中國(guó)粉體網(wǎng)訊 2025年5月13日，由中國(guó)粉體網(wǎng)與密友集團(tuán)有限公司聯(lián)合主辦的“第四屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)大會(huì)”在江蘇昆山成功舉辦！大會(huì)期間，中國(guó)粉體網(wǎng)邀請(qǐng)到多位業(yè)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者做客“對(duì)話”欄目，就先進(jìn)陶瓷在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用與技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行了訪談交流。本期為您分享的是中國(guó)粉體網(wǎng)對(duì)中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員李江的專(zhuān)訪。
中國(guó)粉體網(wǎng)：請(qǐng)您介紹一下上海硅酸鹽研究所透明陶瓷研究中心。
李江研究員：透明陶瓷研究中心成立于2016年，旨在滿足國(guó)家戰(zhàn)略需求。當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)并沒(méi)有針對(duì)透明陶瓷方向設(shè)立專(zhuān)門(mén)的研究中心，基于上海硅酸鹽研究所對(duì)透明陶瓷的關(guān)注和重視而設(shè)立，由黃政仁擔(dān)任第一任主任，我和王士維研究員擔(dān)任透明陶瓷中心副主任。中心主要研究方向分為兩大類(lèi)：一類(lèi)面向光學(xué)透明，如光學(xué)窗口和裝甲用透明陶瓷；另一類(lèi)為光功能透明陶瓷，包括固體激光器增益介質(zhì)、安檢CT閃爍陶瓷、磁光陶瓷、電光陶瓷以及熒光陶瓷等。上海硅酸鹽研究所透明陶瓷研究中心經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，我覺(jué)得其已經(jīng)建設(shè)成為國(guó)內(nèi)學(xué)科門(mén)類(lèi)最齊全，研發(fā)實(shí)力國(guó)內(nèi)最強(qiáng)的研發(fā)機(jī)構(gòu)。
中國(guó)粉體網(wǎng)：透明陶瓷的種類(lèi)有哪些？制備方法和應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？
李江研究員：透明陶瓷的種類(lèi)按照應(yīng)用來(lái)分類(lèi)，主要分為光學(xué)透明和光功能材料；按照材料體系分類(lèi)，主要分為氧化物類(lèi)透明陶瓷和非氧化物類(lèi)透明陶瓷。氧化物透明陶瓷包括石榴石結(jié)構(gòu)、倍半氧化物以及硫氧化物等，非氧化物包括氟化物、硫化物、氮化物等。透明陶瓷在國(guó)防軍工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，如用于防彈裝甲、紅外視窗、高折射率相機(jī)鏡頭的光學(xué)透明陶瓷；用于固體激光器、探測(cè)器、光隔離器、光調(diào)制器的光功能陶瓷等。
中國(guó)粉體網(wǎng)：請(qǐng)問(wèn)李研究員，透明陶瓷的研制經(jīng)驗(yàn)對(duì)半導(dǎo)體裝備用先進(jìn)陶瓷有何借鑒意義？
李研究員：近些年，半導(dǎo)體裝備用透明陶瓷發(fā)展非常迅猛。通常半導(dǎo)體裝備用陶瓷，需要具備以下幾個(gè)特性：
第一，高密度。要具備高致密性能，就需要陶瓷材料精密細(xì)小，而在透明陶瓷制備過(guò)程中，就需要盡可能的排除氣孔，提高透明陶瓷致密性。
