中國粉體網(wǎng)訊 陶瓷部件的制備，首要問題是獲得高質(zhì)量的陶瓷坯體，這也是燒結(jié)后性能得到保證的關(guān)鍵。
高質(zhì)量的坯體主要是指具有均勻的結(jié)構(gòu)，且宏觀無變形，微觀無缺陷。坯體的結(jié)構(gòu)均勻包括坯體各部分密度的一致性，成分和相的均勻性。微觀無缺陷是指構(gòu)成坯體的顆粒的分散狀態(tài)，顆粒間的孔隙分布等。如果坯體在成型之前或者成型中引入了缺陷，則不能在燒結(jié)過程中被消除，而是保留到最后或者轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌娜毕�。例如，部件的變形或引起材料破壞的微裂紋，最終影響到陶瓷部件的可靠性。
直徑 360 ～600 mm 研磨盤
濕法成型可以有效地減少或消除成型坯體中的各種缺陷。典型的濕法成型包括注漿成型、壓濾成型和注凝成型等。注漿成型更適合制備薄壁樣品，但坯體強(qiáng)度較低。壓濾成型是在注漿工藝基礎(chǔ)上發(fā)展的，具有注漿成型和干壓成型的特點(diǎn)，能夠快速脫去漿料中的水分，提高顆粒堆積密度，但是壓濾成型所需用的壓力較高，對設(shè)備和維護(hù)要求較高。注凝成型是一種新型的濕法成型方法，通過高分子的聚合反應(yīng)形成有機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，原位固化陶瓷顆粒，所制備的陶瓷凝膠微觀結(jié)構(gòu)均勻，并且成本低、易于操作，在制備大尺寸和復(fù)雜形狀陶瓷部件中應(yīng)用潛力巨大。但是，以自由基聚合為基礎(chǔ)的注凝成型工藝涉及的添加劑種類繁多，存在氧阻聚、單體有毒或者需要加熱等問題，這些都阻礙了注凝成型的推廣和應(yīng)用。
自發(fā)凝固成型是一種新型陶瓷成型方法，以改性的水溶性異丁烯與馬來酸交替共聚物（PIBM）作為陶瓷漿料的添加劑，靜置后漿料自發(fā)凝固獲得陶瓷坯體。該共聚物既作為分散劑，同時又作為自發(fā)凝固的助劑。該方法具有有機(jī)物添加量小、適于常溫大氣環(huán)境操作等特性，具有普適性，現(xiàn)已引發(fā)國內(nèi)外二十多家研究機(jī)構(gòu)跟蹤研究。
PIBM自發(fā)凝固機(jī)理
自發(fā)凝固成型技術(shù)由中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所王士維研究員團(tuán)隊研發(fā)成功，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。為了解決注凝成型中凝膠體系聚合反應(yīng)中單體有毒、氧阻聚和添加劑繁多且量大的問題，該團(tuán)隊自2003年開始了陶瓷原位固化成型技術(shù)的研究。首先發(fā)展了基于親核加成聚合反應(yīng)的水溶性環(huán)氧樹脂-多胺凝膠體系，先后成功應(yīng)用于致密Al2O3、AlN和SiC，半透明Al2O3，透明Y2O3、YAG和AlON以及泡沫Al2O3等先進(jìn)陶瓷的成型。2010年受到楊燕和島井駿藏實驗發(fā)現(xiàn)的啟發(fā)，將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了PIBM自發(fā)凝固體系。先后嘗試了不同規(guī)格、添加量的PIBM并應(yīng)用于不同類型的陶瓷漿體中，最終確認(rèn)了一種可以廣泛應(yīng)用的新型濕法成型體系———PIBM自發(fā)凝固。
大尺寸/復(fù)雜形狀高純氧化鋁陶瓷部件在集成電路制造、航空航天、深海探測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但其制備工藝極具挑戰(zhàn)性。國內(nèi)高純氧化鋁陶瓷在尺寸、性能及穩(wěn)定性等方面與國外同類產(chǎn)品還存在較大差距，導(dǎo)致國內(nèi)高端裝備用大尺寸/復(fù)雜形狀高純氧化鋁陶瓷部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口。自發(fā)凝固成型技術(shù)的出現(xiàn)為大尺寸/復(fù)雜形狀高純氧化鋁陶瓷部件的制備帶來了極大的便利。
前不久，王士維研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊突破大尺寸陶瓷素坯在干燥和燒結(jié)過程中的變形及開裂等關(guān)鍵瓶頸，成功制備出直徑達(dá)1010mm的超大尺寸高純氧化鋁陶瓷圓盤和外徑為200mm的雙層同心高純氧化鋁圓筒，材料主要性能指標(biāo)優(yōu)于國外同類產(chǎn)品水平。
中國粉體網(wǎng)將在山東濟(jì)南舉辦第一屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會，屆時，來自中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的王士維研究員將帶來題為《自發(fā)凝固成型制備米級氧化鋁部件》的報告。在報告中，王士維研究員將針對基于自發(fā)凝固成型的大尺寸氧化鋁制備的成套技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。
專家介紹：
王士維，男，1964年11月生，博士，研究員，博士生導(dǎo)師；中國科學(xué)院透明光功能無機(jī)材料重點(diǎn)實驗室主任。堅持“研以致用”理念，長期從事結(jié)構(gòu)陶瓷和透明陶瓷研究。主持（完成）國家自然科學(xué)基金、“863”計劃、重點(diǎn)研發(fā)計劃子課題和中科院重點(diǎn)部署項目等20余項。發(fā)表SCI論文230余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利49項，制定國家建材行標(biāo)1項和上海市企標(biāo)5項。帶領(lǐng)團(tuán)隊組織研制和生產(chǎn)的碳-石英復(fù)合材料和中紅外透明陶瓷等材料和器件已在近十種特種裝備中得到實際應(yīng)用；研發(fā)的半透明氧化鋁管和大尺寸氧化鋁載盤等六項成果已實現(xiàn)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。
參考來源：
[1]自發(fā)凝固成型———大尺寸陶瓷部件解決方法.硅酸鹽通報
[2]毛小建等.自發(fā)凝固成型研究進(jìn)展
[3]狄正賢.自發(fā)凝固成型氧化鋁密度均勻性提升研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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