中國粉體網訊 陶瓷部件的制備，首要問題是獲得高質量的陶瓷坯體，這也是燒結后性能得到保證的關鍵。
高質量的坯體主要是指具有均勻的結構，且宏觀無變形，微觀無缺陷。坯體的結構均勻包括坯體各部分密度的一致性，成分和相的均勻性。微觀無缺陷是指構成坯體的顆粒的分散狀態，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，則不能在燒結過程中被消除，而是保留到最后或者轉變為新的缺陷。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，但坯體強度較低。壓濾成型是在注漿工藝基礎上發展的，具有注漿成型和干壓成型的特點，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，對設備和維護要求較高。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形成有機網絡結構，原位固化陶瓷顆粒，所制備的陶瓷凝膠微觀結構均勻，并且成本低、易于操作，在制備大尺寸和復雜形狀陶瓷部件中應用潛力巨大。但是，以自由基聚合為基礎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用。
自發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，同時又作為自發凝固的助劑。該方法具有有機物添加量小、適于常溫大氣環境操作等特性，具有普適性，現已引發國內外二十多家研究機構跟蹤研究。
PIBM自發凝固機理
自發凝固成型技術由中國科學院上海硅酸鹽研究所王士維研究員團隊研發成功，具有自主知識產權。為了解決注凝成型中凝膠體系聚合反應中單體有毒、氧阻聚和添加劑繁多且量大的問題，該團隊自2003年開始了陶瓷原位固化成型技術的研究。首先發展了基于親核加成聚合反應的水溶性環氧樹脂-多胺凝膠體系，先后成功應用于致密Al2O3、AlN和SiC，半透明Al2O3，透明Y2O3、YAG和AlON以及泡沫Al2O3等先進陶瓷的成型。2010年受到楊燕和島井駿藏實驗發現的啟發，將研究重點轉移到了PIBM自發凝固體系。先后嘗試了不同規格、添加量的PIBM并應用于不同類型的陶瓷漿體中，最終確認了一種可以廣泛應用的新型濕法成型體系———PIBM自發凝固。
大尺寸/復雜形狀高純氧化鋁陶瓷部件在集成電路制造、航空航天、深海探測等領域有著廣泛的應用，但其制備工藝極具挑戰性。國內高純氧化鋁陶瓷在尺寸、性能及穩定性等方面與國外同類產品還存在較大差距，導致國內高端裝備用大尺寸/復雜形狀高純氧化鋁陶瓷部件嚴重依賴進口。自發凝固成型技術的出現為大尺寸/復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，王士維研究員帶領的科研團隊突破大尺寸陶瓷素坯在干燥和燒結過程中的變形及開裂等關鍵瓶頸，成功制備出直徑達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，材料主要性能指標優于國外同類產品水平。
中國粉體網將在山東濟南舉辦第一屆半導體行業用陶瓷材料技術研討會，屆時，來自中國科學院上海硅酸鹽研究所的王士維研究員將帶來題為《自發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凝固成型的大尺寸氧化鋁制備的成套技術進行詳細介紹。
專家介紹：
王士維，男，1964年11月生，博士，研究員，博士生導師；中國科學院透明光功能無機材料重點實驗室主任。堅持“研以致用”理念，長期從事結構陶瓷和透明陶瓷研究。主持（完成）國家自然科學基金、“863”計劃、重點研發計劃子課題和中科院重點部署項目等20余項。發表SCI論文230余篇，獲授權發明專利49項，制定國家建材行標1項和上海市企標5項。帶領團隊組織研制和生產的碳-石英復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用；研發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轉移轉化。
參考來源：
[1]自發凝固成型———大尺寸陶瓷部件解決方法.硅酸鹽通報
[2]毛小建等.自發凝固成型研究進展
[3]狄正賢.自發凝固成型氧化鋁密度均勻性提升研究
（中國粉體網編輯整理/山川）
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