中國粉體網(wǎng)訊 成型是為了得到內(nèi)部均勻和密度高的陶瓷坯體，是氮化鋁陶瓷制備工藝中的重要環(huán)節(jié)，因為結(jié)構(gòu)陶瓷的成型技術(shù)在很大程度上決定了坯體的均勻性和制備復(fù)雜形狀部件的能力，并直接影響到陶瓷材料的可靠性和陶瓷零部件的制造效率與成本。由于成型過程所造成的缺陷往往是陶瓷材料的主要缺陷，一般來說，具有高均勻性、高密度以及近凈尺寸的陶瓷坯體，可以有效地降低燒結(jié)溫度和坯體收縮，加快致密化進(jìn)程，減少制品的后續(xù)機加工。
氮化鋁陶瓷的成型工藝有以下幾種：干壓成型、等靜壓成型、流延成型、注射成型等。
干壓成型
干壓成型是應(yīng)用最廣泛的成型工藝，主要優(yōu)點是成型效率高。成型制品尺寸偏差小，特別適宜于各種截面厚度較小的陶瓷制品的制備，如陶瓷密封環(huán)、陶瓷閥芯，陶瓷板以及具備二維復(fù)雜形狀的陶瓷零件。
其工藝是將經(jīng)過噴霧造粒后流動性好的造粒料填充到金屬模腔內(nèi)，通過壓頭施加壓力，壓頭在模腔內(nèi)產(chǎn)生移動，模腔內(nèi)粉體在壓頭作用力下產(chǎn)生顆粒重排，顆粒間空隙內(nèi)氣體排出，形成具有一定強度和形狀的陶瓷素坯。
干壓成型常見的缺陷有分層、裂紋、表層剝落等，分層和裂紋的產(chǎn)生，主要是由于軸向壓力分布不均勻，導(dǎo)致脫模時坯體各部分不一致的彈性回復(fù)引起的，引起坯體內(nèi)部各部分不一致彈性回復(fù)的主要原因有：1）模壁摩擦在坯體內(nèi)造成的應(yīng)力梯度；2）物料強度較低，粘結(jié)劑含量較少；3）模壁表面不光滑或者潤滑不良導(dǎo)致脫模時的阻力造成分層。
缺陷改善措施：1）模具光潔度高，減少摩擦阻力；2）采用雙向壓制，減少上下部分壓力差異；3）選用適當(dāng)強度粘結(jié)劑，提高其抵抗彈性回復(fù)的能力；4）粉料添加潤滑劑，改進(jìn)顆粒間的摩擦作用以及與模壁的摩擦阻力，同時獲得高密度。
優(yōu)點：干壓成型法操作簡單，工藝環(huán)節(jié)少，效率高。
缺點：不能壓制復(fù)雜幾何形狀的坯體；需嚴(yán)格控制壓力大小，過大或過小均不利于得到高致密度AlN陶瓷燒結(jié)件。
❖干壓成型設(shè)備及廠家
干壓成型設(shè)備實景圖(圖片來源：天通吉成機器技術(shù)有限公司)
相關(guān)廠家：
●德國Dorst、SMS Meer、Komage、Schuler
●瑞士Osterwalder
●美國Gasbarre
●日本玉川、良塚
●中國鋼研科技集團有限公司
●四川航空工業(yè)川西機器有限責(zé)任公司
●寧波匯眾粉末機械制造有限公司
●天通吉成機器技術(shù)有限公司
●邁馳機械制造有限公司
●寧波精達(dá)成形裝備股份有限公司
等靜壓成型
等靜壓成型是在封閉模具中的粉體在各個方向同時均勻受壓成型的方法，其利用液體或氣體作為壓力傳導(dǎo)介質(zhì)，能使壓力向坯體各個方向均勻傳遞，從而得到密度均勻的成型坯體。
等靜壓成型示意圖(圖片來源：MPIF)
等靜壓成型要求對粉料進(jìn)行預(yù)處理，通過造粒工藝提高粉體的流動性，加入粘結(jié)劑和潤滑劑減少粉體內(nèi)摩擦力，提高粘結(jié)強度，滿足成型工藝要求。
等靜壓成型工藝具有制品組織結(jié)構(gòu)均勻、密度高、燒結(jié)收縮率小，模具成本低，生產(chǎn)效率高的特點。主要用于成型大尺寸管材、棒材、塊材，也應(yīng)用于將干壓成型后的制品進(jìn)行包套后，進(jìn)行冷等靜壓，進(jìn)一步提高坯體密度。
目前，大尺寸氮化鋁陶瓷盤采用干壓成型規(guī)則形狀后，再進(jìn)行冷等靜壓，進(jìn)一步提高坯體密度與密度分布，減少燒結(jié)過程中由于密度分布不均勻造成的翹曲，尺寸不穩(wěn)定等現(xiàn)象，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
