传输光信号的光纤连接器,其核心和基础器件为陶瓷插芯,它起着连接、转换、数据传输的媒介作用,它是一系列光通信产品的最基本、最重要的无源器件。
制造插芯其原材料要求的是非金属高性能功能陶瓷。插芯精度要求极高,制造工艺十分复杂、难度极大。为适应光纤连接器及系列光通信产品使用环境的复杂性和接插的重复性,陶瓷插芯首选了以氧化锆非金属无机高性能的结构陶瓷材料为其制造材料,以保证插芯的质量技术要求。它必须要具备高温热稳定性以保证插芯毛坯在高温烧结过程中能耐受不变形、不开裂,热膨胀系数要与金属相接近,并应具有高韧性、高硬度(15GPa)、高耐化学腐蚀和机械磨损及良好的隔热性,常温下要具有绝缘、防酸碱等优异的物化性能。
氧化锆陶瓷插芯的精度要求极高,在只有1㎝长短、直径1.25—2.5㎜的陶瓷圆柱体上,要有一个内径只有0.1㎜相当于头发丝粗细的二端同心度一致的内孔,以便插穿单根光纤,故制造技术、工艺十分复杂。插芯体的氧化锆材料必须要具有与光纤相似的线膨胀系数(/℃),以保证当环境温度发生变化时,插芯的收缩与膨胀和光纤能基本相同,这样才能保证光纤端面的紧密接触,防止光信号的损失。为使光纤材料与插芯体实现良好的匹配,要做到插芯的表面粗糙度Ra<0.1μm,线膨胀系数为/℃。
为制造上述要求的高精度、高质量的氧化锆陶瓷插芯体,目前国内和以日本为主的世界各国均是以日本的注射成型法生产氧化锆陶瓷插芯,其核心技术为单向定位和热熔注射成型生产插芯毛坯。
但是,日本传统生产氧化锆陶瓷插芯具有众多的缺陷,主要表现在:
1、氧化锆原材料利用率低
注射成型法生产在成型过程中原料要加热至呈胶体状态,经过料道注射口,再进入模具形成毛坯。由此成型的毛坯是带有料道注射口残留原料的整体,毛坯在成型中其料道口的残留原料就占了三分之一多。这对每吨进口价格达40万元以上的氧化锆原材料,无疑大大增加了成本,既耗材,又耗能。
2、毛坯质量合格率低
注射成型法原材料中配以12%以上的添加剂。成型后由模具出来的毛坯要经过二次切割,去除插芯毛坯多余的残体时易造成毛坯破损。由于硬度不够,插芯毛坯也很容易变形。注射成型时采用的是单向定位,易造成毛坯内孔堵塞、非定位端内孔偏心,由此导致毛坯合格率的偏低。
3、产量低、劳动生产率低
原材料中含有的12%的添加剂,致使毛坯烧结后密度不均匀,容易变形。成型后的毛坯带有料道注射口残留原料的整体,而且毛坯烧结后在外形、内孔精度等方面加工余量大,造成后道精加工难度大、损耗大,且加工速度缓慢。工序的复杂与速度的缓慢,直接导致了产量的偏低。
4、生产成本高
目前国内外企业均沿用日本单向定位注射成型法生产氧化锆陶瓷插芯,所采用的原材料、模具和成型设备均依赖国外进口,价格昂贵,耗费外汇,且零配件费用高,维修不便,在生产过程中模具、设备容易损坏,使得维修费用增高,因而大大增加了生产成本和社会成本。
日本的这种注射成型工艺生产陶瓷插芯,沿用至今已20多年,并在国际范围内垄断着技术、工艺、氧化锆原材料、模具和成型设备。日本、韩国和台湾地区以及国内几家主要的陶瓷插芯生产企业或以进口日本的毛坯进行来料后道精加工,或进口日本的原材料、模具和成型设备以注射成型法生产陶瓷插芯,有的企业还处于研究开发注射法生产的阶段。
