氧化鋁陶瓷材料具有高的機械特性和高的電絕緣性與低的介電損耗等特點，廣泛應用于航空航天、汽車、電子等領域。由于硬度高、脆性大的陶瓷難以實現切削加工，因此異形件的成型及其精度控制一直是困擾技術人員的難題，陶瓷注射成型（Ceramic Injection Molding，CIM）技術的出現與發展為氧化鋁陶瓷成型開辟了新道路。

圖1 99瓷注射成型氧化鋁件（圖片來源：浙江景鵬鋯業科技有限公司）

早在20世紀30年代，Hennicke和Neuenfeld在其專利、文獻中不斷提到了陶瓷注射成型技術。1931年，德國Siemens Halske公司將氧化鋁陶瓷應用于火花塞材料；1942年，日本將氧化鋁陶瓷應用于軍用航空飛機的火花塞上；但直到1974年前后，陶瓷的無壓燒結技術取得突破性進展，科研人員可以在不需要昂貴壓力設備的條件下實現先進陶瓷的燒結。

大眾的目光才再一次聚焦到陶瓷的注射成型技術上，希望能將耐高溫、硬度高的輕質氧化鋁陶瓷材料更為廣泛地應用于發動機、燃氣輪機和火箭發動機的零部件上。可以說，零件復雜性及其大批量生產的需求推動了陶瓷注射成型技術的不斷發展。接下來，不妨簡單了解其工藝流程。

工藝流程

CIM主要包括喂料制備、注射成型、脫脂和燒結四個階段。其基本過程為在氧化鋁陶瓷粉末中加入粘結劑，并使其混合均勻，形成具有粘塑性的喂料，在加熱狀態下，利用注射成型機將喂料注入模具模腔內冷凝成型，經過脫脂工藝去除粘結劑后，便可用于燒結。

圖2 注射成型工藝流程

(不同的顏色屬于不同的工藝步驟，分別為喂料制備、注射成型、脫脂、燒結四個步驟)

CIM應用

目前，由于氧化鋁陶瓷注射成型的原理與工藝并不復雜，因此在國內外已經得到了廣泛應用。

日本京瓷創立于1959年，最初為一家技術陶瓷生產廠商。如今，京瓷公司的大多數產品與通訊行業有關，包括無線手機和網絡設備、半導體元件等。

圖3 日本京瓷銷售凈額成長圖（圖片來源：京瓷集團）

圖4為日本京瓷采用注射成型工藝生產形狀復雜的電絕緣體用零部件。根據日本京瓷介紹，其可提供氧化鋁、氧化鋯和氮化硅三種陶瓷材料的注射成型零部件。

圖4 日本京瓷采用CIM生產的氧化鋁電絕緣體用零部件（圖片來源：京瓷集團）

國內企業同樣重視氧化鋁陶瓷注射成型技術的研究與應用。廈門虹鷺鎢鉬工業有限公司是一家成立于1992年的中韓合資國有控股企業。作為世界著名照明企業的主要材料供應商，虹鷺公司還關注著電光源配套的其它核心部件。

例如，在高端陶瓷金鹵燈（Ceramic Metal Halide，CMH）中，氧化鋁陶瓷電弧管是其核心部件，對材料和成形工藝有很高的技術要求，一直以來被飛利浦、通用電氣等巨頭壟斷。

虹鷺公司針對不同功率的陶瓷金鹵燈的應用設計了一系列的橢球形電弧管，并開發了專有的二次注射成形工藝，批量生產出不同規格的半透明氧化鋁電弧管。其中，半透明氧化鋁的晶粒尺寸大小和均勻度比國內外同類產品優越，厚度為0.8mm的圓片在可見光范圍內的直線透光率為18%~24%，表明該工藝制備的半透明氧化鋁陶瓷材料適合用于陶瓷電弧管。

圖4 氧化鋁陶瓷電弧管的幾種結構

（圖片來源：采用粉末注射成形制備陶瓷金鹵燈用半透明氧化鋁電弧管）

CIM注射機

目前國內氧化鋁陶瓷注射成型的工藝研究上已經取了顯著成果，但是在實際工業化生產中，不同廠家生產出的零件在尺寸精度、均一性、力學性能等方面差異巨大，這主要源于以下幾個幾方面：

1. 注射成型對氧化鋁粉體的平均粒度、松裝密度、粉末形狀、比表面積、顆粒間隙等均有要求；

2. 粘結劑是陶瓷粉體的載體，決定了喂料注射成形的流變性能和注射性能；

3. 脫脂過程是注射成型工藝中耗時最長的一道工序，也是質量控制最為關鍵的一道工序，脫脂不當會造成眾多的制品缺陷；

4. 注射機械及其配套控制系統。

圖5 三環集團用氧化鋁材料生產的電子用陶瓷零件，并可提供金、銀、銅、鉬、錳、鎢、錫、鎳等多種陶瓷表面金屬化（圖片來源：三環集團）

以注射機械及其配套控制系統為例，陶瓷注塑成型過程中模具的開發和工藝參數的控制具有極高的技術門檻，目前能生產出穩定的陶瓷粉末注塑機并有能力提供全套技術支持的的設備商并不多，其關鍵技術仍掌握在德、日等國企業手中。其中，知名企業包括日精、阿博格、恩格爾等。

日精注塑機(Nissei) 公司產品涵蓋全電動注塑機、液壓注塑機、油電混合注塑機、臥式注塑機、立式注塑機、雙色注塑機等全系列注塑機。 應用于:通訊產品,先進陶瓷，粉末冶金，汽車用品,光學透鏡,精密連接器,薄壁導光板,SD卡等精密注塑成型領域。

圖6日精注塑機(Nissei)可實現金屬、陶瓷、塑料的多組分注射成型（圖片來源：深圳興利榮機械）

阿博格Arburg公司來自充滿德國獨特魅力的黑森林小鎮勞斯伯格，由Eugen Hehl和Karl Hehl兩兄弟將其打造成全球領先的注塑機制造巨頭。阿博格是全球第一家生產陶瓷粉末注塑機的企業，生產的小噸位注塑機（12.5-500t）在德國的市場占有率高達60%以上。

圖7 阿博格技術節上展示的注塑設備

（圖片來源：阿博格）

2019年3月13日至16日，阿博格技術節將繼續在阿博格總部勞斯博格舉行。這場始于1999年，由阿博格一手創辦的技術節，如今已成為全球獨一無二的行業盛事，迄今為止共有來自50多個國家的近88000名專家來訪。

綜合而言，陶瓷注射成型工藝可用于形狀復雜、生產批量大的氧化鋁陶瓷零件生產，其原理與工藝流程相對簡單，但是最終成型零部件的質量受到粉體制備、粘結劑、脫脂工藝、注射成型裝備等諸多因素影響，已經涉及到國家的工業化基礎問題。為了實現先進陶瓷更加精密、高效的成型，這還需要全行業的共同努力。

參考文獻

采用粉末注射成形制備陶瓷金鹵燈用半透明氧化鋁電弧管；廈門虹鷺鎢鉬工業有限公司，喻大釗，劉俊勇，葉道興，宋久鵬，于洋。

By：火宣