氧化鋁陶瓷是結(jié)構(gòu)陶瓷的主力軍，在陶瓷領(lǐng)域內(nèi)有著重要的地位。目前，氧化鋁陶瓷主要使用在高技術(shù)和尖端工業(yè)，如微電子、核反應(yīng)堆、航天、磁流體發(fā)電、人工骨和人工關(guān)節(jié)等方面。隨著氧化鋁陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域不斷增加，對于陶瓷件的復(fù)雜度、精密度等方面提出了更嚴(yán)苛的要求。因此，也對氧化鋁陶瓷的制造提出了更高的要求：

● 精選的原料要選用高純度的，顆粒應(yīng)盡可能的細(xì)；

● 嚴(yán)格控制化學(xué)成分。制造過程中要防止雜質(zhì)混入和成分本身的揮發(fā)，對燒結(jié)件的顆粒度、界面、氣孔等要嚴(yán)格控制，以達(dá)到質(zhì)量穩(wěn)定和具有再現(xiàn)性；

● 精確的形狀和尺寸。氧化鋁陶瓷制件一般不經(jīng)加工，直接使用，特別是陶瓷電子器件要求較高的精度。

氧化鋁陶瓷材料低塑性的特點(diǎn)決定了其成型工藝中，是可以近凈成型方式進(jìn)行的。但傳統(tǒng)的氧化鋁陶瓷成型技術(shù)在匹配這些需求時顯得力不從心。為了滿足這些要求，人們模仿高分子材料工業(yè)的注射成形技術(shù)生產(chǎn)塑料零件的方法，衍生出了陶瓷注射成型法（CIM），用于加工氧化鋁陶瓷制品，取得了滿意的效果。

氧化鋁陶瓷注射成型工藝原理

氧化鋁陶瓷注射成型的基本工藝過程為將氧化鋁粉和其他無機(jī)材料粉末混合后，添加一定量的粘結(jié)劑，一般為石蠟、聚乙二醇、聚醛樹脂等。為使這些陶瓷粉末具備塑料的可注塑性，粘結(jié)劑的添加量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)干壓成型等方法所需要的粘結(jié)劑含量。粘結(jié)劑與氧化鋁陶瓷粉體均質(zhì)后進(jìn)入特制的陶瓷注塑機(jī)進(jìn)行成型，然后再用各種方式脫脂、燒結(jié)，最后經(jīng)加工制成產(chǎn)品。

整個工藝中應(yīng)注意和掌握的技術(shù)問題有以下四個方面。

① 原料的流動性

注射成形所用的陶瓷顆粒一般由80-90％(重要比，下同)的粉末和10～20％的粘結(jié)劑組成。粘結(jié)劑在脫脂工序中去掉，因此添加量以最低限度為宜，但應(yīng)注意若添加量不足會影響成形效果。此外，陶瓷顆粒的流動性在粒度越小、形狀越偏離球形時越差。因此，應(yīng)用盡可能簡便的方法對流動性進(jìn)行測試。

② 成形條件產(chǎn)生的缺陷

成形條件如果不正確，會產(chǎn)生各種缺陷。其中最關(guān)鍵的是熔焊線條，若成形體帶有通孔或盲孔，則容易出現(xiàn)這種缺陷。因此，必須注意模具的設(shè)計(jì)，特別是開口的類型、位置、大小及個數(shù)。同時應(yīng)注意注射成形的注射溫度和速度間的平衡。

此外，為了避免發(fā)生表面粗糙、裂紋、長條痕、變形等缺陷。在成形困難的情況下，可在注射成形機(jī)中裝設(shè)自適應(yīng)控制器，進(jìn)行細(xì)微的控制。

③ 脫脂

本工序又稱去掉粘結(jié)劑，通常升溫速度為3~5℃/b，約進(jìn)行5～10日，但在0.5MPa壓力的保護(hù)氣氛下進(jìn)行時，40小時可結(jié)束脫脂。

④ 燒結(jié)

熱工等參數(shù)可根據(jù)陶瓷的種類而定。燒結(jié)中的線收縮率約為15-20％，形狀比較復(fù)雜或壁較厚的工作，容易在燒結(jié)中產(chǎn)生裂紋，應(yīng)注意防止。

氧化鋁陶瓷注射成型所需添加劑

添加劑是注射成形技術(shù)中最重要的問題之一。不同成形方法所需的添加劑特性也不同。如注射成形要求脫脂、流動性、膠溶性、強(qiáng)度、收縮；擠壓要求可塑性、膠溶性、強(qiáng)度、潤滑；冷等靜壓(橡膠模壓)要求潤滑、制粒性、強(qiáng)度；機(jī)械壓制要求潤滑制粒性、強(qiáng)度、脫模等。同時，對于不同的制品也要選用不同的粘接劑。