中光科技历经七年时间,研发成功了以新材料——氧化锆独特新配方,新装备——自动化智能控制系统,新技术——双向定位,新工艺——干粉干压为基础的,世界首创的双向定位干粉干压成型法生产氧化锆陶瓷插芯毛坯,经高温烧结、精加工后成为插芯成品。它的四个创新技术填补了国内国际的空白,2007年获得了国内多项发明专利,并申请了国际发明专利。在新材料、新装备、新技术、新工艺方面完全实现了国产化,打破了日本的原材料、工艺、技术、设备的垄断,开创了光连接器用氧化锆陶瓷插芯制造的一个创新性革命的新纪元,实现了由“中国制造”到“中国创造”和“中国制造”的质变飞跃;由进口到出口,实现了耗汇到创汇的飞跃,其意义十分重大,经济效益、社会效益十分明显。
本公司双向定位干粉干压成型生产氧化锆陶瓷插芯,以其技术、工艺、装备的先进性、成熟性和可靠性,实现了产业化生产,并以技术和质量优势,使产品进入市场后受到相关专业光通信企业的认同和赞许。
双向定位干粉干压成型的氧化锆陶瓷插芯产品已获得了江苏省高新技术产品的认定,并作为江苏省火炬计划进入产业化生产,目前月产量达到300万只。
双向定位干粉干压成型氧化锆陶瓷插芯毛坯的优点在于:
1、原材料利用率高
干粉干压成型是将氧化锆干粉直接进入模具一次干压成型毛坯,由于采用了独特的氧化锆粉新材料配方,成型后的毛坯达到了一定的硬度,毛坯不会变形,精度接近于成品,毛坯不存在多余的废弃体,故而使原材料利用率达到了99%以上。
2、产品质量精度高
毛坯产出达到一定的硬度,不变形,不会堵塞内孔,更不会偏心。这是因为以双向定位新技术保证了毛坯内孔二端精度一致,从毛坯到精加工插芯的合格率由现行日本注射成型的70%提高到98%。
3、生产速度快,单位产量高,劳动生产率高
干粉干压只需5秒钟一次成型产出多只毛坯。毛坯生产速度快,单位时间产量高,毛坯烧结后,精加工工序大大简化,极大地提高了产量。
4、生产成本低
干粉干压成型法从氧化锆粉新材料配方、模具到干压成型装备,都是本公司自主创新研发,使用的干压成型原材料、模具和成型毛坯装备全部国产化,维修方便,零部件均能自给。其后道精加工工序少,生产速度快,精度高,插芯成品率可达98%以上。
氧化锆陶瓷插芯毛坯无论是注射成型还是干压成型,均必须经过高温烧结,使之达到符合质量要求的硬度和稳定性。烧结的目的是致密化,插芯毛坯在经过一定时间的高温烧结后使其变成具有一定硬度和强度的致密陶瓷体。
经烧结后的毛坯经过后道精加工的多道工序使插芯毛坯的长度、内孔、同心度、球面等通过精密加工而成为陶瓷插芯的成品,达到应有的高精度的技术要求和性能指标。
本公司双向定位干粉干压生产的插芯毛坯与日本注射成型的插芯毛坯相比,其后道精加工在工序上大大简化。内、外径加工余量减少了50%以上。极大地节约了精加工的辅料消耗,设备投入约为注射成型的1/3,劳动力也节省了1/3,故能极大地提高加工效率,减轻了产品生产成本。
本公司以干粉干压成型法生产的氧化锆陶瓷插芯经国家权威检测机构——信息产业部光通信产品检验中心检测,各项指标均符合中华人民共和国国家行业标准。
以本公司自产的干粉干压成型的氧化锆陶瓷插芯为核心部件,配套生产的光纤活动连接器,经信息产业部光通信产品检验中心检测,符合行业标准。
中光公司的干粉干压氧化锆陶瓷插芯产品已通过江苏省高新技术产品的认定,通过了信息产业部泰尔产品认证中心的认证。
中光科技的四大创新发明——新材料、新装备、新技术、新工艺能广泛适用于以氧化锆、二氧化锆、三氧化二铝等新型陶瓷材料生产多领域的应用产品,来替代有关要用金属材料制造或难以用金属材料制造的零配件,配套用于汽车、机械、机电、医疗、五金制品、纺织配件等领域。由此拓宽了陶瓷工业的产业链,并将给企业带来巨大的经济效益和社会效益,同时对我国陶瓷工业的高端产品进入世界先进行列作出了重要贡献。