zui近,中國(guo)科(ke)學院上海(hai)硅酸鹽研究所(suo)研究員王士維帶領的(de)科(ke)研團(tuan)隊與企業合(he)作(zuo),基于具有自主知識產權的(de)異(yi)丁烯和馬來酸酐的(de)共(gong)聚物(PIBM)多官能(neng)團(tuan)共(gong)聚物自發凝固(gu)成型體系(spontaneous gelation),突破大(da)尺(chi)(chi)寸陶瓷(ci)濕坯在(zai)干燥(zao)過程中的(de)變形(xing)和開裂等(deng)關鍵瓶頸問題(ti),成功制備(bei)出直徑360mm至(zhi)600mm的(de)大(da)尺(chi)(chi)寸高純氧化鋁陶瓷(ci)研磨(mo)盤.

    大(da)尺寸(cun)結構陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)部(bu)件(jian)在(zai)半(ban)導(dao)體制造裝備(bei)等(deng)(deng)(deng)領域有(you)(you)著廣(guang)泛的應用,但大(da)尺寸(cun)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)部(bu)件(jian)的成(cheng)(cheng)型極具挑戰(zhan)性.與(yu)經典的冷(leng)等(deng)(deng)(deng)靜壓(ya)成(cheng)(cheng)型和(he)注(zhu)漿成(cheng)(cheng)型相比(bi),注(zhu)凝(ning)成(cheng)(cheng)型(gelcasting,或稱凝(ning)膠(jiao)(jiao)注(zhu)模(mo))具有(you)(you)突出的優勢:素坯微結構均(jun)勻,從根本(ben)上(shang)保證陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)部(bu)件(jian)的可(ke)靠性;素坯強度(du)和(he)密度(du)高,方(fang)便搬運,能夠有(you)(you)效減小(xiao)燒結收縮和(he)開裂的風(feng)險(xian);近(jin)凈(jing)尺寸(cun)成(cheng)(cheng)型,可(ke)以大(da)幅度(du)減少機械加工成(cheng)(cheng)本(ben).此外(wai)(wai),注(zhu)凝(ning)成(cheng)(cheng)型工藝裝備(bei)簡(jian)單(dan),可(ke)以有(you)(you)效降(jiang)低(di)生產(chan)投入成(cheng)(cheng)本(ben),在(zai)制備(bei)大(da)尺寸(cun)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)部(bu)件(jian)方(fang)面(mian)具有(you)(you)巨大(da)的應用潛力.然(ran)而(er),基(ji)于自由(you)基(ji)聚合反應的凝(ning)膠(jiao)(jiao)體系存在(zai)單(dan)體有(you)(you)毒、氧阻聚和(he)添加劑種類多(duo)且(qie)添加量大(da)等(deng)(deng)(deng)問題;另外(wai)(wai),陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)凝(ning)膠(jiao)(jiao)的干燥機理也未(wei)闡(chan)釋清楚(chu),嚴(yan)重阻礙(ai)了注(zhu)凝(ning)技術在(zai)大(da)尺寸(cun)結構陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)部(bu)件(jian)制備(bei)和(he)產(chan)業化方(fang)面(mian)的廣(guang)泛應用.

    王士維團(tuan)隊自2003年(nian)起(qi)就開(kai)始(shi)新型凝(ning)膠固(gu)化(hua)體(ti)系(xi)的(de)探索研究.首先發展了基(ji)于親核加(jia)成(cheng)(cheng)聚合(he)反應的(de)水溶性(xing)環(huan)氧樹脂-多胺凝(ning)膠體(ti)系(xi)(J. Am. Ceram. Soc.,2008),先后(hou)成(cheng)(cheng)功(gong)應用于致密Al2O3、AlN和SiC,半透明Al2O3、透明Y2O3、YAG和AlON以(yi)及泡沫Al2O3等先進陶(tao)(tao)瓷的(de)成(cheng)(cheng)型.2011年(nian),該團(tuan)隊在采(cai)用PIBM制備Al2O3陶(tao)(tao)瓷漿料的(de)研究中,發現了自發凝(ning)固(gu)現象(J. Mater. Res.,2013).隨后(hou),重(zhong)點開(kai)展了PIBM自發凝(ning)固(gu)體(ti)系(xi)的(de)普適性(xing)、陶(tao)(tao)瓷凝(ning)膠的(de)干燥機理(li)、預燒過程坯體(ti)內(nei)應力(li)以(yi)及大(da)尺寸陶(tao)(tao)瓷部件制備技(ji)術開(kai)發等工作.

