中國粉體網(wǎng)訊 先進陶瓷以其優(yōu)異的性能在新材料領(lǐng)域獨樹一幟，成為航空航天、通信電子,、半導(dǎo)體微電子、生物醫(yī)療,、國防軍工及高鐵,、新能源汽車等高科技領(lǐng)域和新興產(chǎn)業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵材料，受到人們世界各國的高度重視,。
01.我國先進陶瓷產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍落后于國外
我國先進陶瓷研究始于上世紀(jì)50年代,，起步較晚且前期發(fā)展稍慢。從20世紀(jì)80年代開始，經(jīng)過“六五”“ 七五”“ 八五”攻關(guān)及“863”“ 973”“ 科技支撐”“ 科技部重大專項”等國家級科研項目的投入和研發(fā),，突破了高效發(fā)動機中以高溫陶瓷為關(guān)鍵零部件的技術(shù)難題,，由此開展了陶瓷材料的組成設(shè)計、晶界工程,、氣壓燒結(jié),、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié),、凈尺寸成型等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)工作,，使得此后幾十年，我國在精尖陶瓷制備技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域取得了巨大發(fā)展成果,。
進入21世紀(jì)后,，我國先進陶瓷材料制備技術(shù)快速發(fā)展，不斷打破國外壟斷和技術(shù)封鎖,，包括各種燒結(jié)技術(shù),、成型工藝、粉末制備技術(shù),、精密加工工藝和陶瓷與金屬的封接技術(shù)等,。正是這些裝備技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用及科研人員的積極參與，推動了我國先進陶瓷產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,。
近些年來,，我國已經(jīng)陸續(xù)將先進陶瓷應(yīng)用于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和新興產(chǎn)業(yè)中的諸多領(lǐng)域。目前,，我國在某些尖端先進陶瓷的理論研究和實驗水平已經(jīng)達到國際先進水平,，且研究領(lǐng)域廣泛，幾乎涉獵了所有先進陶瓷材料的研究,、開發(fā)和生產(chǎn),。許多先進陶瓷產(chǎn)品在我國已能大批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定,，并能占領(lǐng)一定的國際市場,。
但是，整體來看,，我國的先進陶瓷產(chǎn)業(yè)除少數(shù)達到甚至超過國外同行外,，總體上是明顯落后于發(fā)達國家的水平。
02.粉體——我國先進陶瓷產(chǎn)業(yè)的“葫蘆腰”
從概念上看,，先進陶瓷是一類采用高純度,、超細、人工合成或精選的無機化合物為原料,，具有精確的化學(xué)組成,、精密的制造加工技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計,，并具有優(yōu)異的力學(xué)、聲,、光,、熱、電,、生物等特性的陶瓷材料,。
從生產(chǎn)流程上看，先進陶瓷生產(chǎn)主要涉及粉體制備,，成型,、燒結(jié)、精加工等重要環(huán)節(jié),，其中陶瓷產(chǎn)品的性能很大程度上取決于原料粉體的特性已成為業(yè)內(nèi)共識,。因此有專家直接指出：我們的先進陶瓷和世界先進水平相比還是有一定的差距，這個差距很大一部分是來源于我們的原料粉體技術(shù)仍然落后于世界先進水平,。