注射成形技術(shù)對添加劑的要求如下：

● 膠溶性：各種成形方法都盡量采用較少的添加劑為宜，可以采用解膠性(膠溶性)添加劑，這對減少生產(chǎn)周期和產(chǎn)品成本均有利。特別是有利于以后去掉粘結(jié)劑。

● 流動性：注射成形要求在高壓下的流動性。使用樹脂系粘結(jié)劑注射效果良好，原因是使用樹脂系的時候，應(yīng)當(dāng)注意保持粘度和緩慢地進(jìn)行注射。

● 膨脹與收縮：由于注射成形使用了大量的粘結(jié)劑，致使毛坯收縮大，影響尺寸精度和幾何形狀，并容易形成氣孔。因此，可以選用石蠟一類膨脹—收縮小的物質(zhì)作添加劑。這類物質(zhì)要比松香等非結(jié)晶物質(zhì)的膨脹——收縮影響小。

注射成形技術(shù)，日本早在五十年代曾采用A12O3陶瓷作內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火塞。以后在小型復(fù)雜的零件中相繼用于生產(chǎn)。近年來，人們積極從事各種耐熱、耐磨損零件的開發(fā)研究，例如，柴油發(fā)動機(jī)的渦流腔機(jī)頭已經(jīng)實(shí)現(xiàn)陶瓷化，就是采用注射成形技術(shù)制造的。

據(jù)報(bào)道，日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所試驗(yàn)成功了只用水進(jìn)行的“冷凍注射成形法”。這是利用水具有的流動性和凍結(jié)性來實(shí)現(xiàn)陶瓷的固體化和脫模。在預(yù)先冷卻到-5～10℃的模具內(nèi)填充0～5℃左右的坯料，填充的同時坯料從內(nèi)壁面凍結(jié)，當(dāng)內(nèi)部凍結(jié)達(dá)到脫模強(qiáng)度時，毛坯即可以模中取出。由于不必象前述那樣使用大量有機(jī)添加劑，因此無需長時間的脫脂工序，所以能夠大大地；縮短生產(chǎn)時間，從而為降低成本、增加產(chǎn)量創(chuàng)造了有利條件。

氧化鋁陶瓷注射成型設(shè)備

注射成形機(jī)一般由增塑裝置(或注射裝置)、合模裝置、油壓裝置以及電子、電源控制裝置組成。其類型根據(jù)增塑裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，可以分為柱塞式和并聯(lián)螺旋槳式。近年來，一般認(rèn)為后者優(yōu)點(diǎn)較多。

注射成形機(jī)是以電子、電源控制裝置為中樞，在驅(qū)動油壓裝置的同時使增塑裝置、合模裝置順次工作。其工作程序是：陶瓷原料由漏斗放入，進(jìn)入缸體，原料在送入缸體端部的同時，進(jìn)行熔化、攪拌，經(jīng)缸體端部的噴嘴注射至金屬模具的型腔中獲得坯件。國外先進(jìn)的控制系統(tǒng)采用屏幕顯示方式(如利用示波管、等離子、電致發(fā)光、液晶)，以及設(shè)計(jì)圖形控制臺方式或二者組合的復(fù)合控制臺方式。

模具材料一般采用高潔度、耐磨性、耐腐蝕性均優(yōu)良的合金鋼。模具設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合陶瓷一高分子系統(tǒng)的流動特性。為了減少成形體的收縮，避免模具體內(nèi)空氣卷入成形體，因此模具要考慮控制放出口。在環(huán)狀制品上，柵的對側(cè)易產(chǎn)生熔合紋，所以也要注意柵的位置。為了使注塑條件最優(yōu)化，需要依靠模具、料筒等的溫度管理和模具內(nèi)的壓力傳感器進(jìn)行細(xì)致的管理。此外，模具上應(yīng)有冷卻槽，可以冷卻和加熱，依靠溫度調(diào)節(jié)器使模具溫度保持恒定，對提高成形體的精度很有效。由于原料中要大量使用有機(jī)材料，為了不使毛坯產(chǎn)生熱裂，不剩碳渣地進(jìn)行脫脂也是一個重要課題。

目前，國內(nèi)氧化鋁陶瓷注射成型的核心裝備（如陶瓷注射成型機(jī)等）和關(guān)鍵元器件（如耐磨螺桿等）還依賴進(jìn)口，這對國內(nèi)氧化鋁陶瓷注射成型的發(fā)展具有一定的影響。

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