陶瓷3D打印和陶瓷金屬化（復合）都是當前產業熱點，但是它們也有著相當門檻，比如生產設備成本高昂，質量與傳統工藝產品存在差異，最重要的是應用市場訂單的開發度不足。德國Alumina Systems GmbH是專注提供創新陶瓷金屬復合系統和3D打印陶瓷部件解決方案的領先企業，為許多應用開發了獨有技術和產品，值得有志于此的先進陶瓷材料企業了解一番。

一、技術工藝及設備

1、3D打印

Alumina Systems主要使用99.9%的氧化鋁和氧化鋯，替代其他傳統工藝例如注塑、壓制或擠壓生產從原型到系列的致密陶瓷部件。具體采用了基于光刻的陶瓷制造(LCM)技術，配置了3DCERAM公司的C3600 ULTIMATE和LITHOZ公司的CERA FAB 8500兩種主力機型。

產品案例

用于涂覆半導體晶圓的氧化鋁氣體分配環

涂覆半導體晶圓的氣體分配環的作用是確保氣體能夠均勻、穩定地分配到晶圓表面，通常由高純度、耐腐蝕的材料（如氧化鋁）制成，具有精密的結構。

除了選擇光刻工藝和設備，Alumina Systems表示應該在構建組件之前進行數值組件設計，具體是利用有限元方法(FEM)將組件的所有材料區域分解為無限小塊，并根據其是金屬、陶瓷、塑料還是焊接材料為其分配材料屬性。由此也引出另一核心技術

2、陶瓷金屬化（復合）

利用FEM開發工具進行陶瓷金屬焊接部件的設計，模擬包括焊料在內的整個焊接連接，焊接過程本身被模擬為復合應力，根據情況還可以施加溫度變化或機械載荷等外部應力，統計后處理器可根據當前技術水平計算組件斷裂的概率。不同的組件設計可以快速相互比較，模擬的成本通常明顯低于初始樣本的工具成本。

產品案例

船舶柴油機傳感器

控制船舶柴油機的傳感器過去是從陶瓷基板上激光加工而成，不僅有類似斷裂的鋒利邊緣，重要的是將連接線直接焊接到陶瓷上會產生焊點在高溫下松動的缺陷，而在航行期間頻繁維修明顯行不通。Alumina Systems使用FEM方法計算，設計并壓制了更厚的陶瓷體，并進行釬焊連接，傳感器因此也能夠承受高溫和高壓而不斷裂，連接線也不再松動。

二、應用領域及產品

用于傳感器構造的彎線工具

這些工具主要用于在傳感器制造過程中彎曲和連接金屬線或導線，以實現傳感器元件與其他電子設備的連接。

固定裝置絲網印刷傳感器構件

固定裝置絲網印刷可以實現高精度、高分辨率的印刷導電圖案或結構，主要用于制作傳感器的電極、導線或其他關鍵組件。

催化劑載體(左） 換熱器（右）

衛星發動機噴嘴（左） 陶瓷金屬復合外殼（右）

陶瓷金屬化激光發生器（左） 石油鉆井用真空密封特殊高壓套管（右）

陶瓷金屬復合等離子板（電離空氣等）（左） 用于X射線技術的陶瓷金屬復合部件（醫療等）（右）

陶瓷金屬復合真空密封部件（儲氫等）

小結

陶瓷-金屬復合材料部件在一個部件中結合了典型的陶瓷（如電絕緣）和典型的金屬特性（如可焊性），因此也就具備了單一材料所沒有的優勢。在未來擁有非常大的擴產空間。“每件產品都有一個絕妙的創意”，這是Alumina Systems的宣言。其產品在一些利基市場中占據主要市場，比如直徑達6英寸的半導體外殼產品供應約60%的全球市場，相信對其上述技術、工藝以及產品的介紹，對拓寬視野，打開思路提供一些幫助。

粉體圈 啟東