光纖陶瓷插芯介紹

　　· 光纖連接器是把光纖的兩個(gè)端面精密地對(duì)接起來，使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度地耦合到接收光纖中。陶瓷插芯是這種光纖連接器的核心部件，它是一種由納米氧化鋯(ZrO2)材 料經(jīng)一系列配方、加工而成的高精度特種陶瓷元件，其孔徑、真圓度誤差為0.5靘。所制成 的連接器是可拆卸、分類的光纖活動(dòng)連接器，使光通道的連接、轉(zhuǎn)換調(diào)度更加靈活，可供光 通系統(tǒng)的調(diào)試與維護(hù)。

　　目錄

　　· 光纖陶瓷插芯工藝技術(shù)

　　· 光纖陶瓷插芯產(chǎn)能消化

　　· 光纖陶瓷插芯行業(yè)投資

　　光纖陶瓷插芯工藝技術(shù)

　　· 　　該產(chǎn)品的制造運(yùn)用了以下先進(jìn)的工藝技術(shù)：(1)納米氧化鋯粉體注射成型材料配方和成形工藝技術(shù);(2)內(nèi)孔直徑為0.125mm、長度為12～15mm的細(xì)長微孔成形技術(shù);(3)精度誤差為0.1μm的精密陶瓷加工技術(shù);(4)燒結(jié)晶粒亞微米化的工藝控制方法;(5)低損耗的光通信部件，其插入損耗≤0.2dB，回波損耗≥40dB。

　　光纖陶瓷插芯產(chǎn)能消化

　　· 　　1、產(chǎn)能擴(kuò)張大于需求增長。前文介紹的產(chǎn)能有哪些現(xiàn)成的消化途徑?第一大市場(chǎng)是什么行業(yè)，第二大市場(chǎng)又是什么行業(yè)?陶瓷插芯作為一個(gè)配套光通訊基礎(chǔ)設(shè)施的特殊部件應(yīng)用狹窄，除了應(yīng)用在光纖通信行業(yè)沒有其他銷路，只有唯一的市場(chǎng)，并沒有后備市場(chǎng)。那么，我們看看這光通信行業(yè)發(fā)展的增長情況怎樣。光通信基礎(chǔ)設(shè)施投入依賴于國家政策與運(yùn)營商投入，有投資才有插芯需求。如果運(yùn)營商前期投入不能產(chǎn)生效益，相信運(yùn)營商不會(huì)連續(xù)燒錢。好像3G項(xiàng)目，僅在2009年一年聯(lián)通、移動(dòng)和電信分別投資了300億元、600億和300億元，現(xiàn)在社會(huì)上有多少人使用3G手機(jī)，還會(huì)持續(xù)不斷投資嗎?

　　沒有持續(xù)投資，就沒有持續(xù)的行業(yè)發(fā)展，就沒有增長，插芯的庫存只能堆放在生產(chǎn)廠家，陶瓷插芯不像建材產(chǎn)品當(dāng)房地產(chǎn)調(diào)控時(shí)可以挖掘公路、鐵路和機(jī)場(chǎng)市場(chǎng)。

　　2、陶瓷插芯是耐用品，不是年年都有更新需求。陶瓷插芯性能使用要求是20年，使用了一個(gè)在質(zhì)量保證期內(nèi)就少了一個(gè)的需求，長期耐用不需年年更換，即是說運(yùn)營商要求鋪設(shè)光纖光纜后20年內(nèi)不要更換，一哄而上過剩的插芯產(chǎn)能也許10多年后才可能消化完。

　　3、陶瓷插芯泡沫的前車可鑒。陶瓷插芯的生產(chǎn)設(shè)備是專業(yè)設(shè)備，也是只能用于生產(chǎn)陶瓷插芯。目前大陸光通信行業(yè)產(chǎn)銷兩旺刺激許多投資，很像日本在2000年光通信泡沫刺激的插芯投資，當(dāng)時(shí)的情況歷歷在目，1999年和2000也是插芯和光纜短缺，行業(yè)人士非?？春霉馔ㄐ诺陌l(fā)展，老廠家象京瓷、ADAMANT,TOTO大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)，新企業(yè)也加盟訂購設(shè)備，殊不知這些新到設(shè)備從2001到2006都沒有啟用，拖垮了大批日本公司，也造成當(dāng)時(shí)新投資企業(yè)韓國PRIME PHOTECH, 臺(tái)灣大陶，臺(tái)灣龍展威迅速退出。但愿歷史悲劇不再。

