中國(guó)粉體網(wǎng)訊 最近，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員王士維帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)與企業(yè)合作,，基于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的異丁烯和馬來酸酐的共聚物（PIBM）多官能團(tuán)共聚物自發(fā)凝固成型體系（spontaneous gelation）,，突破大尺寸陶瓷濕坯在干燥過程中的變形和開裂等關(guān)鍵瓶頸問題，成功制備出直徑360mm至600mm的大尺寸高純氧化鋁陶瓷研磨盤,。
大尺寸結(jié)構(gòu)陶瓷部件在半導(dǎo)體制造裝備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,，但大尺寸陶瓷部件的成型極具挑戰(zhàn)性。與經(jīng)典的冷等靜壓成型和注漿成型相比,，注凝成型（gelcasting,，或稱凝膠注模）具有突出的優(yōu)勢(shì)：素坯微結(jié)構(gòu)均勻，從根本上保證陶瓷部件的可靠性,；素坯強(qiáng)度和密度高,，方便搬運(yùn)，能夠有效減小燒結(jié)收縮和開裂的風(fēng)險(xiǎn),；近凈尺寸成型,，可以大幅度減少機(jī)械加工成本。此外,，注凝成型工藝裝備簡(jiǎn)單,，可以有效降低生產(chǎn)投入成本，在制備大尺寸陶瓷部件方面具有巨大的應(yīng)用潛力,。然而,，基于自由基聚合反應(yīng)的凝膠體系存在單體有毒、氧阻聚和添加劑種類多且添加量大等問題,；另外,，陶瓷凝膠的干燥機(jī)理也未闡釋清楚，嚴(yán)重阻礙了注凝技術(shù)在大尺寸結(jié)構(gòu)陶瓷部件制備和產(chǎn)業(yè)化方面的廣泛應(yīng)用,。
王士維團(tuán)隊(duì)自2003年起就開始新型凝膠固化體系的探索研究,。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（J. Am. Ceram. Soc.，2008）,，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,。2011年，該團(tuán)隊(duì)在采用PIBM制備Al2O3陶瓷漿料的研究中,，發(fā)現(xiàn)了自發(fā)凝固現(xiàn)象（J. Mater. Res.,，2013）。隨后,，重點(diǎn)開展了PIBM自發(fā)凝固體系的普適性,、陶瓷凝膠的干燥機(jī)理、預(yù)燒過程坯體內(nèi)應(yīng)力以及大尺寸陶瓷部件制備技術(shù)開發(fā)等工作,。
相比于其它凝膠體系,，PIBM自發(fā)凝固體系具有添加劑種類少、添加量少以及操作簡(jiǎn)便等顯著優(yōu)勢(shì),。在常溫大氣環(huán)境下,，僅采用一種有機(jī)共聚物，就可以實(shí)現(xiàn)Al2O3的自發(fā)凝固成型,，所制備的Al2O3陶瓷濕坯具有良好的柔韌性,。同時(shí)，該凝固體系具有廣泛的普適性,，已成功應(yīng)用于多種氧化物和非氧化物體系的多孔,、致密和透明陶瓷的制備。通過比較環(huán)氧樹脂-多胺凝膠體系和PIBM自發(fā)凝固體系的干燥過程,，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)有機(jī)網(wǎng)絡(luò)的疏密程度顯著地影響著陶瓷濕坯的干燥行為,。PIBM自發(fā)凝固體系形成的有機(jī)網(wǎng)絡(luò)有利于水分輸運(yùn)，干燥應(yīng)力更容易釋放,，坯體干燥后不變形,；而環(huán)氧樹脂-多胺凝膠體系形成的有機(jī)網(wǎng)絡(luò)阻礙水分輸運(yùn)，干燥應(yīng)力大,，坯體易干燥變形,。
近五年來，該研究團(tuán)隊(duì)在材料及陶瓷類國(guó)際期刊上發(fā)表PIBM自發(fā)凝固成型相關(guān)的研究論文20余篇,，核心技術(shù)獲得授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利6項(xiàng),。自報(bào)道以來，PIBM自發(fā)凝固成型體系引起國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注,。同時(shí),，該研究團(tuán)隊(duì)一直致力于新型成型技術(shù)推廣應(yīng)用工作。2017年7月,，以新型PIBM自發(fā)凝固體系為技術(shù)核心,，上海硅酸鹽所與江西萍鄉(xiāng)企業(yè)聯(lián)合成立了江西中科特瓷新材料有限公司,，開展大尺寸高純氧化鋁陶瓷部件的產(chǎn)業(yè)化工作。目前,，該公司建成了中試生產(chǎn)線,，掌握了自發(fā)凝固成型大尺寸氧化鋁研磨盤的干燥、脫粘和高溫?zé)Y(jié)等關(guān)鍵技術(shù),，制備了直徑360mm-600mm多種規(guī)格的高純氧化鋁研磨盤,，為規(guī)模化生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),。
PIBM自發(fā)凝固成型技術(shù)應(yīng)用于大尺寸先進(jìn)陶瓷材料的制備,，具有顯著的原創(chuàng)性和先進(jìn)性，將為我國(guó)半導(dǎo)體制造裝備國(guó)產(chǎn)化所需的大尺寸陶瓷部件提供一條新的低成本制造方法,。該研究獲得中科院平湖新材料中心項(xiàng)目,、上海市優(yōu)秀技術(shù)帶頭人項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持,。
由PIBM體系制備的Al2O3陶瓷濕坯
（a）PIBM和（b）環(huán)氧樹脂-多胺體系制備的氧化鋁素坯的干燥行為
直徑360mm–600 mm多種規(guī)格高純氧化鋁陶瓷研磨盤
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）
