中国粉体网讯 氮化铝（AlN）具有高导热、绝缘、低膨胀、无磁等优异性能，是半导体、电真空等领域高端装备的关键材料，特别是在航空航天、轨道交通、新能源汽车、高功率LED、5G通讯、电力传输、工业控制等领域功率器件中具有不可取代的作用。
目前用于制备复杂形状AlN陶瓷零部件的精密制备技术主要有模压成型、注射成型、凝胶注模成型，它们均为有模制造技术。此外，陶瓷3D打印成型也可实现AlN陶瓷零部件的精密制造，但该方法用于氮化铝陶瓷成型方面的研究较少，实际应用还有待于进一步的研究，故不在今天的讨论范围之内。
（注射成形复杂形状氮化铝陶瓷，来源：厦门钜瓷科技有限公司）
模压成型
模压成型是应用最广泛的成型工艺。其工艺原理是将经过喷雾造粒后流动性好的造粒料填充到金属模腔内，通过压头施加压力，压头在模腔内产生移动，模腔内粉体在压头作用力下产生颗粒重排，颗粒间空隙内气体排出，形成具有一定强度和形状的陶瓷素坯。通常压制的初始阶段致密化速率很高，初始阶段的压力通过颗粒间的接触，使包覆有粘结剂的颗粒滑动和重排，当进一步施压时，颗粒变形增加相互间的接触面，减少颗粒间的气孔，气体在加压过程中通过颗粒间迁移，最终通过模具间隙排出。
压制成形的三个阶段：第一阶段，主要是颗粒的滑动和重排，无论是一般的粉体或者造粒后的粉体，其填充于模具中的最初结构中都含有和颗粒尺寸接近或稍小的空隙。第二阶段，颗粒接触点部位发生变形和破裂，当压力超过颗粒料的表观屈服应力时，颗粒发生变形使得颗粒间空隙减小，随着颗粒的变形，坯体体积最大空隙尺寸减少，塑性低的致密粒料对应的屈服应力大，达到相同致密度所需要更高的压力，第三阶段，坯体进一步密实与弹性压缩，这一阶段起始于高压力阶段，但密度提高幅度较小，此阶段发生一定程度的弹性压缩，这种弹性压缩过大，则在脱模后会造成应力开裂与分层。
模压成型的优点是成型坯体尺寸准确、操作简单、模压坯体中粘结剂含量较少、干燥和烧成收缩较小，特别适用于制备形状简单、长径比小的制品。但是，这种传统的成型方法效率低，且制得的AlN陶瓷零部件的尺寸精度取决于所用模具的精度，而高精度模具的制备成本较高。
注射成型
注射成型被国际上誉为“当今最热门的零部件成形技术”。陶瓷注射成型是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种制备复杂形状的陶瓷零部件的新兴工艺。相对于传统成型工艺，它的优点主要包括：
（1）机械化和自动化程度高、生产效率高、成型周期短、坯体强度高；
（2）成型的陶瓷产品具有极高的尺寸精度和表面光洁度；
（3）成型产品烧结体性能优越且一致性较好；
（4）可近净尺寸成型各种复杂形状，很少甚至无需进行机械加工后处理。
需要注意的是，由注射成型得到的制品，其脱脂是一个尤为重要的阶段，因为绝大多数的缺陷都在脱脂阶段形成，如裂纹、气孔、变形、鼓泡等情况，并且在脱脂过程中产生的缺陷无法通过后期的烧结来弥补，所以在某种程度上脱脂决定了最终产品质量。由于注射成型坯体中有机物含量较高，脱脂过快会导致很多缺陷的发生。因此，脱脂工艺优化是注射成型工艺中的一大难题和研究重点。
凝胶注模成型
凝胶注模成型技术原理是首先将粉体、溶剂、分散剂混合球磨，制备具有高固相、粘度的粉体-溶剂浓悬浮液，加入合适的有机单体，添加引发剂或固化剂或者通过外界条件如温度等的变化使陶瓷浆料中的单体交联固化，最终在坯体中形成三维网状结构将陶瓷颗粒固定，使浆料原位固化成型。
原位固化胶态成型原理示意图
凝胶注模成型工艺流程图
与其他成型工艺技术相比，凝胶注模成型优点如下：
（1）适用范围广泛；
（2）成型坯体缺陷和变形小，是一种近净尺寸成型工艺；
（3）坯体强度较高，成型坯体可进行机加工；
（4）坯体中有机物含量很低，排胶后成品变形小；
（5）陶瓷生坯和烧结体密度高、均匀性好；成本低、工艺可控。
目前，凝胶注模成型的主要问题有：水机注凝成型需要对氮化铝粉体做抗水解处理，非水基成型则需要进一步寻找和制备凝胶网络交联密度、强度适宜且易于制得高固含量低粘度浆料的注凝体系。
随着电子信息技术的高速发展，对散热快速、形状复杂的AlN陶瓷散热器的需求日益增加，致使复杂形状的高导热AlN陶瓷的成型技术成为研究重点。近期，中国粉体网将在郑州举办“2021第四届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”。届时，来自北京科技大学的秦明礼教授带来题为《高导热复杂氮化铝陶瓷制品的精密制造技术》的报告。在报告中，秦明礼教授将重点介绍北京科技大学在高导热复杂氮化铝零部件精密制备方面研究与产业化的工作。（鉴于当前防控需要，原定于2021年8月13-14日在郑州喆鹏酒店举办的“第四届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”将延期举办，计划参会的单位可以联系会务组，具体举办日期主办方确定后将第一时间通知您！）
专家介绍：
秦明礼，北京科技大学教授、博士生导师，国家“万人计划”科技创新领军人才，科技部“创新人才推进计划”中青年科技创新领军人才，教育部新世纪优秀人才，北京市科技新星，国家863计划主题项目首席专家。秦明礼教授的主要研究方向是粉末冶金与特种陶瓷材料与技术的研究，先后主持了国家自然科学基金、国家863计划、国防科研以及教育部、北京市等省部级课题和企业合作项目40余项。在ACSNano、Adv.Funct.Mater.、ActaMater.、J.Am.Ceram.Soc.、PowderMetall.等国内外行业权威杂志发表论文200余篇，授权发明专利80余项。研究成果在多种高技术装备中获得应用，并在多家企业实现产业化，取得显著的社会和经济效益。获国家技术发明二等奖1项、省部级科技成果奖励一等奖7项。
秦明礼教授主要学术和社会兼职有北京市先进粉末冶金材料与技术重点实验室副主任，中国金属学会粉末冶金分会副主任委员，中国钢协注射成形专业委员会副主任委员，中国材料学会青年委员会常务理事，中国钢协粉末冶金分会常务理事，《粉末冶金技术》副主编。
参考来源：
[1]盛鹏飞，聂光临等.高导热氮化铝陶瓷成型技术的研究进展
[2]黄林芸.氮化铝凝胶注模成型工艺研究
[3]鲁慧峰.氮化铝粉末制备及注射成形研究
（中国粉体网编辑整理/山川）
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