中國粉體網(wǎng)訊  氮化鋁（AlN）具有高導(dǎo)熱、絕緣、低膨脹、無磁等優(yōu)異性能，是半導(dǎo)體、電真空等領(lǐng)域高端裝備的關(guān)鍵材料，特別是在航空航天、軌道交通、新能源汽車、高功率LED、5G通訊、電力傳輸、工業(yè)控制等領(lǐng)域功率器件中具有不可取代的作用。

目前用于制備復(fù)雜形狀A(yù)lN陶瓷零部件的精密制備技術(shù)主要有模壓成型、注射成型、凝膠注模成型，它們均為有模制造技術(shù)。此外，陶瓷3D打印成型也可實現(xiàn)AlN陶瓷零部件的精密制造，但該方法用于氮化鋁陶瓷成型方面的研究較少，實際應(yīng)用還有待于進一步的研究，故不在今天的討論范圍之內(nèi)。

（注射成形復(fù)雜形狀氮化鋁陶瓷，來源：廈門鉅瓷科技有限公司）

模壓成型

模壓成型是應(yīng)用最廣泛的成型工藝。其工藝原理是將經(jīng)過噴霧造粒后流動性好的造粒料填充到金屬模腔內(nèi)，通過壓頭施加壓力，壓頭在模腔內(nèi)產(chǎn)生移動，模腔內(nèi)粉體在壓頭作用力下產(chǎn)生顆粒重排，顆粒間空隙內(nèi)氣體排出，形成具有一定強度和形狀的陶瓷素坯。通常壓制的初始階段致密化速率很高，初始階段的壓力通過顆粒間的接觸，使包覆有粘結(jié)劑的顆粒滑動和重排，當(dāng)進一步施壓時，顆粒變形增加相互間的接觸面，減少顆粒間的氣孔，氣體在加壓過程中通過顆粒間遷移，最終通過模具間隙排出。

壓制成形的三個階段：第一階段，主要是顆粒的滑動和重排，無論是一般的粉體或者造粒后的粉體，其填充于模具中的最初結(jié)構(gòu)中都含有和顆粒尺寸接近或稍小的空隙。第二階段，顆粒接觸點部位發(fā)生變形和破裂，當(dāng)壓力超過顆粒料的表觀屈服應(yīng)力時，顆粒發(fā)生變形使得顆粒間空隙減小，隨著顆粒的變形，坯體體積最大空隙尺寸減少，塑性低的致密粒料對應(yīng)的屈服應(yīng)力大，達到相同致密度所需要更高的壓力，第三階段，坯體進一步密實與彈性壓縮，這一階段起始于高壓力階段，但密度提高幅度較小，此階段發(fā)生一定程度的彈性壓縮，這種彈性壓縮過大，則在脫模后會造成應(yīng)力開裂與分層。

模壓成型的優(yōu)點是成型坯體尺寸準(zhǔn)確、操作簡單、模壓坯體中粘結(jié)劑含量較少、干燥和燒成收縮較小，特別適用于制備形狀簡單、長徑比小的制品。但是，這種傳統(tǒng)的成型方法效率低，且制得的AlN陶瓷零部件的尺寸精度取決于所用模具的精度，而高精度模具的制備成本較高。

注射成型

注射成型被國際上譽為“當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)”。陶瓷注射成型是將聚合物注射成型方法與陶瓷制備工藝相結(jié)合而發(fā)展起來的一種制備復(fù)雜形狀的陶瓷零部件的新興工藝。相對于傳統(tǒng)成型工藝，它的優(yōu)點主要包括：

（1）機械化和自動化程度高、生產(chǎn)效率高、成型周期短、坯體強度高；

（2）成型的陶瓷產(chǎn)品具有極高的尺寸精度和表面光潔度；

（3）成型產(chǎn)品燒結(jié)體性能優(yōu)越且一致性較好；

（4）可近凈尺寸成型各種復(fù)雜形狀，很少甚至無需進行機械加工后處理。

需要注意的是，由注射成型得到的制品，其脫脂是一個尤為重要的階段，因為絕大多數(shù)的缺陷都在脫脂階段形成，如裂紋、氣孔、變形、鼓泡等情況，并且在脫脂過程中產(chǎn)生的缺陷無法通過后期的燒結(jié)來彌補，所以在某種程度上脫脂決定了最終產(chǎn)品質(zhì)量。由于注射成型坯體中有機物含量較高，脫脂過快會導(dǎo)致很多缺陷的發(fā)生。因此，脫脂工藝優(yōu)化是注射成型工藝中的一大難題和研究重點。