優(yōu)點：坯體的致密度較高，密度分布均一，可以近凈尺寸成型。
缺點：成型設(shè)備昂貴，且存在脫模問題，限制了大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。
❖等靜壓成型設(shè)備及廠家
等靜壓成型設(shè)備實景圖(圖片來源：山西金開源實業(yè)有限公司)
相關(guān)廠家：
●瑞典ASEA
●英國HYPRES
●浙江德龍科技有限公司
●太原市中平科技有限公司
●山西金開源實業(yè)有限公司
●四川航空工業(yè)川西機器有限責(zé)任公司
●四川索海普等靜壓技術(shù)裝備有限公司
●上海豪埔里圣液壓機電制造有限公司
●成都君遂科技有限公司
●北京艾林維科爐業(yè)技術(shù)有限公司
流延成型
流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑的成分，經(jīng)過研磨混合，得到分散均勻的穩(wěn)定漿料。漿料要求具有假塑性流體特性而無觸變性的流延漿料，防止在成型過程中造成粘度的波動。漿料經(jīng)過真空脫泡后，在流延機上流延成型，通過控制基帶的移動速率，漿料在刮刀的剪切力作用下，迅速通過刮刀下表面，在基帶上形成一定厚度的流延膜，再經(jīng)過烘干，除去大部分溶劑，然后膜與帶分離、流延膜切割、疊層、排膠、燒結(jié)，得到陶瓷。
根據(jù)選用的溶劑不冋，流延成型分為有機流延體系與水基流延體系兩類。
有機流延成型溶劑多采用乙醇、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯等。最常見的是乙醇－甲基乙基酮、乙醇－三氯乙烯、二甲苯－乙醇、三氯乙烷－丙酮等二元或三元共沸物。共沸物中各組分揮發(fā)速率一致，因此在干燥過程中能保持同樣的化學(xué)計量比，避免由于某種有機添加劑只溶解于一種溶劑，在干燥過程中提前出現(xiàn)析出的現(xiàn)象。
水基流延成型采用水作為溶劑，成本較低，環(huán)境友好。但由于水較高的表面張力，球磨過程容易產(chǎn)生氣泡，對粉料潤濕性較差，漿料粘度大，坯片中氣泡容易產(chǎn)生于坯體內(nèi)部，干燥過程的蒸發(fā)需要更高熱量，蒸發(fā)時需要的通道體積大于有機溶劑。最關(guān)鍵的是與易水解物料如氮化鋁粉體發(fā)生反應(yīng)，使得水基流延應(yīng)用于氮化鋁陶瓷基片生產(chǎn)受到限制，需要提高氮化鋁粉體抗水解性能，才有可能采用水基流延體系進(jìn)行氮化鋁基片的生產(chǎn)。
流延成型示意圖
流延成型的主要優(yōu)點是能制備大面積、薄、平整的陶瓷片，而其他方法制造大薄片是比較困難的。比如干壓工藝中，由于不均勻的模具填充，使得在薄片上出現(xiàn)孔洞及密度分布不均勻，燒結(jié)后產(chǎn)生變形。
目前多層陶瓷器件要求實現(xiàn)多層電路，通過基片上打孔，孔內(nèi)部進(jìn)行金屬化，能實現(xiàn)多層陶瓷線路的互聯(lián)與導(dǎo)通，目前應(yīng)用于電子封裝行業(yè)的氮化鋁陶瓷基板絕大部分采用流延法生產(chǎn)。
優(yōu)點：設(shè)備簡單，可以連續(xù)操作，生產(chǎn)率高，自動化程度高等。
缺點：要求較為嚴(yán)格，料漿就工藝參數(shù)的變化十分敏感；成型坯體表面粗糙且結(jié)合不充分，強度較低，干燥過程中易出現(xiàn)起泡開裂、彎曲變形等現(xiàn)象；同時，流延成型只能用于片狀材料的生產(chǎn)。
❖流延成型設(shè)備及廠家
流延成型設(shè)備實景圖(圖片來源：肇慶市宏華電子科技有限公司)
相關(guān)廠家：
●斯洛文尼亞KEKO Equipment Ltd
●美國HED International inc.
