使用哪种粘合剂？复杂零件制造的关键类型

简短的答案是，烧结并非总是需要粘合剂，但当需要时，最常见的类型是聚合物和蜡等临时有机材料。这些粘合剂用于特定的制造工艺中，以在高温烧结阶段将主体材料熔合在一起之前将金属或陶瓷粉末固定在所需的形状中。

需要理解的关键区别在于，粘合剂是工艺助剂，而不是最终成分。它的主要工作是为零件提供临时的“生坯强度”，之后在加热过程中被完全去除，从而使基础材料颗粒永久熔合在一起。

粘合剂在制造中的真正作用

烧结的本质是利用热量将材料（如金属、陶瓷或聚合物）的颗粒熔合在一起，而不会使其完全熔化。目标是从粉末中制造出坚固、致密的物体。

只有当制造方法要求粉末以仅靠机械压力无法实现的方式成型时，才会引入粘合剂。

方法 1：传统压制烧结（通常无需粘合剂）

在最常见的烧结形式中，不锈钢或铁等材料的细粉末只需倒入模具中，并在巨大压力下压实。

这种压力通常足以形成一个脆弱的初步形状，称为“生坯件”。该零件具有足够的结构完整性，可以小心地搬运到炉中进行最终烧结。在这种情况下，不需要粘合剂。

方法 2：金属和陶瓷注射成型（MIM/CIM）

对于大批量制造小型、高度复杂的零件，注射成型是理想的选择。为了使金属或陶瓷粉末像塑料一样流动，它必须与大量的粘合剂混合。

这种混合物称为“原料”，通常使用多组分粘合剂系统。常见的粘合剂包括石蜡、巴西棕榈蜡、聚乙二醇 (PEG) 和其他热塑性塑料。粘合剂允许材料成型，然后在最终烧结前的后续脱脂步骤中被仔细去除。

方法 3：粘合剂喷射（增材制造）

粘合剂喷射是一种 3D 打印工艺，它从粉末床中逐层构建物体。

液体粘合剂从打印头选择性地喷洒到粉末上，根据数字设计将颗粒“粘合”在一起。该工艺的常见液体粘合剂是专有的，但通常涉及含有呋喃或硅酸盐基试剂等聚合物的水溶液。完成的“生坯件”随后被固化和烧结，以烧掉粘合剂并使物体致密化。

了解使用粘合剂的权衡

虽然粘合剂可以实现复杂几何形状的创建，但它们引入了必要的妥协和额外的工艺步骤，了解这些至关重要。

脱脂步骤至关重要

最重大的挑战是脱脂阶段。粘合剂必须被完全去除，同时不能扰乱粉末颗粒的脆弱排列。

这通常通过热烧除或化学溶剂来完成。粘合剂去除不完全会导致最终零件出现污染、高孔隙率和较差的机械性能。

对孔隙率和收缩的影响

当粘合剂被去除时，它会在材料颗粒之间留下空隙，即孔隙率。

在最终烧结阶段，零件必须显著收缩以封闭这些空隙并实现高密度。必须精确预测和控制这种收缩，以满足尺寸公差。

增加的工艺复杂性和成本

与简单的压制烧结方法相比，引入粘合剂并需要脱脂步骤会增加整体制造工作流程的时间、设备成本和复杂性。

为您的目标做出正确的选择

是否使用粘合剂的决定完全取决于所需的零件几何形状和为实现该形状所选择的制造工艺。

• 如果您的首要重点是简单的形状和具有成本效益的大规模生产： 无粘合剂的压制烧结是最直接和最高效的方法。
• 如果您的首要重点是制造高度复杂、中小型零件： 粘合剂基工艺（如金属注射成型 (MIM)）是行业标准。
• 如果您的首要重点是生产一次性原型或复杂的定制几何形状： 粘合剂喷射等增材制造方法是理想的选择。

从根本上说，将粘合剂视为一个临时支架——对于某些施工方法至关重要，但最终结构中不存在——是正确的思维模式。

摘要表：

粘合剂类型	常见材料	主要制造工艺	关键特性
热塑性	石蜡、聚乙二醇 (PEG)	金属/陶瓷注射成型 (MIM/CIM)	提供成型流动性；通过热脱脂去除
聚合物溶液	呋喃、硅酸盐基试剂	粘合剂喷射（增材制造）	液体粘合剂“粘合”粉末层；在烧结前去除
无	不适用	传统压制烧结	简单形状；高压在没有粘合剂的情况下提供生坯强度

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