凝膠注模成型

凝膠注模成型技術(shù)原理是首先將粉體、溶劑、分散劑混合球磨，制備具有高固相、粘度的粉體-溶劑濃懸浮液，加入合適的有機單體，添加引發(fā)劑或固化劑或者通過外界條件如溫度等的變化使陶瓷漿料中的單體交聯(lián)固化，最終在坯體中形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將陶瓷顆粒固定，使?jié){料原位固化成型。

原位固化膠態(tài)成型原理示意圖

凝膠注模成型工藝流程圖

與其他成型工藝技術(shù)相比，凝膠注模成型優(yōu)點如下：

（1）適用范圍廣泛；

（2）成型坯體缺陷和變形小，是一種近凈尺寸成型工藝；

（3）坯體強度較高，成型坯體可進行機加工；

（4）坯體中有機物含量很低，排膠后成品變形��；

（5）陶瓷生坯和燒結(jié)體密度高、均勻性好；成本低、工藝可控。

目前，凝膠注模成型的主要問題有：水機注凝成型需要對氮化鋁粉體做抗水解處理，非水基成型則需要進一步尋找和制備凝膠網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)密度、強度適宜且易于制得高固含量低粘度漿料的注凝體系。

隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，對散熱快速、形狀復(fù)雜的AlN陶瓷散熱器的需求日益增加，致使復(fù)雜形狀的高導(dǎo)熱AlN陶瓷的成型技術(shù)成為研究重點。近期，中國粉體網(wǎng)將在鄭州舉辦“2021第四屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”。屆時，來自北京科技大學(xué)的秦明禮教授帶來題為《高導(dǎo)熱復(fù)雜氮化鋁陶瓷制品的精密制造技術(shù)》的報告。在報告中，秦明禮教授將重點介紹北京科技大學(xué)在高導(dǎo)熱復(fù)雜氮化鋁零部件精密制備方面研究與產(chǎn)業(yè)化的工作。（鑒于當(dāng)前防控需要，原定于2021年8月13-14日在鄭州喆鵬酒店舉辦的“第四屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”將延期舉辦，計劃參會的單位可以聯(lián)系會務(wù)組，具體舉辦日期主辦方確定后將第一時間通知您！）

專家介紹：

秦明禮，北京科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，科技部“創(chuàng)新人才推進計劃”中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，北京市科技新星，國家863計劃主題項目首席專家。秦明禮教授的主要研究方向是粉末冶金與特種陶瓷材料與技術(shù)的研究，先后主持了國家自然科學(xué)基金、國家863計劃、國防科研以及教育部、北京市等省部級課題和企業(yè)合作項目40余項。在ACSNano、Adv.Funct.Mater.、ActaMater.、J.Am.Ceram.Soc.、PowderMetall.等國內(nèi)外行業(yè)權(quán)威雜志發(fā)表論文200余篇，授權(quán)發(fā)明專利80余項。研究成果在多種高技術(shù)裝備中獲得應(yīng)用，并在多家企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，取得顯著的社會和經(jīng)濟效益。獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項、省部級科技成果獎勵一等獎7項。

秦明禮教授主要學(xué)術(shù)和社會兼職有北京市先進粉末冶金材料與技術(shù)重點實驗室副主任，中國金屬學(xué)會粉末冶金分會副主任委員，中國鋼協(xié)注射成形專業(yè)委員會副主任委員，中國材料學(xué)會青年委員會常務(wù)理事，中國鋼協(xié)粉末冶金分會常務(wù)理事，《粉末冶金技術(shù)》副主編。

參考來源：

[1]盛鵬飛，聶光臨等.高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷成型技術(shù)的研究進展

[2]黃林蕓.氮化鋁凝膠注模成型工藝研究

[3]魯慧峰.氮化鋁粉末制備及注射成形研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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