　　光纖陶瓷插芯行業(yè)投資

　　· 隨著今年國內(nèi)三網(wǎng)融合的政策出臺(tái)，以及國際光通信市場(chǎng)的復(fù)蘇，有力地推動(dòng)光通信行業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈上下游各產(chǎn)品供不應(yīng)求局面，光纖陶瓷插芯自然而然隨大市出現(xiàn)供貨緊張，特別是下半年來時(shí)有出現(xiàn)短缺現(xiàn)象。然而，在插芯行業(yè)分享市場(chǎng)的盛宴之下，也隱蔽著投資過渡的隱患。

　　12月初，國內(nèi)主要的陶瓷插芯生產(chǎn)廠家在深圳召開行業(yè)會(huì)議，交流各生產(chǎn)家的產(chǎn)銷情況和市場(chǎng)需求趨勢(shì)。根據(jù)參會(huì)人士消息，各插芯生產(chǎn)廠家都有幅度比較大的擴(kuò)產(chǎn)，這些新增產(chǎn)能將會(huì)在2012年6月后實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，參會(huì)企業(yè)認(rèn)為這可能會(huì)造成下半年的產(chǎn)能過剩。

　　另外，市場(chǎng)至少有六家新公司上馬的光纖陶瓷插芯項(xiàng)目。這些新進(jìn)入的公司投資力度之大讓人咋舌，其中蘇州中光投入經(jīng)費(fèi)1.5億元，社會(huì)熱錢已經(jīng)在插芯行業(yè)開始泛濫。

　　按此新老插芯廠商的投資規(guī)模，2011年六月國內(nèi)插芯的月均產(chǎn)能達(dá)到8000萬只，是2010年底的2.2倍。

　　· 光纖連接技術(shù)分為兩大類，一類是永久性連接，常稱為固定接頭、死接頭;一類是可拆卸的活動(dòng)連接，常稱為活接頭，需要使用光纖連接器。在傳輸網(wǎng)絡(luò)中，光纜之間的連接采用永久性連接，而光纖連接器主要用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備之間、設(shè)備與儀表之間、設(shè)備與光纖之間以及光纖與光纖之間的非永久性固定連接，它是光通信系統(tǒng)中最普遍和使用量最大的基礎(chǔ)無源器件。

　　由于陶瓷材料與石英光纖熱匹配性好，理化性能穩(wěn)定，以陶瓷插芯為核心器件的光纖連接器得到了很快的發(fā)展。目前世界上陶瓷插芯幾乎全由日本廠商生產(chǎn)，我國有關(guān)科研院所雖然在陶瓷插芯產(chǎn)品

　　開發(fā)和相關(guān)制造技術(shù)的研究方面取得了一定的突破，但在質(zhì)量、可靠性、穩(wěn)定性上與國外相比還存在一定的差距，目前還未開發(fā)出針對(duì)陶瓷插芯制造的專有技術(shù)和成套生產(chǎn)設(shè)備，因此每年要花費(fèi)大量外匯購買陶瓷插芯或引進(jìn)成套生產(chǎn)設(shè)備。國內(nèi)己建成投產(chǎn)的幾家規(guī)模較大陶瓷插芯生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝、原輔材料及設(shè)備都是從國外成套引進(jìn)，自身不具備產(chǎn)品和設(shè)備的開發(fā)能力。

　　受加工工藝影響，批量研磨出來的陶瓷插芯的套管外圓直徑、內(nèi)孔直徑相差較大，而且會(huì)出現(xiàn)一定的真圓度和同心度，這些參數(shù)直接決定了產(chǎn)品質(zhì)量，因此，對(duì)陶瓷插芯的這些參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)非常必要。

　　與陶瓷插芯的制造技術(shù)相似，光纖連接器的檢測(cè)分析技術(shù)也是日本等發(fā)達(dá)國家處于領(lǐng)先地位。下面簡單介紹兩家日本公司的相關(guān)設(shè)備。

