中國(guó)粉體網(wǎng)訊 2022年7月13日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“第一屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會(huì)”于山東濟(jì)南隆重舉行。期間，我們邀請(qǐng)到多位與會(huì)專(zhuān)家學(xué)者做客“ 對(duì)話(huà)”欄目，本期為您分享的人物專(zhuān)訪是來(lái)自上海硅酸鹽研究所的王士維研究員。
王士維研究員
王士維研究員長(zhǎng)期從事結(jié)構(gòu)陶瓷和透明陶瓷研究，主持（完成）國(guó)家自然科學(xué)基金、“863”計(jì)劃、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題和中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目等20余項(xiàng)。發(fā)表SCI論文230余篇，獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利49項(xiàng)，制定國(guó)家建材行標(biāo)1項(xiàng)和上海市企標(biāo)5項(xiàng)。帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)組織研制和生產(chǎn)的碳-石英復(fù)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(shí)際應(yīng)用。前不久，王士維研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)突破大尺寸陶瓷素坯在干燥和燒結(jié)過(guò)程中的變形及開(kāi)裂等關(guān)鍵瓶頸，成功制備出直徑達(dá)1010mm的超大尺寸高純氧化鋁陶瓷圓盤(pán)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(biāo)優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平。
粉體網(wǎng)：請(qǐng)問(wèn)王老師，大尺寸、復(fù)雜形狀氧化鋁陶瓷部件的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？我國(guó)在這方面有哪些落后之處？
王士維研究員：大尺寸、復(fù)雜形狀氧化鋁陶瓷主要是應(yīng)用于半導(dǎo)體制造的眾多環(huán)節(jié)中，比如單晶硅的研磨拋光，LCD載運(yùn)板等。不得不承認(rèn)，我國(guó)在大尺寸、復(fù)雜形狀氧化鋁陶瓷方面的研究應(yīng)用還是落后很多的，我們國(guó)內(nèi)的設(shè)備基本都是整套從國(guó)外引進(jìn)的，很多大尺寸部件材料也依賴(lài)于進(jìn)口。這些年我們加快了追趕的步伐，首先平板形狀的部件制備已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，國(guó)外可以做到1m尺寸，我們目前也能做到，但在復(fù)雜形狀陶瓷部件方面，我們?nèi)蕴幱谧汾s狀態(tài)。
直徑1010mm高純氧化鋁盤(pán)和外徑200mm雙層同心高純氧化鋁圓筒
粉體網(wǎng)：目前在大尺寸陶瓷件方面，傳統(tǒng)的成型方式有哪些？這些傳統(tǒng)的成型方式有哪些不足之處？
王士維研究員：最經(jīng)典的一個(gè)傳統(tǒng)成型方式是冷等靜壓成型，但是在制備大尺寸陶瓷部件時(shí)，冷等靜壓成型對(duì)設(shè)備的要求非常高，并且制備大尺寸部件也就意味著冷等靜壓設(shè)備的尺寸也需同步提升，這導(dǎo)致它的購(gòu)買(mǎi)成本和維護(hù)成本支出會(huì)很高。另外一種方法就是注凝成型，注凝成型原有工藝中有機(jī)物的添加量較高，它的干燥環(huán)節(jié)會(huì)變得異常困難，容易導(dǎo)致開(kāi)裂變形。以上是兩個(gè)主要的傳統(tǒng)成型方法以及它們的不同之處。
粉體網(wǎng)：自發(fā)凝固成型技術(shù)是一種怎樣的成型技術(shù)？相比傳統(tǒng)成型方式，它的獨(dú)特之處體現(xiàn)在什么地方？
