中國粉體網(wǎng)訊 氧化鋁陶瓷是氧化物中最穩(wěn)定的物質(zhì)之一，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，在航天航空、機械、電子、電力、汽車、化工、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。在成型技術(shù)上，由于氧化鋁陶瓷的硬度高，脆性大，難于切割加工，特別是加工形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的異形零部件，存在較大難度，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域，陶瓷注射成型的出現(xiàn)為氧化鋁陶瓷的成型加工帶來了新的契機。
陶瓷粉末注射成型
陶瓷粉末注射成型（CIM）是粉末注射成型（PIM）的一個分支。它是塑料注射成形與粉末冶金技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展起來的一種新型近凈成形技術(shù)，于20世紀20年代興起。
陶瓷粉末注射成型工藝流程示意圖
20世紀80年代，伴隨陶瓷發(fā)動機研制和渦輪轉(zhuǎn)子等高溫陶瓷部件制備的需求，由美國貝特爾紀念協(xié)會組織世界上近四十余家研究機構(gòu)和公司，制定了“陶瓷注射成型”研發(fā)計劃，美國、英國、日本、瑞典、德國等國家的大學(xué)、研究機構(gòu)及美國福特汽車等大公司參與這一研究計劃。這一時期陶瓷注射成型研究的重點是氮化硅、碳化硅等非氧化物高溫陶瓷部件，特別是發(fā)動機用Si3N4，SiC渦輪轉(zhuǎn)子、葉片和滑動軸承的注射成型制備。同時成功地制備出許多高性能，復(fù)雜形狀的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷產(chǎn)品，其中陶瓷渦輪轉(zhuǎn)子在日本和美國已用于賽車和軍用裝甲車等。
注射成型產(chǎn)品真空脫脂燒結(jié)一體爐，來源：深圳市美格真空科技有限公司
氧化鋁注射成型的優(yōu)勢
與其它成型技術(shù)相比，氧化鋁注射成型有以下優(yōu)勢：
（1）成型過程自動化程度高，可大批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜、尺寸精度高、體積小的陶瓷部件；
（2）成型的陶瓷生坯件結(jié)構(gòu)密實，質(zhì)量分布均勻，最終燒結(jié)后的性能也優(yōu)于傳統(tǒng)成型產(chǎn)品；
（3）CIM是一種近凈成型工藝，生產(chǎn)出的產(chǎn)品具有極高的尺寸精度和表面光潔度，無需(或只需微量)后續(xù)加工，大幅降低生產(chǎn)成本，在傳統(tǒng)成型工藝中，后期的尺寸精度加工占整個陶瓷制備成本的30%左右。
因此，CIM成型工藝是當(dāng)前最熱門的精密陶瓷成型工藝。
氧化鋁CIM產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)規(guī)模增加�，F(xiàn)在，氧化鋁CIM已經(jīng)發(fā)展成具有很高競爭力、制造復(fù)雜小型零件的成型方法。2002年全球從事氧化鋁的注射成形的公司是70家，2010年擴大到130家左右，2015年統(tǒng)計氧化鋁CIM的企業(yè)已經(jīng)超過200家，全球有二十幾個公司提供喂料。
我國氧化鋁CIM技術(shù)發(fā)展較快，產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)步增長，上下游的產(chǎn)業(yè)鏈條正在趨于完善，形成了較好的產(chǎn)業(yè)格局，并逐步建立了完整的氧化鋁CIM生態(tài)體系。根據(jù)中國粉末冶金協(xié)會產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的統(tǒng)計，在2015-2019年五年間，我國從事PIM生產(chǎn)的企業(yè)規(guī)模增速超過35％，這一速度超過了世界平均水平。在氧化鋁CIM方面，我國的本土企業(yè)也有了一定量的成長，涌現(xiàn)出浙江景鵬、山東鵬程等一批龍頭企業(yè)，業(yè)務(wù)量和銷售額也在逐年進步。
應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展