　　日本active公司開發(fā)的光線連接器測(cè)量產(chǎn)品系列包括單插芯離心距和孔徑測(cè)量儀(single ferrule eccentricity & circle accuracy)，全自動(dòng)單插芯離心距和孔徑測(cè)量儀(fully automatic single ferrule eccentricity & circle accuracy)，多芯光纖連接器孔徑閑距測(cè)量儀(multiple core optical connector pitch)，半自動(dòng)單插芯內(nèi)徑和離心距分揀機(jī)(semiautomatic single ferrule inner diameter and eccentricity amount sorting machine)，端面檢測(cè)儀(connector / fiber endface inspection machine ( for mu / sc connector))。

　　其中，全自動(dòng)單插芯離心距和孔徑測(cè)量儀采用圖象處理技術(shù)，手動(dòng)、自動(dòng)光設(shè)置，具有數(shù)據(jù)處理和保存功能，可對(duì)內(nèi)徑、離心度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量并自動(dòng)分檔，顯示到0.001μm，測(cè)量精度為3б≤0.1μm，測(cè)量周期為8秒/轉(zhuǎn)。外徑功能可選，測(cè)量精度為0.1μm。

　　多芯光纖連接器孔徑閑距測(cè)量儀采用激光外差移位計(jì)和圖象處理技術(shù)，測(cè)量多芯光纖連接器孔徑閑距、孔徑、導(dǎo)孔和插芯孔等參數(shù)，具有自動(dòng)對(duì)焦，圖象保存、顯示，數(shù)據(jù)處理等功能，顯示到0.001μm，測(cè)量精度為3б≤0.15μm。

　　日本mitutoyo(三豐)公司的真圓度儀主要有ra-100、ra-1400/1500、ra-2100、ra-h5100、ra-2100 cnc、ra-h5100 cnc等設(shè)備以及ra-2100h cnc series 211-cnc、ra-h5100cnc series 211-cnc、ra-100 series 211、ra-1400/ra-1500 series 211、ra-2100as/ds/ah/dh series 211、ra-h5100as/ah series 211等系統(tǒng)。

　　其中，ra-1400/ra-1500真圓度測(cè)量儀的回轉(zhuǎn)臺(tái)搭載了新構(gòu)造的空氣軸承來驅(qū)動(dòng)，適用usb進(jìn)行通訊及資料處理，旋轉(zhuǎn)精度(0.07+0.06h/100)μm，z軸(立柱)直線度0.15μm/50、0.3μm/150，外壁/內(nèi)壁最大測(cè)量高度150mm。

　　目前，光纖通信已在我國推廣應(yīng)用。國家有關(guān)部門也已把它列為我國今后重點(diǎn)發(fā)展的高科技產(chǎn)業(yè)之一。因此，可以預(yù)料，我國未來光纖連接器的使用量將會(huì)與日俱增。

　　但是現(xiàn)在，我國大多研究的是光纖連接器的端面檢測(cè)，對(duì)光纖陶瓷插芯的幾何參數(shù)的測(cè)量，技術(shù)上比較落后。如對(duì)于內(nèi)徑的測(cè)試，國內(nèi)普遍采用的人工檢測(cè)方法，分別用不同直徑的鋼絲插入內(nèi)孔，尋找最合適的直徑來判斷內(nèi)孔的尺寸，這種方法無法檢測(cè)內(nèi)孔的真圓度。同心度的檢測(cè)是采用人工上料，旋轉(zhuǎn)插芯，觀察顯示屏幕上的圖像位置的上下波動(dòng)幅度來確定同心度。對(duì)真圓度的測(cè)量采用硬度很強(qiáng)的鋼針，尖端插入插芯的前端面，旋轉(zhuǎn)插芯，在鋼針尾端裝有位移傳感器記錄鋼針尖端上下波動(dòng)的位移量，并發(fā)送到pc，計(jì)算插芯內(nèi)孔的真圓度。以上這些檢測(cè)方法認(rèn)為誤差大，檢測(cè)效率低，且不適用于批量檢測(cè)。

　　因此，國內(nèi)廠商有必要研制出具有自主技術(shù)的陶瓷插芯檢測(cè)設(shè)備，既可降低生產(chǎn)成本，又可克服對(duì)國外產(chǎn)品的依賴。

　　日前，湖南大陶精密科技有限公司在長沙高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)奠基，并將于今年10月投產(chǎn)。據(jù)了解，這是國內(nèi)目前最大的陶瓷插芯生產(chǎn)基地，這個(gè)項(xiàng)目不但對(duì)國內(nèi)光通訊產(chǎn)業(yè)起到帶頭作用，并且將一改該系列產(chǎn)品長期由日本產(chǎn)品占市場(chǎng)主導(dǎo)的格局。