●日本橫山制造所
●北京東方泰陽科技有限公司
●武漢坤元流延科技有限公司
●肇慶市宏華電子科技有限公司
●西安鑫乙電子科技有限公司
●舟山市金秋機械有限公司
●浙江德龍科技有限公司
●東陽市圣柏林特種設(shè)備技術(shù)服務(wù)有限公司
注射成型
陶瓷注射成型（CIM）是粉末注射成型（PIM）的一種，集塑料成型工藝學(xué)、高分子化學(xué)、粉末冶金工藝學(xué)以及陶瓷材料科學(xué)等多學(xué)科相結(jié)合而形成的綜合科學(xué)技術(shù)，它主要包括以下幾個方面：
（1）配料與混煉。將可燒結(jié)的陶瓷粉料與合適的有機載體（粘結(jié)劑）在一定溫度下混煉，以提供陶瓷注射成型所必須的流動性及生坯強度；陶瓷注射成型的混合物系統(tǒng)是一種高固相體積分?jǐn)?shù)的粘稠懸浮體（或稱熔體），其固體顆粒（陶瓷粉）的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50～70%。由于使用了大量的高分子聚合物，高粘度的非牛頓流體要求使用剪切式的混合設(shè)備來達(dá)到顆粒分散目的。
（2）注射成型。混煉后經(jīng)擠出、造粒的混合喂料利用注射成型機在一定溫度下加熱軟化，然后在壓力作用下高速注入模具內(nèi)，在模具中冷卻重新固化而制得所需形狀的注射成型坯。模具形狀、模具溫度、喂料溫度、注射壓力、保溫時間、冷卻速度等均對坯料質(zhì)量有影響。
（3）脫脂。注射成型用有機粘結(jié)劑約為25～50%（體積百分比），如此多的有機物，如何將之有效地排除，而不影響顆粒的分布，這是一件十分困難的事情。脫脂作為一個物理化學(xué)反應(yīng)過程，其工藝控制復(fù)雜，易造成坯體開裂、變形，空洞等缺陷。因此，脫脂能否順利完成，對于保證坯體質(zhì)量、高制品合格率、減少能耗以及規(guī)模化生產(chǎn)至關(guān)重要。
（4）燒結(jié)。陶瓷注射成型的制品脫脂后內(nèi)部會有很多孔隙，密度較低，因此需通過高溫?zé)Y(jié)來獲得高性能的致密制品。燒結(jié)速度與粘性流動、凝結(jié)、容積擴散、表面擴散等有關(guān)。對非氧化物一般用氮氣或其他氣體而不用空氣，氧化物陶瓷的燒結(jié)一般在空氣下進(jìn)行。燒結(jié)一般在常壓進(jìn)行，但對某些高溫下易蒸發(fā)的陶瓷，須在加壓下進(jìn)行。在無壓或加壓燒結(jié)情況下，一般是通過固相擴散達(dá)到致密化，所以通常需要較高的燒結(jié)溫度，為了降低材料的燒結(jié)溫度，現(xiàn)采用較多的方法是減小粉料的粒徑和消除顆粒間團聚，以此來增加它們的活性促進(jìn)燒結(jié)，或者引入少量添加劑，使其在燒結(jié)過程中產(chǎn)生少量液相來促進(jìn)燒結(jié)。前者工藝復(fù)雜成本較高，限制了它的廣泛應(yīng)用，因此近幾年來逐漸開展了對陶瓷液相燒結(jié)的研究。
注射成型示意圖(圖片來源：秦明禮.高導(dǎo)熱復(fù)雜氮化鋁陶瓷制品的精密制造技術(shù))
優(yōu)點：致密度高，密度分布均勻，可用于復(fù)雜形態(tài)坯體成型，且成型精度高，無需后期機械加工。
缺點：易出現(xiàn)欠注、飛邊、熔接痕、氣穴等缺陷影響AlN陶瓷燒結(jié)。
❖注射成型設(shè)備及廠家
注射成型設(shè)備實景圖(圖片來源：廣東泓利機器有限公司)
相關(guān)廠家：
●德國ARBURG
●北美Dynacast
●日本Sodick
●樂星機械(無錫)有限公司
●海天精信機械有限公司
●東莞市百納通用機械有限公司
●廣東泓利機器有限公司
●廣東伊之密精密機械股份有限公司
參考來源：
中國粉體網(wǎng)、上述企業(yè)官網(wǎng)
魯慧峰.氮化鋁粉末制備及注射成型研究
倪紅軍等.高導(dǎo)熱AlN陶瓷基片制備技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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