中國粉體網訊 氧化鋁陶瓷是氧化物中最穩定的物質之一，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、醫學等領域應用十分廣泛。在成型技術上，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，限制了其應用領域，陶瓷注射成型的出現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相結合而發展起來的一種新型近凈成形技術，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，伴隨陶瓷發動機研制和渦輪轉子等高溫陶瓷部件制備的需求，由美國貝特爾紀念協會組織世界上近四十余家研究機構和公司，制定了“陶瓷注射成型”研發計劃，美國、英國、日本、瑞典、德國等國家的大學、研究機構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，特別是發動機用Si3N4，SiC渦輪轉子、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，復雜形狀的高溫結構陶瓷產品，其中陶瓷渦輪轉子在日本和美國已用于賽車和軍用裝甲車等。
注射成型產品真空脫脂燒結一體爐，來源：深圳市美格真空科技有限公司
氧化鋁注射成型的優勢
與其它成型技術相比，氧化鋁注射成型有以下優勢：
（1）成型過程自動化程度高，可大批量生產形狀復雜、尺寸精度高、體積小的陶瓷部件；
（2）成型的陶瓷生坯件結構密實，質量分布均勻，最終燒結后的性能也優于傳統成型產品；
（3）CIM是一種近凈成型工藝，生產出的產品具有極高的尺寸精度和表面光潔度，無需(或只需微量)后續加工，大幅降低生產成本，在傳統成型工藝中，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成型工藝是當前最熱門的精密陶瓷成型工藝。
氧化鋁CIM產業現狀
國內外產業規模增加�，F在，氧化鋁CIM已經發展成具有很高競爭力、制造復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年統計氧化鋁CIM的企業已經超過200家，全球有二十幾個公司提供喂料。
我國氧化鋁CIM技術發展較快，產業規模穩步增長，上下游的產業鏈條正在趨于完善，形成了較好的產業格局，并逐步建立了完整的氧化鋁CIM生態體系。根據中國粉末冶金協會產業聯盟的統計，在2015-2019年五年間，我國從事PIM生產的企業規模增速超過35％，這一速度超過了世界平均水平。在氧化鋁CIM方面，我國的本土企業也有了一定量的成長，涌現出浙江景鵬、山東鵬程等一批龍頭企業，業務量和銷售額也在逐年進步。
應用領域不斷拓展
進入21世紀以來，粉末注射成型的產業化大幅增長。應用領域從最開始的航空工業，軍工業等方面逐漸滲透到民用領域，諸如汽車、電子、醫療、通訊等等。尤其是近五年來，隨著3C數碼的需求量持續增加，在這些行業（尤其是手機產業）里的氧化鋁CIM應用也取得了長足進步。例如，小米手機的幾款新型5G手機產品的后殼就采用了氧化鋁注射成型制造。如下表所示，現在氧化鋁CIM零件在很多領域如醫療、通訊、機加工、武器裝備等都有很好的應用空間。
近年來報道的氧化鋁CIM典型產品
問題與挑戰
從當前氧化鋁CIM發展所取得的成績來看，我國氧化鋁CIM行業的規模是值得肯定的，但與歐美日等發達地區和國家相比，在基礎理論、粘結劑體系、脫脂關鍵工藝等方面仍存在較大的差距，因此產業發展所面臨的挑戰也十分顯著。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）和關鍵元器件（如耐磨螺桿等）還需要進口；一些先進的粘結劑體系和脫脂工藝的工業應用主要在歐美國家進行開發。這些國家和地區借助資金、人才和技術優勢，設置了各種技術壁壘。
建議及展望
Al2O3陶瓷注射成型與其它制備工藝生產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、微型齒輪等形狀復雜，精度高的細零件，在國內外具有廣泛的研究和應用前景。鑒于氧化鋁注射成型工藝復雜，注射和脫模過程受到眾多因素的制約，容易產生欠注、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，許多關鍵的技術還沒完全掌握，需要投入大量的人力和物力來對此進行研究開發。結合目前的研究進展，重點研究以下4個方面。
（１）不規則氧化鋁粉末顆粒注射成型的研究；
（２）氧化鋁復合材料注射成型技術研究。復合材料在性能上要優于純氧化鋁材料；
（３）開發少或無粘結劑技術，開發新的粘結劑體系，有效增大混料的裝載量，突破注射成型尺寸的限制；
（４）利用計算機技術來模擬和控制脫脂時間和脫脂質量。目前全世界對氧化鋁注射成型技術的計算機仿真研究主要集中在注射過程。如何模擬粘結劑的脫除通道和最短路徑，增加產品的性能將成為下一步研究的重點。
在氧化鋁陶瓷的CIM產業發展方面，應進一步加強基礎理論研究，建立創新工藝，降低成本、提高質量。要加強在氧化鋁陶瓷行業的CIM材料體系發展，重點發展目前用量最多的95瓷、85瓷等系列產品，使氧化鋁的CIM產業進入高速發展期，縮短甚至趕超歐美日等發達國家。同時，利用已經積累的多行業經驗，重點革新和升級我國的特色裝備，打破國外設置的重重技術壁壘，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的創新性發展。
參考來源：
[1]趙靖等.氧化鋁陶瓷注射成型產業發展現狀與展望
[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的研究與進展
[4]胡鵬程.陶瓷的注射成型技術及其研究進展
[5]周剛等.陶瓷粉末注射成型工藝及研究進展
（中國粉體網編輯整理/山川）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除
