氧化铝陶瓷注射成型（CIM）零件性能与应用

什么是陶瓷注射成型 (CIM)

陶瓷注射成型 (CIM) 是一种制造工艺，用于生产复杂且精确的陶瓷组件。它基于传统的 塑料注射成型 和 烧结工艺 原理，但进行了适应，使其能够处理本质上更加坚硬和脆弱的陶瓷材料。

CIM 工艺包括以下步骤：

1. 原料准备：将陶瓷粉末与粘合剂和其他添加剂混合，以创建均匀的原料。这些粘合剂使得混合物更加柔韧，适合用于陶瓷注射成型。

2. 注射成型：将准备好的原料在高温高压下通过注射成型机注入模具腔中。模具通常是钢制的，旨在塑造最终的陶瓷部件。

3. 去粘结：注射成型后，绿色陶瓷部件仍然含有粘合剂。这些成型部件会经过去粘结过程，其中粘合剂通过热去粘（热去粘）或化学去粘（溶剂去粘）去除。

4. 烧结：一旦粘合剂去除，绿色部件将经过高温烧结过程。烧结会使陶瓷颗粒融合，从而形成致密且高强度的陶瓷部件。

5. 后处理：烧结后，可能会采用额外的 表面处理 工艺，如抛光、磨削或 CNC 加工，以达到所需的最终尺寸和表面质量。

陶瓷注射成型 (CIM) 服务 相比传统的陶瓷加工方法具有多个优势，包括能够以高精度和重复性生产复杂的形状。此外，它还能够降低成本和减少材料浪费，支持复杂陶瓷部件的大规模生产。CIM 广泛应用于电子、航空航天、医疗和汽车等多个行业，在这些行业中，先进陶瓷注射成型服务 被广泛应用于需要优良热、机械和电气性能的特定应用中。

铝土矿 CIM 部件的属性

卓越的热阻性能

铝土矿，或铝氧化物 (Al2O3)，因其晶体结构和铝与氧原子之间的离子固体键合，表现出卓越的热阻性能。铝土矿是陶瓷材料，其晶体格子具有独特的排列方式，使其能够在高温下承受而不会发生明显的结构变化或软化。铝土矿的热阻性能主要受以下因素的影响：

高熔点：铝土矿的熔点约为 2072 摄氏度（3762 华氏度）。这意味着它在极高温度下仍保持固态并保持其结构完整性，远远超过大多数工业和工程应用中遇到的温度。

强离子键：铝土矿晶体结构中铝和氧原子之间的键合非常稳定且牢固。这些强离子键防止了在高温下原子发生显著的运动，从而确保了优异的热稳定性。

高氧化抗性：铝土矿在高温下暴露于氧气时，会形成保护性表面氧化层。该层起到屏障作用，防止进一步氧化，增强了材料的热降解抗性。

最小的热膨胀：铝土矿的热膨胀系数相对较低。这意味着即使暴露于温度变化时，材料的膨胀和收缩也非常小，从而减少了由于热应力引起的开裂或失效的风险。

为什么 CIM 部件适用于高温应用

铝土矿的卓越热阻性能使得由该材料制成的 CIM 部件非常适合高温应用。主要优势包括：

高温稳定性：铝土矿 CIM 部件能够在高温下保持其结构完整性和机械性能。它们不会变形、软化或发生相变，从而确保在苛刻的热环境中可靠运行。

抗热冲击：铝土矿低的热膨胀系数和高的热导率使其能够承受快速温度变化而不会因热冲击而破裂。这一特性在温度迅速变化的应用中尤为重要。

工业环境中的耐热性：铝土矿 CIM 部件可用于炉体组件、加热元件和热障等工业应用，其中预计会暴露在高温下。

汽车和航空航天应用：铝土矿 CIM 部件可用于汽车发动机、航空航天组件和排气系统等高温环境中。

机械强度和硬度

铝土矿 CIM 部件的机械性能优于大多数其他材料选项，使得铝土矿适用于承载结构负荷的应用。其高硬度也提供了出色的耐磨性。铝土矿 CIM 部件在陶瓷注射成型中表现出优异的机械强度和硬度：