把范圍稍微放大一點,，據(jù)媒體的統(tǒng)計，至少包括超細銀粉,、高純碳化硅粉,、高純度氧化鎂、氧化鋯粉體,、氮化鋁粉體,、球形硅微粉、高純氧化鋁,、球形氧化鋁,、氮化硅粉體、導(dǎo)電炭黑,、3D打印用球形金屬粉,、MLCC高端陶瓷粉料等在內(nèi)的幾十種粉體原材料的高端產(chǎn)品仍未完全實現(xiàn)國產(chǎn)化替代,，大量依賴進口,！
可以說，原料粉體已成為制約我國先進陶瓷乃至整個新材料產(chǎn)業(yè)的“葫蘆腰”,，是產(chǎn)業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展中最為“瘦弱”的環(huán)節(jié),。
目前，日本在先進陶瓷材料科研,、制備方面占有領(lǐng)先,、突出的地位，日資企業(yè)在全球先進陶瓷領(lǐng)域市場份額達50%左右,，是當(dāng)之無愧的先進陶瓷第一強國,。
日本在先進陶瓷領(lǐng)域的強大體現(xiàn)在其產(chǎn)業(yè)鏈完整以及各環(huán)節(jié)的深厚實力,，尤其在粉體方面。日本誕生了一批以生產(chǎn)陶瓷粉料聞名的企業(yè),，并牢牢占據(jù)了全球陶瓷粉體的高端市場,。
MLCC陶瓷粉體全球供應(yīng)格局
例如在許多高端的Al2O3陶瓷產(chǎn)品方面，晶粒細小,、結(jié)構(gòu)均勻,、機電性能和耐磨性好Al2O3陶瓷零部件所使用的Al2O3粉末由日本企業(yè)把控；在高性能MLCC陶瓷粉體方面,，日系廠商可以根據(jù)訂單要求,，在100nm的鈦酸鋇基礎(chǔ)上改性，最終可制成小尺寸（0402,、0201等）,、大容量（10~100μF）的MLCC。此外,，著名陶瓷粉體企業(yè)還有生產(chǎn)高性能Si3N4粉末的日本宇部興產(chǎn)株式會社,，生產(chǎn)高導(dǎo)熱基板用AlN陶瓷粉的德山曹達，生產(chǎn)高分散性細粒度的高純氧化鋁的住友化學(xué)等等,。
相比之下,，雖然目前國內(nèi)先進陶瓷粉末原料生產(chǎn)企業(yè)很多，很多陶瓷粉體也實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化突破,，純度,、細度方面也沒問題，但除少數(shù)已完全實現(xiàn)替代并打進國際市場的陶瓷粉體外,，仍有很多關(guān)鍵粉體在穩(wěn)定性,、分散性、成型性能,、燒結(jié)性能等方面有很大的進步空間,。
03.什么樣的陶瓷粉體是“理想粉體”？
一般來說,，理想陶瓷粉體或高質(zhì)量陶瓷粉體主要包括以下幾個方面,。
1.化學(xué)成分
從化學(xué)成分來講，一般追求兩個方面：高純度與精確的配比,。
高純度方面,。雜質(zhì)的存在有時候會嚴(yán)重影響到制品的性能，例如：在高純氧化鋁中,，往往會存在硅,、鈣、鐵,、鈉,、鉀等雜質(zhì),。鐵雜質(zhì)的存在會使燒結(jié)后的材料發(fā)黑發(fā)暗；鈉,、鉀雜質(zhì)會影響材料的電性能,，導(dǎo)致其電性能變差；剩余兩種雜質(zhì)會導(dǎo)致材料在燒結(jié)過程中晶粒異常長大,。在透明陶瓷方面雜質(zhì)的影響就更大了,，陶瓷粉體中雜質(zhì)的存在將直接宣布透明陶瓷“失明”，這是因為雜質(zhì)作為第二相,，與陶瓷本體材料的光學(xué)性能差異巨大,，往往會造成散射和吸收中心，會大大降低了陶瓷的透光性,。在氮化硅和氮化鋁等氮化物陶瓷中,，氧雜質(zhì)的存在會導(dǎo)致導(dǎo)熱性能的下降。
配比方面,。在陶瓷生產(chǎn)配方中,，大多時候不需要極度“高純”的單一組分，而往往會摻雜一些輔料,，如燒結(jié)助劑等,。這種情況下，配比準(zhǔn)確是最基本要求,，因為不同的化學(xué)成分和含量,，會對制品的性能產(chǎn)生決定性的影響。
2.相組成
