D0I:10.13374/1.issm100103.2008.12.021 第30卷第12期 北京科技大学学报 Vol.30 No.12 2008年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2008 金属微型元器件的制备与性能检测 尹海清杜美娜曲选辉何新波贾成厂 北京科技大学材料科学与工程学院粉末冶金研究所，北京100083 摘要研究了粉末微注射成形技术制备纯铁微型齿轮.·采用平均粒度为2.3的羰基铁粉和石蜡基热塑性粘结剂体系， 当粉末的装载量（体积分数）为58%时，获得了形状良好的齿顶圆直径为700的微型齿轮注射生坯.烧结后齿形轮廓清晰， 中心孔的圆度保持良好，齿轮的齿顶圆的收缩率约为15.6%，齿轮表面的粗糙度为S.=5.0991m: 关键词微型齿轮：微注射成形；齿顶圆：表面粗糙度 分类号TF124 Manufacturing technology and performance testing of metallic micro-sized compo- nents YIN Haiqing,DU Meina,QU Xuanhui,HE Xinbo,JIA Chengchang Institute of Particle and Powder Metallurgy,School of Material Seience and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT Micro powder injection molding (-PIM)was studied to manufacture micro-sized gearwheels of iron.Carbonyl Fe powder with a mean size of 2.3m and wax-based thermoplastic binder mixture were used in the manufacture process.When the powder loading was fixed as 58%,the molded compact of a gearwheel whose addendum circle diameter is 700m was obtained with well shape retention.The profile of the gearwheel and the roundness of the centre hole were kept well after sintering.The sintering shrinkage of the addendum circle is 15.6%and the roughness of the gearwheel surface is S=5.099 1m. KEY WORDS micro-sized gearw heel:micro powder injection molding:addendum circle:roughness of surface 近年来，微系统技术(microsystems technology, 微结构的零件和独立零件的制备，带有微结构的最 简称MST)的迅速发展带动了微型元器件的设计与 小零件尺寸为50m,最大高度为480m,长径比为 应用，各种不同功能、不同材料和不同形状的零件不 5,独立微型零件包括由羰基铁粉制造的微型齿轮， 断涌现，需求也迅猛增长，这种现状对于微型制造技 烧结后外径为900m).同时，德国IWKI研究 术也提出了越来越高的要求，一些微型制备技术逐 所成功设计并制造了微型万能试验机，能够完成微 渐为更多的人所认识，如LIGA技术， 型样品的拉伸和三点弯曲实验⑧0，新加坡对 MST的发展同样吸引制造技术的研究者不断 316L不锈钢开展了系统的工作，制备的零件形状基 推陈出新，粉末微注射成形技术由此应运而生，这项 本为圆柱状和正方体，长径比约为214].近两年， 技术将塑料领域的微注塑成型技术有效地运用于粉 日本、奥地利、中国等也相继开展了该技术的研究， 末冶金领域，并借鉴了传统粉末注射成形技术，不仅 取得了一定的成果. 可以实现各种不同材料的零件的生产，而且可以低 本文对采用微注射成形技术制备微型铁基齿轮 成本、高精度地生产各类零件，实现了金属和陶瓷微 进行了探索，并对白光干涉仪在微型零件的表面状 型零件的再现与批量化生产，在该技术的发展过程 态的评测进行了初步的研究· 中，德国在研究方面始终遥遥领先，完全实现了带有 收稿日期：2008-07-05修回日期：2008-08-06 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(N。,2006AA03z557):国家重点基础研究发展计划资助项目(Na,2004CB719802):国家自然科 学基金资助项目(No.50634010) 作者简介：尹海清(l971一)，女，副教授，博士，E-mail:hqyin@mater·usdh.cd~cn金属微型元器件的制备与性能检测 尹海清 杜美娜 曲选辉 何新波 贾成厂 北京科技大学材料科学与工程学院粉末冶金研究所‚北京100083 摘 要 研究了粉末微注射成形技术制备纯铁微型齿轮．采用平均粒度为2∙3μm 的羰基铁粉和石蜡基热塑性粘结剂体系‚ 当粉末的装载量（体积分数）为58％时‚获得了形状良好的齿顶圆直径为700μm 的微型齿轮注射生坯．烧结后齿形轮廓清晰‚ 中心孔的圆度保持良好‚齿轮的齿顶圆的收缩率约为15∙6％‚齿轮表面的粗糙度为 Sa＝5∙0991μm． 关键词 微型齿轮；微注射成形；齿顶圆；表面粗糙度 分类号 TF124 Manufacturing technology and performance testing of metallic micro-sized compo￾nents Y IN Haiqing‚DU Meina‚QU Xuanhui‚HE Xinbo‚JIA Chengchang Institute of Particle and Powder Metallurgy‚School of Material Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing 100083‚China ABSTRACT Micro powder injection molding （μ-PIM） was studied to manufacture micro-sized gearwheels of iron．Carbonyl Fe powder with a mean size of 2∙3μm and wax-based thermoplastic binder mixture were used in the manufacture process．When the powder loading was fixed as58％‚the molded compact of a gearwheel whose addendum circle diameter is700μm was obtained with well shape retention．T he profile of the gearwheel and the roundness of the centre hole were kept well after sintering．T he sintering shrinkage of the addendum circle is15∙6％ and the roughness of the gearwheel surface is Sa＝5∙0991μm． KEY WORDS micro-sized gearwheel；micro powder injection molding；addendum circle；roughness of surface 收稿日期：2008-07-05 修回日期：2008-08-06 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目（No．2006AA03Z557）；国家重点基础研究发展计划资助项目（No．2004CB719802）；国家自然科 学基金资助项目（No．50634010） 作者简介：尹海清（1971—）‚女‚副教授‚博士‚E-mail：hqyin＠mater．ustb．edu．cn 近年来‚微系统技术（microsystems technology‚ 简称 MST）的迅速发展带动了微型元器件的设计与 应用‚各种不同功能、不同材料和不同形状的零件不 断涌现‚需求也迅猛增长‚这种现状对于微型制造技 术也提出了越来越高的要求．一些微型制备技术逐 渐为更多的人所认识‚如 LIGA 技术． MST 的发展同样吸引制造技术的研究者不断 推陈出新‚粉末微注射成形技术由此应运而生‚这项 技术将塑料领域的微注塑成型技术有效地运用于粉 末冶金领域‚并借鉴了传统粉末注射成形技术‚不仅 可以实现各种不同材料的零件的生产‚而且可以低 成本、高精度地生产各类零件‚实现了金属和陶瓷微 型零件的再现与批量化生产．在该技术的发展过程 中‚德国在研究方面始终遥遥领先‚完全实现了带有 微结构的零件和独立零件的制备‚带有微结构的最 小零件尺寸为50μm‚最大高度为480μm‚长径比为 5‚独立微型零件包括由羰基铁粉制造的微型齿轮‚ 烧结后外径为900μm ［1—7］．同时‚德国 IWKI 研究 所成功设计并制造了微型万能试验机‚能够完成微 型样品的拉伸和三点弯曲实验［8—10］．新加坡对 316L 不锈钢开展了系统的工作‚制备的零件形状基 本为圆柱状和正方体‚长径比约为2［11—14］．近两年‚ 日本、奥地利、中国等也相继开展了该技术的研究‚ 取得了一定的成果． 本文对采用微注射成形技术制备微型铁基齿轮 进行了探索‚并对白光干涉仪在微型零件的表面状 态的评测进行了初步的研究． 第30卷 第12期 2008年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．12 Dec．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．12．021