    相比于其(qi)它(ta)凝(ning)(ning)(ning)膠(jiao)體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi),PIBM自發(fa)凝(ning)(ning)(ning)固體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)具有添(tian)加劑(ji)種類少、添(tian)加量少以(yi)及操作(zuo)簡便等(deng)顯(xian)著優勢(shi).在常溫大氣環境下,僅采用一種有機共聚物(wu),就可以(yi)實現Al2O3的(de)(de)(de)(de)自發(fa)凝(ning)(ning)(ning)固成型,所制(zhi)備的(de)(de)(de)(de)Al2O3陶瓷(ci)濕坯具有良好的(de)(de)(de)(de)柔韌性.同時,該(gai)凝(ning)(ning)(ning)固體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)具有廣泛(fan)的(de)(de)(de)(de)普適性,已(yi)成功應用于多(duo)種氧(yang)化物(wu)和(he)非氧(yang)化物(wu)體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)多(duo)孔、致密和(he)透明陶瓷(ci)的(de)(de)(de)(de)制(zhi)備.通過(guo)比較環氧(yang)樹(shu)脂-多(duo)胺凝(ning)(ning)(ning)膠(jiao)體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)和(he)PIBM自發(fa)凝(ning)(ning)(ning)固體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)干燥(zao)過(guo)程(cheng),該(gai)團隊發(fa)現有機網絡的(de)(de)(de)(de)疏密程(cheng)度顯(xian)著地影響著陶瓷(ci)濕坯的(de)(de)(de)(de)干燥(zao)行為.PIBM自發(fa)凝(ning)(ning)(ning)固體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)形(xing)成的(de)(de)(de)(de)有機網絡有利于水(shui)分輸運,干燥(zao)應力更容易釋(shi)放,坯體(ti)(ti)(ti)干燥(zao)后(hou)不(bu)變(bian)形(xing);而環氧(yang)樹(shu)脂-多(duo)胺凝(ning)(ning)(ning)膠(jiao)體(ti)(ti)(ti)系(xi)(xi)(xi)形(xing)成的(de)(de)(de)(de)有機網絡阻礙水(shui)分輸運,干燥(zao)應力大,坯體(ti)(ti)(ti)易干燥(zao)變(bian)形(xing).

    近(jin)五年來,該研(yan)究(jiu)團隊在材料及陶(tao)瓷類國際期刊上發(fa)表PIBM自(zi)發(fa)凝(ning)固成型(xing)(xing)相關的研(yan)究(jiu)論文20余篇,核心技(ji)術獲得授權中(zhong)國發(fa)明專(zhuan)利6項(xiang).自(zi)報道以來,PIBM自(zi)發(fa)凝(ning)固成型(xing)(xing)體系引(yin)起國內外同行(xing)的廣泛(fan)關注.同時(shi),該研(yan)究(jiu)團隊一直(zhi)致(zhi)力于新型(xing)(xing)成型(xing)(xing)技(ji)術推廣應用(yong)工作.2017年7月(yue),以新型(xing)(xing)PIBM自(zi)發(fa)凝(ning)固體系為(wei)技(ji)術核心,上海硅酸鹽所與江西(xi)萍(ping)鄉企(qi)業聯合成立了江西(xi)中(zhong)科特瓷新材料有限(xian)公司(si),開展大(da)(da)尺寸(cun)高(gao)純氧(yang)(yang)化(hua)鋁陶(tao)瓷部件的產(chan)業化(hua)工作.目(mu)前(qian),該公司(si)建成了中(zhong)試(shi)生(sheng)產(chan)線(xian),掌(zhang)握(wo)了自(zi)發(fa)凝(ning)固成型(xing)(xing)大(da)(da)尺寸(cun)氧(yang)(yang)化(hua)鋁研(yan)磨盤(pan)的干(gan)燥、脫粘和高(gao)溫燒結(jie)等關鍵技(ji)術,制備了直(zhi)徑(jing)360mm-600mm多種(zhong)規格的高(gao)純氧(yang)(yang)化(hua)鋁研(yan)磨盤(pan),為(wei)規模化(hua)生(sheng)產(chan)奠(dian)定了堅實基礎.

    自發(fa)凝固成型制(zhi)備大(da)(da)尺(chi)寸高純氧(yang)化(hua)鋁(lv)部件(jian)產(chan)(chan)業(ye)(ye)化(hua)無疑(yi)會(hui)在一(yi)(yi)定程度上促進我(wo)(wo)國半(ban)導(dao)體制(zhi)造裝備的(de)產(chan)(chan)業(ye)(ye)化(hua),為我(wo)(wo)國半(ban)導(dao)體產(chan)(chan)業(ye)(ye)的(de)發(fa)展提供零部件(jian)的(de)支持(chi).自發(fa)凝固成型制(zhi)備大(da)(da)尺(chi)寸高純氧(yang)化(hua)鋁(lv)部件(jian)產(chan)(chan)業(ye)(ye)化(hua)還會(hui)進一(yi)(yi)步降低大(da)(da)型氧(yang)化(hua)鋁(lv)產(chan)(chan)品的(de)制(zhi)造成本,對鋁(lv)業(ye)(ye)產(chan)(chan)業(ye)(ye)的(de)發(fa)展也會(hui)有重大(da)(da)的(de)利好影響.