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氧化铝陶瓷注射成型产业发展现状与展望

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赵靖王玺聂洪波董广成

摘要：氧化铝陶瓷注射成型是一种制备陶瓷零件的新型技术。目前已得到良好的产业应用。本文论述了该技术最新的国内外发展状况，分析了我国在陶瓷CIM领域面临的市场问题，认为当前氧化铝陶瓷注射成型产业面临的主要挑战是创新和行业融合性不足，产业利润率提升慢，材料种类单一。展望未来，应建立“应用拓展、产业发展、行业联合”的思路，以推进氧化铝陶瓷注射成型产業的发展，为建设创新型国家提供有力支持。

关键词：氧化铝陶瓷;注射成型;产业发展

1氧化铝陶瓷注射成型概述

陶瓷通常是经过制粉、成型、烧结等工艺制成，从其应用来看，可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。氧化铝是结构陶瓷的主力军，在陶瓷领域内有着重要的地位。氧化铝（尤其是α-Al2O3）的导热性高、硬度高、电阻率大、耐腐蚀、耐高温，且具有很强的抗氧化性。以纯的α-Al2O3含量多少，依次衍生出了一个大系列的结构陶瓷种类，包括刚玉瓷、95瓷、85瓷、莫来石瓷等。

氧化铝陶瓷材料低塑性的特点决定了其成型工艺中，是可以近净成型方式进行的。近年来，氧化铝陶瓷应用领域不断增加，对于陶瓷件的复杂度、精密度等方面提出了更严苛的要求。传统的氧化铝陶瓷成型技术在匹配这些需求时显得力不从心。粉末注射成型（PowderInjectionMolding，PIM）是上世纪美国成形物理公司研究出的一种新型技术[1]，它将塑料的注塑成型和粉末冶金技术完美的结合，能够获得尺寸精密、形状复杂度高的陶瓷零件。经过烧结后，一般无需进行后处理或仅需极少的后处理工艺，其尺寸公差可达±0.1%左右，且与塑料注塑过程类似，生胚成型时所产生的注塑管道等材料可重复利用，有利的保证了材料的高回收率。

从使用材料来讲，PIM可细分成金属注射成型（MetalInjectionMolding，MIM）和陶瓷注射成型（CeramicInjectionMolding，CIM）两类。氧化铝陶瓷注射成型属于CIM，其基本工艺过程为将氧化铝粉和其他无机材料粉末混合后，添加一定量的粘结剂，一般为石蜡、聚乙二醇、聚醛树脂[2]等。为使这些陶瓷粉末具备塑料的可注塑性，粘结剂的添加量远远超过常规干压成型等方法所需要的粘结剂含量。粘结剂与氧化铝陶瓷粉体均质后进入特制的陶瓷注塑机进行成型，然后再用各种方式脱脂、烧结，最后经加工制成产品。其工艺流程图如图1所示。

经过几十年的发展，氧化铝陶瓷注射成型技术已经展示了重要的价值地位和多样化的应用前景，是先进制造和智能制造的一个发展方向。为抢占疫情防控常态下的发展机遇，满足3C、家用电器、汽车、医疗等行业的生产需求，了解氧化铝CIM技术的现状，探讨其产业未来发展的方向，开发新型的CIM技术对建设创新型国家、实现现代化具有深刻的意义。

2氧化铝CIM产业现状

2.1国内外产业规模增加

现在，氧化铝CIM已经发展成具有很高竞争力的、制造复杂小型零件的成形方法，2002年全球从事氧化铝的注射成形的公司是70家。2010年扩大到130家左右，2015年统计氧化铝CIM的企业已经超过200家，全球有二十几个公司提供喂料。整个氧化铝CIM行业的从业人员达到三千多人。其中，纯刚玉氧化铝材料CIM占了总利润的80%以上[3-6]。图2是2010年和2019年全球氧化铝CIM销售额的分布图。从图上可以看出，近年来，亚洲的发展速度非常迅速，无论是从市场占有率、产品外形还是应用行业来讲，都有了明显的进步。

我国氧化铝CIM技术发展较快，产业规模稳步增长，上下游的产业链条正在趋于完善，形成了较好的产业格局，并逐步建立了完整的氧化铝CIM生态体系。根据中国粉末冶金协会产业联盟的统计，在2015-2019年五年间，我国从事PIM生产的企业规模增速超过35%[7-9]，这一速度超过了世界平均水平。在氧化铝CIM方面，我国的本土企业也有了一定量的成长，涌现出浙江景鹏、山东鹏程等一批龙头企业[10]，业务量和销售额也在逐年进步。

2.2应用领域不断拓展

进入21世纪以来，粉末注射成型的产业化大幅增长。应用领域从最开始的航空工业，军工业等方面逐渐渗透到民用领域，诸如汽车、电子、医疗、通讯等等。尤其是近五年来，随着3C数码的需求量持续增加，在这些行业（尤其是手机产业）里的氧化铝CIM应用也取得了长足进步。例如，小米手机的几款新型5G手机产品的后壳就采用了氧化铝注射成型制造。如表1所示，现在氧化铝CIM零件在很多领域如医疗、通讯、机加工、武器装备等都有很好的应用空间[11-13]。

3问题与挑战

从当前氧化铝CIM发展所取得的成绩来看，我国氧化铝CIM行业的规模是值得肯定的，但与欧美日等发达地区和国家相比，在基础理论、粘结剂体系、脱脂关键工艺等方面仍存在较大的差距