進入21世紀以來，粉末注射成型的產(chǎn)業(yè)化大幅增長。應(yīng)用領(lǐng)域從最開始的航空工業(yè)，軍工業(yè)等方面逐漸滲透到民用領(lǐng)域，諸如汽車、電子、醫(yī)療、通訊等等。尤其是近五年來，隨著3C數(shù)碼的需求量持續(xù)增加，在這些行業(yè)（尤其是手機產(chǎn)業(yè)）里的氧化鋁CIM應(yīng)用也取得了長足進步。例如，小米手機的幾款新型5G手機產(chǎn)品的后殼就采用了氧化鋁注射成型制造。如下表所示，現(xiàn)在氧化鋁CIM零件在很多領(lǐng)域如醫(yī)療、通訊、機加工、武器裝備等都有很好的應(yīng)用空間。
近年來報道的氧化鋁CIM典型產(chǎn)品
問題與挑戰(zhàn)
從當(dāng)前氧化鋁CIM發(fā)展所取得的成績來看，我國氧化鋁CIM行業(yè)的規(guī)模是值得肯定的，但與歐美日等發(fā)達地區(qū)和國家相比，在基礎(chǔ)理論、粘結(jié)劑體系、脫脂關(guān)鍵工藝等方面仍存在較大的差距，因此產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)也十分顯著。從氧化鋁CIM角度分析，我國的氧化鋁陶瓷注射成型的核心裝備（陶瓷注射成型機等）和關(guān)鍵元器件（如耐磨螺桿等）還需要進口；一些先進的粘結(jié)劑體系和脫脂工藝的工業(yè)應(yīng)用主要在歐美國家進行開發(fā)。這些國家和地區(qū)借助資金、人才和技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)置了各種技術(shù)壁壘。
建議及展望
Al2O3陶瓷注射成型與其它制備工藝生產(chǎn)Al2O3陶瓷零件相比較，能大批量低成本加工諸如電子基板、牙托、微型齒輪等形狀復(fù)雜，精度高的細零件，在國內(nèi)外具有廣泛的研究和應(yīng)用前景。鑒于氧化鋁注射成型工藝復(fù)雜，注射和脫模過程受到眾多因素的制約，容易產(chǎn)生欠注、空洞、飛邊、變形等缺陷，我國氧化鋁陶瓷的注射成型水平與國外先進水平相比差距還很大，許多關(guān)鍵的技術(shù)還沒完全掌握，需要投入大量的人力和物力來對此進行研究開發(fā)。結(jié)合目前的研究進展，重點研究以下4個方面。
（１）不規(guī)則氧化鋁粉末顆粒注射成型的研究；
（２）氧化鋁復(fù)合材料注射成型技術(shù)研究。復(fù)合材料在性能上要優(yōu)于純氧化鋁材料；
（３）開發(fā)少或無粘結(jié)劑技術(shù)，開發(fā)新的粘結(jié)劑體系，有效增大混料的裝載量，突破注射成型尺寸的限制；
（４）利用計算機技術(shù)來模擬和控制脫脂時間和脫脂質(zhì)量。目前全世界對氧化鋁注射成型技術(shù)的計算機仿真研究主要集中在注射過程。如何模擬粘結(jié)劑的脫除通道和最短路徑，增加產(chǎn)品的性能將成為下一步研究的重點。
在氧化鋁陶瓷的CIM產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，應(yīng)進一步加強基礎(chǔ)理論研究，建立創(chuàng)新工藝，降低成本、提高質(zhì)量。要加強在氧化鋁陶瓷行業(yè)的CIM材料體系發(fā)展，重點發(fā)展目前用量最多的95瓷、85瓷等系列產(chǎn)品，使氧化鋁的CIM產(chǎn)業(yè)進入高速發(fā)展期，縮短甚至趕超歐美日等發(fā)達國家。同時，利用已經(jīng)積累的多行業(yè)經(jīng)驗，重點革新和升級我國的特色裝備，打破國外設(shè)置的重重技術(shù)壁壘，推動高性能和高精密度的氧化鋁CIM工藝與裝備及其配套技術(shù)的創(chuàng)新性發(fā)展。
參考來源：
[1]趙靖等.氧化鋁陶瓷注射成型產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望
[2]彭和等.氧化鋁陶瓷注射成型研究進展
[3]謝志鵬等.陶瓷注射成型制備技術(shù)的研究與進展
[4]胡鵬程.陶瓷的注射成型技術(shù)及其研究進展
[5]周剛等.陶瓷粉末注射成型工藝及研究進展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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