铝土矿 CIM 部件的机械性能

铝土矿具有较高的弯曲强度，通常超过 300 MPa，使得铝土矿 CIM 部件在弯曲力作用下具有出色的承载能力。

高强度：该材料具有超过 2000 MPa 的抗压强度，使得铝土矿部件能够承受高负荷而不发生破裂。

高硬度：铝土矿的维氏硬度为 16-18 GPa，使其具备抗刮擦和耐磨损的特性。

合理的断裂韧性：尽管铝土矿脆性较大，但由于其细小的晶粒结构，其断裂韧性 (K1C 3-5 MPa√m) 在陶瓷材料中表现得相对较好。

高温强度：即使在高达 1000°C 的温度下，铝土矿也能保持强度。

与其他 CIM 材料的对比

CIM-ZAT：铝土矿的弯曲强度是锆刚玉（ZTA）复合材料的 2-3 倍，这些复合材料也可用于 CIM。

MIM-金属：它比使用 MIM 不锈钢或 MIM 钛合金等金属制造的 CIM 部件具有显著更好的硬度和耐磨性。

CIM-先进陶瓷：铝土矿的抗压和弯曲强度高于纯陶瓷，如氮化硅和碳化硅。

工程塑料：它的强度与常用的工程热塑性塑料如 PEEK、PSU 和 PPS 的注塑零件相当或更强。

卓越的耐磨性

铝土矿卓越的耐磨性和其他优良性能，使其在多个行业中成为重要材料，尤其是那些部件经常暴露在磨损和高应力环境中的应用。它的耐磨性及维持性能的能力有助于提高可靠性、减少维护并延长部件的使用寿命。铝土矿因其固有的机械性能和微观结构特征，展现出优异的耐磨性能。铝土矿的耐磨性包括以下关键因素：

硬度：铝土矿是一种坚硬的材料，摩氏硬度仅次于钻石。其高硬度使其在与其他材料接触时具有很高的抗磨损性能，尤其是与硬度较低的材料接触时。

低摩擦系数：铝土矿具有相对较低的摩擦系数，这意味着它在滑动或与其他表面摩擦时会产生较少的摩擦热并减少磨损。这一特性在涉及高速和连续运动的应用中尤为重要。

精细的微观结构：通过先进的加工技术，铝土矿陶瓷可以制造成细粒结构。细粒铝土矿相比粗粒陶瓷具有更好的耐磨性，因为它抑制了磨损相关裂纹的传播，减少了表面损伤。

高抗压强度：铝土矿具有高抗压强度，可以承受压缩应力而不发生变形。这种强度有助于防止表面压痕或变形引起的磨损。

化学惰性：铝土矿具有化学惰性，抗大多数化学品、酸和碱。这种化学稳定性可以防止材料的化学磨损和腐蚀，使其适用于恶劣环境。

耐磨性关键应用：

耐磨性在多个工业应用中至关重要，尤其是在材料需承受摩擦、磨损和与其他表面持续接触的场合。铝土矿的耐磨性在以下应用中非常有价值：

CIM-铝土矿切削工具：铝土矿基切削工具用于车削、铣削和钻削等加工应用，在这些应用中需要承受高速切削、高热和与工件的磨损交互。

CIM-铝土矿轴承和衬套：铝土矿轴承和衬套广泛应用于泵、压缩机和发动机等机械设备中，在高负载、旋转应用中提供低摩擦和长寿命性能。

高温应用中的陶瓷密封和轴承：铝土矿在高温环境中应用，例如炉体、窑炉和燃气涡轮中，它提供优异的耐磨性和热稳定性。

汽车和航空航天中的耐磨部件：铝土矿基部件广泛应用于汽车和航空航天领域，这些领域对耐磨性和摩擦要求严格，如刹车系统、发动机部件和航空航天轴承。

医疗和牙科植入物：铝土矿的耐磨性和生物相容性使其成为医疗和牙科植入物的理想材料，适用于需要长期耐用性和低磨损的场合。

电气绝缘性能

铝土矿 CIM 部件凭借优异的电气绝缘性能，使电子设备在高电压、频率和温度下的小型化和性能提升成为可能。铝土矿具有优异的电气绝缘性能，具有以下优势：

高电阻率：铝土矿的电阻率非常高，在常温下约为 10^14 欧姆·厘米，使其成为优良的电气绝缘体。

高介电强度：其介电强度为 15-35 kV/mm，相当于非常高的击穿电压，能够抵抗电气失效。

电气绝缘性能：铝土矿在高温下依然保持其电气绝缘性能，其介电常数在 1000°C 时保持稳定。

低介电损耗：该材料具有较低的介电损耗，这意味着在高电压或高频率下，通过铝土矿的泄漏电流非常小。

良好的热导率：铝土矿作为陶瓷具有良好的热导率，可以在电子设备中有效散热。

电气和电子 CIM 应用：

CIM 绝缘体部件：铝土矿 CIM 部件可作为高压系统中的绝缘体、间隔件和支撑件，操作电压可达数千伏。

陶瓷传感器：铝土矿在温度测量和控制传感器中提供电气隔离，广泛用于工业过程。

铝土矿基板：铝土矿基板用于安装功率半导体芯片和集成电路，避免短路。

化学稳定性

铝土矿的惰性使其能够承受其他材料迅速退化的极端化学条件，因此它在高腐蚀环境中是一种理想选择。铝土矿具有优异的化学耐腐蚀性，这得益于它的惰性，适用于高度腐蚀性的化学环境：