　　湖南大陶精密科技有限公司由香港上市的大陶精密科技(香港)股份有限公司和控股吉林物華上市公司的深圳中技實(shí)業(yè)(集團(tuán))有限公司聯(lián)合投資組建，主導(dǎo)產(chǎn)品為光無源陶瓷插芯及系列產(chǎn)品。項(xiàng)目投資5億元人民幣，建成后開通4條生產(chǎn)線，年產(chǎn)陶瓷插芯2700萬個(gè)，陶瓷套管2700萬只的生產(chǎn)能力。年產(chǎn)值可達(dá)10億元，年上交稅收近2億元，并提供就業(yè)崗位3000個(gè)。

　　陶瓷插芯是光通訊的核心器件，光纖到戶的“最后1公里”都要使用該器件。據(jù)有關(guān)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)，全球真正實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一光纖到戶后，該產(chǎn)品的需求量將是現(xiàn)在的5-10倍。目前，該產(chǎn)品主要生產(chǎn)商集中在日本的“京瓷”、“TOTO”、“阿德曼”等大公司手中。我國使用該產(chǎn)品，主要依靠進(jìn)口。

　　據(jù)了解，香港大陶是全球第7大陶瓷插芯生產(chǎn)商，擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。他們已與深圳中技合作，在深圳建成了1條生產(chǎn)線。湖南大陶建成后，該公司的生產(chǎn)能力將上升到全球第4位。

　　大陶精密科技(深圳)有限公司負(fù)責(zé)人黃治家說，他們看中了湖南地處華南的地理優(yōu)勢(shì)，以及湖南方面的優(yōu)惠政策，特別是湖南的勞動(dòng)力成本，最后將公司選址在長沙。

　　湖南大陶還將有許多大手筆運(yùn)作。黃治家透露，他們將加強(qiáng)科技攻關(guān)，力爭(zhēng)建立國內(nèi)最大的氧化鋯粉合料生產(chǎn)基地，填補(bǔ)國內(nèi)空白;并將建成國內(nèi)最大的光纖連接器生產(chǎn)基地。

　　9/17/2003,北京愛爾創(chuàng)精密陶瓷技術(shù)有限公司與清華大學(xué)新型陶瓷及精細(xì)工藝國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作，分別攻克技術(shù)難關(guān)，采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，已開始大批量生產(chǎn)光纖連接器用氧化鋯粉體及氧化鋯陶瓷套筒。其合作企業(yè)某化工有限公司批量生產(chǎn)的光纖連接器用氧化鋯粉體的性能指標(biāo)已達(dá)到日本TOSOH公司的技術(shù)水平，氧化鋯粉體在1350℃下可燒結(jié)致密，已形成了年產(chǎn)300噸的生產(chǎn)能力;北京愛爾創(chuàng)精密陶瓷技術(shù)有限公司完全采用國產(chǎn)氧化鋯粉體及自主研發(fā)的精密加工設(shè)備，氧化鋯陶瓷套筒成品的生產(chǎn)量已達(dá)到月產(chǎn)50萬只，套管毛坯月產(chǎn)80萬只，今年年底套筒成品及毛坯的月生產(chǎn)能力將分別達(dá)到100萬只和150萬只。

　　光纖活動(dòng)連接器是光線通信系統(tǒng)中必不可少的無源器件，是實(shí)現(xiàn)光纖與設(shè)備、光纖與儀表、光纖與光纖之間快速可靠通斷連接的一種手段。用于光纖活動(dòng)連接器(connector)的氧化鋯插針(ferrule)和套筒(sleeve)由于具有精度高(內(nèi)孔精度為1微米)、使用壽命長等特點(diǎn)，正逐步取代金屬件，得到廣泛應(yīng)用。隨著光通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)用于光纖活動(dòng)連接器的氧化鋯插針和套管的需求也增加很快。2000年全世界的需求量約為2億套，2001年原預(yù)計(jì)約為4億套，但由于IT行業(yè)的不景氣及美國“9.11”事件的影響，實(shí)際約為2.5億套，估計(jì)以后10年的增長率為25%-30%，2005年將達(dá)到5億套。氧化鋯陶瓷插針及套筒已成為市場(chǎng)需求量最大的高技術(shù)陶瓷產(chǎn)品之一。