一般要求粉體盡可能具備與陶瓷制品相同的物相,，不希望在燒結(jié)過程中發(fā)生相變,。雖然某些時候，相變的確對陶瓷的致密化能起到促進作用,，但在絕大多數(shù)情況下,，相變的發(fā)生是不利于陶瓷的燒結(jié)的。比如氧化鋁陶瓷的燒結(jié),，一般都采用α-相也就是剛玉相粉料,，如果采用的是θ-相或γ-相粉料，在燒結(jié)過程中相變產(chǎn)生的體積收縮很難控制,，制品容易出現(xiàn)變形,。而如果是氧化鋯陶瓷，如果燒結(jié)過程中發(fā)生相變,，那就會直接導(dǎo)致陶瓷的開裂。對氮化硅陶瓷而言,，α相質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的氮化硅陶瓷粉末作為燒結(jié)的初始粉末是制備高性能氮化硅陶瓷材料的基礎(chǔ),。
3.顆粒尺寸與形貌
一般而言,，顆粒越細越好。因為按照現(xiàn)有的燒結(jié)理論,，坯體致密度的速度與粉料的大�,。ɑ蚱淠炒畏降拇笮。┦浅煞幢鹊�,，顆粒越小,，越有利于燒結(jié)。例如超細氮化鋁粉體由于其高的比表面積,，會在燒結(jié)的過程中增加燒結(jié)的推動力,，加速燒結(jié)的過程。此外,，粉體的尺寸變小也就意味著物質(zhì)的擴散距離變短,，高溫下有利于液相物質(zhì)的生成，極大地加強了流動傳質(zhì)作用,。據(jù)中國粉體網(wǎng)編輯的了解,，工業(yè)上一般要求超細氮化鋁粉體的D50（即顆粒累積分布為50%的粒徑）尺寸盡可能地保持在1~1.5μm左右且粒度均勻。
也有研究表明,，合理的顆粒粒度及顆粒級配的粉料,、通過加入粘結(jié)劑對粉末進行造粒，使其具有更好的流動性對后續(xù)的成型和燒結(jié)會產(chǎn)生積極的影響,，主要原因是粒度分布寬的粉體中存在的大顆粒會形成較多空隙,，這些空隙在成型過程中會被細顆粒所填充，但前提是必須在一定的粒度分布范圍內(nèi),。
規(guī)則形貌的陶瓷粉體具有更好的流動性對后續(xù)的成型和燒結(jié)會產(chǎn)生積極的影響,，造粒工藝就是讓粉體在粘結(jié)劑的作用下形成類球狀的形貌，這也間接表明球形陶瓷粉體在成型和燒結(jié)過程中對提高陶瓷的致密度有著積極的作用,。
4.均勻性
粉料的均勻性很容易被忽略,，但實際上其重要性比前面幾方面更為重要，或者說前面幾方面性能的好壞,，很重要的一點就是看其均勻性如何,。
比如粉料的化學(xué)成分。前面說過,，理論上化學(xué)組成按化學(xué)計量最合適,，但前提是各種組成分布均勻。然而在實際上,，粉體中的成分分布往往存在局部的不均勻,，使某些區(qū)域的成分配比偏離化學(xué)計量。這樣的粉體有時候會導(dǎo)致陶瓷性能的下降,。
顆粒大小也是如此,。一般對于粉體顆粒度的要求是細而且分布窄,，同時還要具備分散性好等特性，避免團聚等現(xiàn)象的發(fā)生造成對燒結(jié)性能的不利影響,，最好還都是球形顆粒,，像一堆微小的乒乓球，以保證有良好的流動性,。
小結(jié)
當(dāng)然,，目前我們陶瓷粉體要實現(xiàn)快速追趕，不是幾句話就能解決的,，需要研發(fā),、技術(shù)、設(shè)備,、生產(chǎn)經(jīng)驗等全方面的長期積淀以及上下游的協(xié)同合作,。但粉體原料在先進陶瓷生產(chǎn)中的重要性已不言而喻，希望能引起產(chǎn)研界及政府部門的進一步重視,。
參考來源：
[1]什么是“理想粉體”,？. 李衛(wèi)聊科技
[2]趙麗艷.高品質(zhì)氮化硅陶瓷粉體制備研究
[3]粉體對氧化鋁陶瓷導(dǎo)熱性能的影響分析.粉體網(wǎng)
[4]納米氧化鎂對陶瓷的影響.粉體網(wǎng)
[5]中國粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)/山川）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除