1. 铝土矿在常温下对大多数酸、碱、有机溶剂和水溶液具有很高的稳定性和非反应性。

2. 它在暴露于氧化环境时会形成保护性和再生性的氧化层，防止进一步的化学侵蚀。

3. 铝土矿在高温下对酸如硫酸、硝酸和氢氟酸的湿腐蚀具有出色的耐受性。

4. 它不会与熔融金属或玻璃发生反应，并且能抵抗像汞、锌和钠等金属蒸气。

5. 铝土矿在恶劣的化学环境中保持其机械强度，随着时间的推移几乎没有降解。

化学腐蚀性环境中的应用：

工业阀门：如泵叶轮、阀球和处理 caustic 固体或酸性溶液的罐体等部件。

传感器和探头：用于化学反应器和下游加工系统。

铝土矿 CIM 部件的应用

航空航天应用

在航空航天应用中使用 CIM 铝土矿部件的优势：

轻量：铝土矿是一种轻质材料，在航空航天中至关重要，有助于减少部件的整体重量，提升燃油效率。

高强度和刚性：铝土矿 CIM 部件提供出色的机械强度和刚性，适用于需要承受高负荷和应力的结构部件。

耐高温：铝土矿的卓越热稳定性使其能够在高温环境中保持机械和电气性能，适用于航空航天中的高温应用。

耐磨性：铝土矿的耐磨性在航空航天部件中具有优势，尤其是轴承和密封件等。

特定的 CIM 铝土矿航空航天部件：

轴承：铝土矿轴承提供低摩擦和高耐磨性，使其成为航空航天应用的理想选择。

密封件和垫圈：铝土矿的化学和热稳定性使其适用于航空航天发动机和其他部件的密封应用。

绝缘体：铝土矿绝缘体用于航空航天系统的电气组件，以提供电气隔离。

CIM 铝土矿部件在医疗设备中的应用

生物相容性和医疗级铝土矿 CIM 部件：铝土矿是生物相容的，并且能被人体很好地接受，使其成为医疗植入物和设备的理想选择。

医疗级铝土矿经过精心加工，确保其符合用于生物医学应用的严格标准。

受益于铝土矿部件的医疗设备示例：

牙科植入物：铝土矿牙科植入物具有出色的生物相容性和机械性能，使其成为牙齿替换的可行选项。

关节置换：铝土矿部件，如髋关节和膝关节置换，为长期医疗应用提供了耐磨性和耐久性。

电子和电气工程

铝土矿作为电子设备中的可靠绝缘材料：

铝土矿具有优异的电气绝缘性能和高介电强度，使其适用于各种电气和电子应用。

它用于创建电子设备的绝缘体、基板和电路板。

铝土矿部件在电气工程应用中的用途：

陶瓷基板：铝土矿基板用于电子电路中，以其电气绝缘和散热性能。

绝缘间隔器：铝土矿间隔器用于电气组件中，以保持适当的间隔和电气隔离。

汽车领域

铝土矿部件通过减轻重量和增强耐磨性提高汽车性能。

它们有助于改善汽车系统中的热管理和电气绝缘。

铝土矿部件在汽车应用中的具体用途：

汽车轴承：铝土矿轴承在汽车发动机和其他运动部件中提供低摩擦和高耐磨性。

刹车部件：铝土矿陶瓷用于刹车系统中，以提升性能并减少磨损。

工业机械

铝土矿在提高机械效率和使用寿命方面的作用：

铝土矿部件在工业机械中提供耐磨性，减少了维护需求并延长了设备使用寿命。

它们提供电气绝缘和热管理，增强了机械的性能和可靠性。

使用铝土矿部件的工业机械示例：

泵和阀门：铝土矿部件用于泵和阀门中，具有良好的耐磨性和化学稳定性。

切削工具：铝土矿基切削工具因其耐磨性和能够承受高温而广泛应用于加工中。

为什么选择 Neway 的 CIM 部件

Neway 的 David Chen 解释了铝土矿注射成型部件如何在极端环境中表现优异。“铝土矿具有出色的强度和硬度，能够在超过 1000°C 的高温下保持。它能抵抗腐蚀，并表现出极好的耐磨性。我们能够成型其他方法无法实现的复杂铝土矿几何形状。” 许多行业都选择 Neway，凭借其 30 年的经验。“我们与客户共同设计铝土矿部件，满足各类应用需求，从航空航天喷嘴插入件到生物医学植入物。通过我们的技术，客户可以获得精确的净成型陶瓷，具备严格的公差。” 新客户可以通过 首次订单享受 20% 折扣 体验 Neway 的能力。