　　2000年以前只有京瓷(Kyocera)、東陶(Toto)等幾家日本公司掌握氧化鋯陶瓷插針及套管的完整生產(chǎn)技術(shù)。近年來，我國大陸和臺(tái)灣數(shù)十家企業(yè)開始從國外引進(jìn)陶瓷插針生產(chǎn)線，現(xiàn)在已形成了月產(chǎn)500萬只的生產(chǎn)能力，但生產(chǎn)插針用用氧化鋯粉料還需從日本進(jìn)口。日本還未向我國轉(zhuǎn)讓氧化鋯陶瓷套筒技術(shù)，國內(nèi)有數(shù)家研究和生產(chǎn)單位在研發(fā)和小批量生產(chǎn)氧化鋯陶瓷套筒，而批量生產(chǎn)的氧化鋯陶瓷套管還必須采用進(jìn)口，花費(fèi)大量的外匯，并且昂貴的日本原料大大削弱了我國產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。我國已引進(jìn)了陶瓷插針成品及毛坯的生產(chǎn)技術(shù)，但生產(chǎn)插針用氧化鋯粉體及陶瓷套筒還需大量進(jìn)口，這些大大制約的我國光纖連接器的發(fā)展。

　　我國“八五”、”九五”國家攻關(guān)計(jì)劃一直支持氧化鋯超細(xì)粉體的研究，但主要是針對(duì)氧化鋯球閥、磨介及耐磨部件等產(chǎn)品。2002年初“十五”863計(jì)劃將“用于光纖接口插針原料的高質(zhì)量ZrO2超細(xì)粉體低成本規(guī)模化制備技術(shù)”列題，上海硅酸鹽研究所招標(biāo)拿到這一任務(wù)。我合作企業(yè)某化工有限公司是我國最大的高純氧化鋯粉體生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)能力可達(dá)月產(chǎn)70噸，其中80%以上銷往美國、西歐、南韓及臺(tái)灣等國家和地區(qū)，1999年開始與清華大學(xué)新型陶瓷及精細(xì)工藝國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作研究光纖連接器用氧化鋯粉體，2002年初參加了863計(jì)劃這一課題的招標(biāo)。招標(biāo)失敗后，企業(yè)繼續(xù)投入大量資金進(jìn)行研發(fā)，采用全新的工藝路線，終于研究出了可用于光纖連接器的粉體，質(zhì)量達(dá)到了日本TOSOH公司的水平，2002年底建成年產(chǎn)300噸的光纖連接器用氧化鋯粉體生產(chǎn)線?，F(xiàn)在粉體已開始批量出口日本及韓國，國內(nèi)主要陶瓷插針廠家已開始批量試用。

　　北京愛爾創(chuàng)精密陶瓷技術(shù)有限公司2001年開始采用國產(chǎn)氧化鋯粉體進(jìn)行陶瓷套筒生產(chǎn)的研發(fā)， 2002年初取得成功，所采用的陶瓷毛坯成型及精密加工方法與日本完全不同，技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，該技術(shù)具有加工效率高、設(shè)備投資小及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)。主要解決了以下技術(shù)難點(diǎn)：陶瓷套管毛坯內(nèi)孔的精密控制、內(nèi)孔的高效率低成本加工以及關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化等。公司2002年9月開始批量生產(chǎn)，現(xiàn)在氧化鋯陶瓷套筒成品的生產(chǎn)量已達(dá)到月產(chǎn)50萬只，套管毛坯月產(chǎn)80萬只，產(chǎn)品已受到國內(nèi)主要用戶的認(rèn)可，產(chǎn)品已開始取代日本產(chǎn)品，使用在中國電信等光纖主干線上。

　　由于插針和套管的生產(chǎn)屬于高科技勞動(dòng)密集型產(chǎn)品，世界上生產(chǎn)插針和套管的大部分廠家將向勞動(dòng)力資源豐富的中國轉(zhuǎn)移，現(xiàn)在兩家公司對(duì)光纖連接器氧化鋯粉體及氧化鋯陶瓷套筒研發(fā)成功，并形成規(guī)模生產(chǎn)能力，將極大地促進(jìn)民族工業(yè)的發(fā)展，使我國在光纖連接器這一領(lǐng)域具有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，我們也有信心面對(duì)這一過程中的各種挑戰(zhàn)，為樹立民族品牌不懈努力!(愛爾創(chuàng)精密陶瓷技術(shù)有限公司　司文捷 (博士))