王士維研究員：這是一項(xiàng)非常有意思的技術(shù)，類(lèi)似于“做豆腐”的過(guò)程，在豆?jié){中加入γ-葡糖酸內(nèi)酯，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，便能讓豆?jié){凝固成豆腐。自發(fā)凝固成型技術(shù)采用類(lèi)似的原理，即在陶瓷漿料中加入添加劑形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而形成類(lèi)似于豆腐的陶瓷坯體。這種技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于工藝簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜且昂貴的設(shè)備，大幅降低整個(gè)生產(chǎn)成本。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于添加的有機(jī)物比較少，能夠降低原料成本，同時(shí)在燒結(jié)時(shí)易于排放，既解決干燥和脫粘過(guò)程中的變形和開(kāi)裂等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，又能最大限度的減少環(huán)境污染。
粉體網(wǎng)：據(jù)粉體網(wǎng)了解，您在開(kāi)發(fā)自發(fā)凝固成型技術(shù)過(guò)程中付出了極大地精力與時(shí)間，請(qǐng)您給我們分享一下該技術(shù)的研發(fā)歷程。
王士維研究員：這個(gè)就說(shuō)來(lái)話(huà)長(zhǎng)了，在研發(fā)之初我們也曾開(kāi)發(fā)過(guò)一種傳統(tǒng)的注凝體系，加了三種添加劑，采用的也是做豆腐原理。我們也曾將該體系轉(zhuǎn)化到企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)，但是企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中提出能否減少有機(jī)物的加入，因?yàn)橛袡C(jī)物的價(jià)格是比較昂貴的，而且它的作用是輔助成型，最終還是要燒掉的，加入量越少對(duì)后續(xù)制備環(huán)節(jié)越有好處。在企業(yè)的迫切需求下，我們也在思考開(kāi)發(fā)一套新的注凝體系。
在后續(xù)的開(kāi)發(fā)中，我們分為兩步，第一步是在新體系開(kāi)發(fā)出來(lái)之后，我們需要將產(chǎn)品尺寸“放大”，這是一個(gè)艱難的過(guò)程，后來(lái)經(jīng)過(guò)和企業(yè)的共同攻關(guān)，充分發(fā)揮出企業(yè)人員的聰明才智，終于做出了大尺寸部件，這是一個(gè)非常漫長(zhǎng)的過(guò)程，花費(fèi)了我們大約七、八年的時(shí)間。
第二步是設(shè)計(jì)不同有機(jī)試劑體系。因?yàn)椴煌N類(lèi)的粉體甚至是不同廠家同類(lèi)粉體都是有差異的，我們不可能用一種試劑去匹配所有的粉體，所以我們需要設(shè)計(jì)出不同的分散/固化劑，來(lái)滿(mǎn)足不同粉體顆粒的成型，這樣的話(huà)，我們可以更自由的應(yīng)付不同陶瓷材料的成型制備。
粉體網(wǎng)：除了氧化鋁陶瓷，自發(fā)凝固成型技術(shù)在其它陶瓷材料制備方面的應(yīng)用進(jìn)展如何？
王士維研究員：我們當(dāng)初是在做氧化鋁陶瓷時(shí)開(kāi)發(fā)出這套技術(shù)的，所以我們采用該方法在氧化鋁陶瓷制備方面做了很多嘗試，如致密氧化鋁陶瓷、透明氧化鋁陶瓷、多孔氧化鋁陶瓷等等。然后我們又將這項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用于氧化鋯陶瓷、氮化鋁陶瓷、莫來(lái)石陶瓷的制備中，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)也采用這種方法制備出了氮化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硼陶瓷等等，甚至很多電子陶瓷產(chǎn)品目前都采用我們這種方法。
自發(fā)凝固成型獲得的透明陶瓷，來(lái)源：上海硅酸鹽研究所
粉體網(wǎng)：王老師，您在成果轉(zhuǎn)化方面做了哪些工作？
王士維研究員：這方面主要體現(xiàn)在我們和企業(yè)之間的合作，這不僅僅是技術(shù)合作，而且還是人與人之間的合作。產(chǎn)品尺寸由小到大是一個(gè)漫長(zhǎng)又艱難的過(guò)程，不可避免的是大家有時(shí)會(huì)失去信心，這就需要我們和企業(yè)之間互相溝通理解，所以除了在技術(shù)攻關(guān)之外，還需要把各方面協(xié)調(diào)好，齊心協(xié)力把事情做好，所以我認(rèn)為，除了技術(shù)，多方面、充分的溝通是技術(shù)成果順利落地的重要保證。與我們合作的這家企業(yè)叫江西中科特瓷新材料有限公司，目前發(fā)展還是挺不錯(cuò)的，這家企業(yè)同我們一起艱苦奮斗了好多年，我個(gè)人也是非常的欽佩這位企業(yè)家。
粉體網(wǎng)：好的，非常感謝王老師接受我們的采訪，謝謝！
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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