粉末注射成形的技术以及产业化发展研究

　　粉末注射成形 (Powder Injection Molding，简称 PIM) 是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下（～150℃）用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。

　　一、国内外技术与产业现状及发展趋势

　　现代PIM技术的研究开始于70年代初期，1973年美国组建了Parmatech公司，专门从事PIM技术的研究和产品开发工作，但当时该项技术还鲜为人知。 直到1979年， Parmatech公司有两件 PIM产品在国际粉末冶金大会的产品设计大赛中获奖后， PIM技术才开始受到粉末冶金界的关注。但由于这一阶段的研究工作都是在几家公司中进行，彼此技术保密，此外由于粉末原料成本高、脱脂工艺时间长、产品易变形等问题没有解决，其发展一度处于停滞。80年代初期，美国政府先后拨款数百万美元，在伦塞尔理工学院( Rensselaer Polytechnic Institute ) 开始 PIM技术基础理论和应用基础的研究工作。之后，又在宾州大学(Pennsylvania State University)建立了PIM专业实验基地，并成立了全美 PIM协会，每年都定期举办专门的国际研讨会，以促进该技术的发展。目前，该协会已吸收了许多国外单位和专家参加，已发展成为一个国际性的学术组织。由于政府研究机构和大学的介入，使研究工作向深层次发展，从完全凭经验进入在一定理论指导下工作。因此，八十年代中期，粉末注射成形技术得到了迅速的发展。这一方面归于在流体力学和气体动力学研究成果基础上开发出的超高压水雾化和高压惰性气体雾化技术的发展，使细粉产出率大大提高，原材料生成成本大大下降。另一方面，在粘结剂设计理论和脱脂机理等研究成果的指导下，以美国 Injectamax公司和德国BASF公司为代表的新一代 PIM工艺的开发成功，不仅使原来的脱脂时间从数十小时缩到几个小时，而且其保形性得到明显的改善，大规模生产的产品的尺寸精度从±0.5％提高到±0.3％。进入九十年代，一方面是PIM工艺进一步改进，新材料、新工艺不但涌现，另一方面，产业化发展非常迅速。日本1991年 PIM销售额为27亿日元，1992年猛增到46亿日元，增长了的70％。德国1993年的 PIM销售比1992年增加了5倍。 瑞士中高档手表的表壳和表带70%用PIM工艺制造。到1997年底全球共有240家以上的公司和机构从事 PIM技术研究、开发、生产和咨询业务，2000年达到375家。美国政府已将该技术列为对美国经济繁荣和国家持久安全起至关重要作用的“国家关键技术”。为了以保持美国在该技术研究与开发方面的优势，1999年6月美国国家自然科学基金会和宾州政府联合支持在宾州大学建立了烧结材料工程研究中心，PIM技术是该中心重点研究的领域之一。

　　从八十年代末期开始，国内先后有冶金部钢铁研究总院、北京科技大学、中南工业大学、北京有色金属总院、北京粉末冶金研究所、广州有色金属研究院等开展了PIM技术的研究工作，但由于缺乏政府资金的支持，加之国外的技术保密，均没有取得突破性进展。九五期间，项目建议人在国家863高技术计划、国家科技攻关计划、国家军工配套科研计划和国家自然科学基金等计划的资助下，突破了粉末注射成形的一些技术难关，取得了一系列创新性成果，研制和小批量的产品已成功地应用于我国国防军工和民用领域，部分研究成果达到国际先进水平。但是，总体而言，由于我国PIM技术研究起步晚、投入少，其研究的广度和深度距世界先进水平任有较大差距，尤其是产业化进程缓慢，规模小、水平低、工艺装备落后。到90年代末，形成少批量生产规模的有安泰科技股份有限公司（钢铁研究总院）、湖南英捷高科技有限责任公司（中南大学）、济南金珠注射成形公司等。2000年的全国PIM销售额仅为1000多万元，远远满足不了军工和国民经济建设的需要。

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