第二，高純度。這一點(diǎn)與透明陶瓷的制備要求一致，以堇青石陶瓷為例，其實(shí)堇青石陶瓷的開(kāi)發(fā)是依賴(lài)于透明陶瓷技術(shù)的。首先我們需要合成高純粉體，再通過(guò)控制制備工藝，以實(shí)現(xiàn)細(xì)晶密致的堇青石結(jié)構(gòu)，從而獲得良好的性能。此外，像高導(dǎo)熱氮化鋁陶瓷基盤(pán)，同時(shí)也需要高純材料。所以，總得來(lái)講，透明陶瓷技術(shù)是可以引用到半導(dǎo)體裝備用陶瓷的。這些技術(shù)被引用到半導(dǎo)體裝備用陶瓷的研發(fā)中，有助于提升其整體性能并推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。
中國(guó)粉體網(wǎng)：請(qǐng)問(wèn)李研究員，氧化鋯透明陶瓷應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？其制備技術(shù)上存在哪些關(guān)鍵點(diǎn)？
李江研究員：氧化鋯透明陶瓷具有較高的折射率（2.15-2.2）、高硬度和高強(qiáng)度。在應(yīng)用方面，高折射率的特性，使其可以應(yīng)用在相機(jī)等高折射率鏡頭中，也可以通過(guò)加工切割，應(yīng)用在人造寶石領(lǐng)域。另外，加入稀土離子，經(jīng)過(guò)過(guò)渡金屬離子，可以讓透明氧化鋯陶瓷兼具多種色彩，具有更多應(yīng)用潛力。但是其實(shí)氧化鋯透明陶瓷發(fā)展還比較短，還需要挖掘這種材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，我認(rèn)為質(zhì)量的提升和成本的降低，可使得氧化鋯陶瓷及多彩氧化鋯透明陶瓷在不同領(lǐng)域獲得更大的應(yīng)用。
中國(guó)粉體網(wǎng)：如何實(shí)現(xiàn)氧化鋁陶瓷的高強(qiáng)度和高透明化？
李江研究員：早期的氧化鋁陶瓷一般都是半透明的，因?yàn)檠趸X本身是六方晶系，就算將里面的氣孔全部排出來(lái)，如果是大尺寸晶體的話，也會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致光線不能順利通過(guò)陶瓷。所以在我們的研究中，不僅要選擇高純氧化鋁陶瓷材料，也需要將氧化鋁陶瓷中的氣孔進(jìn)一步排除基本上要達(dá)到接近于零。此外，我們需要精細(xì)調(diào)控?zé)Y(jié)助劑種類(lèi)及數(shù)量、控制制備工藝，最終才可制得兼具高光學(xué)透過(guò)率和高力學(xué)性能的氧化鋁透明陶瓷。
中國(guó)粉體網(wǎng)：抗等離子體可使用陶瓷材料有哪些？如何改良氧化釔陶瓷的抗等離子體刻蝕性能？請(qǐng)談?wù)劸唧w的策略。
李江研究員：用于等離子體刻蝕的陶瓷材料主要的包括氧化鋁陶瓷、氧化釔陶瓷以及氧化鋁和氧化釔結(jié)合的復(fù)合材料。目前氧化釔基陶瓷是等離子體刻蝕的主流材料，等離子體刻蝕容易發(fā)生腐蝕，會(huì)造成刻蝕速度加快，為了提升氧化釔陶瓷材料的抗等離子刻蝕性能，就需要對(duì)氧化釔陶瓷進(jìn)行改性。怎么來(lái)改性？一種方法，我們可以通過(guò)引入負(fù)離子降低氧化釔陶瓷的抗等離子體速度；另一種方法，設(shè)計(jì)復(fù)相材料，如我們實(shí)驗(yàn)室前期做過(guò)的氧化釔與氧化鎂合成的納米復(fù)合材料，通過(guò)這種復(fù)相材料的設(shè)計(jì)，可以提升其抗等離子體刻蝕的能力。
當(dāng)然，目前高熵陶瓷的概念很熱，韓國(guó)的研究機(jī)構(gòu)在氧化釔陶瓷機(jī)制中引入稀土氧化物，生成一種高熵稀土氧化物陶瓷，這樣可以明顯提升氧化釔基陶瓷的抗等離子腐蝕的能力。此外，我們?nèi)孕枰_保材料致密且無(wú)缺陷。經(jīng)過(guò)多種策略之后，我們可以進(jìn)一步提升氧化釔基陶瓷的等離子刻蝕性能。
中國(guó)粉體網(wǎng)：好的，我們的采訪到此結(jié)束，謝謝李研究員。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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