陶瓷3D打印和陶瓷金属化（复合）都是当前产业热点，但是它们也有着相当门槛，比如生产设备成本高昂，质量与传统工艺产品存在差异，最重要的是应用市场订单的开发度不足。德国Alumina Systems GmbH是专注提供创新陶瓷金属复合系统和3D打印陶瓷部件解决方案的领先企业，为许多应用开发了独有技术和产品，值得有志于此的先进陶瓷材料企业了解一番。

一、技术工艺及设备

01 3D打印

Alumina Systems主要使用99.9%的氧化铝和氧化锆，替代其他传统工艺例如注塑、压制或挤压生产从原型到系列的致密陶瓷部件。具体采用了基于光刻的陶瓷制造(LCM)技术，配置了3DCERAM公司的C3600 ULTIMATE和LITHOZ公司的CERA FAB 8500两种主力机型。

产品案例：

用于涂覆半导体晶圆的氧化铝气体分配环

涂覆半导体晶圆的气体分配环的作用是确保气体能够均匀、稳定地分配到晶圆表面，通常由高纯度、耐腐蚀的材料（如氧化铝）制成，具有精密的结构。

除了选择光刻工艺和设备，Alumina Systems表示应该在构建组件之前进行数值组件设计，具体是利用有限元方法(FEM)将组件的所有材料区域分解为无限小块，并根据其是金属、陶瓷、塑料还是焊接材料为其分配材料属性。由此也引出另一核心技术——

02 陶瓷金属化（复合）

利用FEM开发工具进行陶瓷金属焊接部件的设计，模拟包括焊料在内的整个焊接连接，焊接过程本身被模拟为复合应力，根据情况还可以施加温度变化或机械载荷等外部应力，统计后处理器可根据当前技术水平计算组件断裂的概率。不同的组件设计可以快速相互比较，模拟的成本通常明显低于初始样本的工具成本。

产品案例：

船舶柴油机传感器

控制船舶柴油机的传感器过去是从陶瓷基板上激光加工而成，不仅有类似断裂的锋利边缘，重要的是将连接线直接焊接到陶瓷上会产生焊点在高温下松动的缺陷，而在航行期间频繁维修明显行不通。Alumina Systems使用FEM方法计算，设计并压制了更厚的陶瓷体，并进行钎焊连接，传感器因此也能够承受高温和高压而不断裂，连接线也不再松动。

二、应用领域及产品

用于传感器构造的弯线工具

这些工具主要用于在传感器制造过程中弯曲和连接金属线或导线，以实现传感器元件与其他电子设备的连接。

固定装置丝网印刷传感器构件

固定装置丝网印刷可以实现高精度、高分辨率的印刷导电图案或结构，主要用于制作传感器的电极、导线或其他关键组件。

催化剂载体

换热器

卫星发动机喷嘴

高压直流输电（HVDC）的陶瓷金属复合外壳（Al2O396%;OF-Cu;NiFe42）

陶瓷金属化激光发生器

石油钻井用真空密封特殊高压套管

陶瓷金属复合等离子板（电离空气等）

陶瓷金属复合真空密封部件（储氢等）

用于X射线技术的陶瓷金属复合部件（医疗等）

小结

陶瓷-金属复合材料部件在一个部件中结合了典型的陶瓷（如电绝缘）和典型的金属特性（如可焊性），因此也就具备了单一材料所没有的优势。在未来拥有非常大的扩产空间。“每件产品都有一个绝妙的创意”，这是Alumina Systems的宣言。其产品在一些利基市场中占据主要市场，比如直径达6英寸的半导体外壳产品供应约60%的全球市场，相信对其上述技术、工艺以及产品的介绍，对拓宽视野，打开思路提供一些帮助。

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