Céramiques techniques pour les procédés de moulage par injection de métal

1. Introduction

Le moulage par injection de métal (MIM) est une technique de formage des métaux avancée qui combine les avantages du moulage par injection de plastique et de la métallurgie des poudres. Ce procédé permet la production de pièces métalliques complexes avec une grande précision et d'excellentes propriétés mécaniques.

Parallèlement, il s'agit d'un procédé extrêmement délicat, comportant plusieurs risques et défis susceptibles d'affecter la qualité du produit final et l'efficacité de la production. Adhérence excessive, répartition thermique et élimination du liant non uniformes, et retrait irrégulier des composants : autant de problèmes qui peuvent être éliminés grâce à l'utilisation de céramiques techniques.

2. Introduction au moulage par injection de métal (MIM)

Le moulage par injection de métal (MIM) est une technique de fabrication qui consiste à injecter une matière première dans des moules afin de créer des composants aux formes complexes et à haute répétabilité. Cette matière première est un mélange de poudre métallique et d'un liant polymère qui assure la cohésion du matériau. Avant utilisation, le liant doit être éliminé et la structure interne de la pièce renforcée ; ceci est réalisé par des traitements thermiques de déliantage et de frittage dans un four.

3. Étapes du MIM

Déliantage

Il s'agit du processus d'élimination du liant de la pièce brute. Il peut être réalisé soit par voie catalytique, où le liant est éliminé à l'aide d'une combinaison d'additifs catalytiques, de solvants et d'eau, soit par voie thermique, ce qui nécessite un traitement thermique dans un four à atmosphère modifiée. La méthode requise dépend du type de matière première utilisée. Les composants ayant subi ce processus sont alors appelés « pièces brutes ». Selon le type de matière première utilisée, un ébavurage chimique et/ou thermique peut être nécessaire. Le procédé chimique élimine la majeure partie du liant, tandis que le procédé thermique élimine le liant restant, également appelé « liant de base ». Ce dernier processus est souvent désigné par le terme « déliantage résiduel ».

Frittage

Il s'agit d'un traitement thermique appliqué aux composants moulés par injection de métal (MIM) préalablement ébavurés (pièces en bronze). Le frittage a pour but de modifier la microstructure interne des composants afin d'améliorer leur densité globale et, par conséquent, leur résistance. Ce résultat est obtenu en chauffant les pièces métalliques dans un four sous atmosphère inerte à une température inférieure d'environ 20 % à leur point de fusion, permettant ainsi aux atomes de diffuser à travers la microstructure et de s'agglomérer en structures plus denses. Lors du frittage, les pièces métalliques subissent un retrait, avec une réduction dimensionnelle de 15 à 22 %, selon le métal utilisé et la densité finale de la pièce. Les profils de température, l'atmosphère et l'uniformité de la température dans le four, tant lors de l'ébavurage que du frittage, doivent être rigoureusement contrôlés afin d'éviter toute déformation, fissure ou bulle. Une atmosphère inerte ou réductrice est également importante pour prévenir l'oxydation des pièces.

4. Utilisation de plaques céramiques dans le procédé de moulage par injection de métal (MIM)

Les plaques céramiques sont utilisées pour transporter les pièces produites par moulage par injection de métal à travers toutes les étapes. Leur utilisation permet d'éliminer de nombreux problèmes rencontrés lors du processus.

• Surface poreuse mais lisse : pas d'adhérence ni de fusion du liant, retrait uniforme de la pièce
• Plaques en céramique d'oxyde d'aluminium poreuse de haute pureté (99,5 %) : retrait uniforme, pas de décoloration, peu ou pas de traitement ultérieur nécessaire
• La porosité allège le matériau : moins de chaleur est nécessaire

Grâce à sa haute résistance aux cycles thermiques et aux hautes températures (1500 °C), une seule plaque peut être utilisée pour le transport, le déliantage et le frittage. Cela se traduit par des économies : aucun outil supplémentaire n'est nécessaire pour chaque étape du processus.

Les carreaux peuvent être découpés à n'importe quelle dimension, ce qui permet de réaliser des perforations adaptées au produit en cours de traitement. Ils sont découpés au laser, ce qui signifie qu'aucun outillage supplémentaire n'est requis – une autre source d'économies.

Fig. 2 Carreaux de céramique

Fig. 3  Plaques avec éléments placés dans le four

L'utilisation de plaques céramiques dans le processus de moulage par injection de métal apporte des avantages tangibles. Cela permet d'accroître significativement l'efficacité de la production en réduisant le nombre de produits défectueux.Si notre offre de carreaux de céramique découpés sur mesure vous intéresse, veuillez nous contacter.