氧化鋁陶瓷材料具有高的機(jī)械特性和高的電絕緣性與低的介電損耗等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域。由于硬度高、脆性大的陶瓷難以實(shí)現(xiàn)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(shù)人員的難題，陶瓷注射成型（Ceramic Injection Molding，CIM）技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)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(yè)科技有限公司）

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

大眾的目光才再一次聚焦到陶瓷的注射成型技術(shù)上，希望能將耐高溫、硬度高的輕質(zhì)氧化鋁陶瓷材料更為廣泛地應(yīng)用于發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和火箭發(fā)動機(jī)的零部件上。可以說，零件復(fù)雜性及其大批量生產(chǎn)的需求推動了陶瓷注射成型技術(shù)的不斷發(fā)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(jié)四個階段。其基本過程為在氧化鋁陶瓷粉末中加入粘結(jié)劑，并使其混合均勻，形成具有粘塑性的喂料，在加熱狀態(tài)下，利用注射成型機(jī)將喂料注入模具模腔內(nèi)冷凝成型，經(jīng)過脫脂工藝去除粘結(jié)劑后，便可用于燒結(jié)。

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(jié)四個步驟)

CIM應(yīng)用

目前，由于氧化鋁陶瓷注射成型的原理與工藝并不復(fù)雜，因此在國內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

日本京瓷創(chuàng)立于1959年，最初為一家技術(shù)陶瓷生產(chǎn)廠商。如今，京瓷公司的大多數(shù)產(chǎn)品與通訊行業(yè)有關(guān)，包括無線手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、半導(dǎo)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(tuán)）

圖4為日本京瓷采用注射成型工藝生產(chǎn)形狀復(fù)雜的電絕緣體用零部件。根據(jù)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(chǎn)的氧化鋁電絕緣體用零部件（圖片來源：京瓷集團(tuán)）

國內(nèi)企業(yè)同樣重視氧化鋁陶瓷注射成型技術(shù)的研究與應(yīng)用。廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司是一家成立于1992年的中韓合資國有控股企業(yè)。作為世界著名照明企業(yè)的主要材料供應(yīng)商，虹鷺公司還關(guān)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(shù)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(yīng)用設(shè)計了一系列的橢球形電弧管，并開發(fā)了專有的二次注射成形工藝，批量生產(chǎn)出不同規(guī)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(nèi)外同類產(chǎn)品優(yōu)越，厚度為0.8mm的圓片在可見光范圍內(nèi)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(jié)構(gòu)

（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(jī)

目前國內(nèi)氧化鋁陶瓷注射成型的工藝研究上已經(jīng)取了顯著成果，但是在實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)中，不同廠家生產(chǎn)出的零件在尺寸精度、均一性、力學(xué)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(jié)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(zhì)量控制最為關(guān)鍵的一道工序，脫脂不當(dāng)會造成眾多的制品缺陷；

4. 注射機(jī)械及其配套控制系統(tǒng)。

圖5 三環(huán)集團(tuán)用氧化鋁材料生產(chǎn)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(huán)集團(tuán)）

以注射機(jī)械及其配套控制系統(tǒng)為例，陶瓷注塑成型過程中模具的開發(fā)和工藝參數(shù)的控制具有極高的技術(shù)門檻，目前能生產(chǎn)出穩(wěn)定的陶瓷粉末注塑機(jī)并有能力提供全套技術(shù)支持的的設(shè)備商并不多，其關(guān)鍵技術(shù)仍掌握在德、日等國企業(yè)手中。其中，知名企業(yè)包括日精、阿博格、恩格爾等。

日精注塑機(jī)(Nissei) 公司產(chǎn)品涵蓋全電動注塑機(jī)、液壓注塑機(jī)、油電混合注塑機(jī)、臥式注塑機(jī)、立式注塑機(jī)、雙色注塑機(jī)等全系列注塑機(jī)。 應(yīng)用于:通訊產(chǎn)品,先進(jìn)陶瓷，粉末冶金，汽車用品,光學(xué)透鏡,精密連接器,薄壁導(dǎo)光板,SD卡等精密注塑成型領(lǐng)域。

圖6日精注塑機(jī)(Nissei)可實(shí)現(xiàn)金屬、陶瓷、塑料的多組分注射成型（圖片來源：深圳興利榮機(jī)械）

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

圖7 阿博格技術(shù)節(jié)上展示的注塑設(shè)備

（圖片來源：阿博格）

2019年3月13日至16日，阿博格技術(shù)節(jié)將繼續(xù)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(chuàng)辦的技術(shù)節(jié)，如今已成為全球獨(dú)一無二的行業(yè)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(fù)雜、生產(chǎn)批量大的氧化鋁陶瓷零件生產(chǎn)，其原理與工藝流程相對簡單，但是最終成型零部件的質(zhì)量受到粉體制備、粘結(jié)劑、脫脂工藝、注射成型裝備等諸多因素影響，已經(jīng)涉及到國家的工業(yè)化基礎(chǔ)問題。為了實(shí)現(xiàn)先進(jìn)陶瓷更加精密、高效的成型，這還需要全行業(yè)的共同努力。

參考文獻(xiàn)

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(yè)有限公司，喻大釗，劉俊勇，葉道興，宋久鵬，于洋。

By：火宣