中國粉體網(wǎng)訊 當(dāng)前，汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入百年一遇的大變革時(shí)期，電動(dòng)化浪潮下汽車的各大系統(tǒng)設(shè)計(jì)均發(fā)生了翻天覆地的變化。顯而易見的是，先進(jìn)陶瓷材料憑借獨(dú)特性能優(yōu)勢正在加速“上車”。在此背景下，中國粉體網(wǎng)于9月12日在安徽合肥成功舉辦了“第一屆電動(dòng)汽車用陶瓷材料技術(shù)研討會(huì)”，會(huì)議期間，我們有幸邀請(qǐng)到多位專家、企業(yè)界代表做客“對(duì)話”欄目，暢談先進(jìn)陶瓷材料在新能源汽車行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展。本期，我們邀請(qǐng)到的是合肥工業(yè)大學(xué)的魏鑫博士。
粉體網(wǎng)：魏博士，目前工業(yè)上批量制備氮化鋁粉體的主要工藝是哪種？該工藝有何優(yōu)缺點(diǎn)？
魏博士：目前，工業(yè)上批量制備AlN粉體的主要方法有直接氮化法和碳熱還原法。
直接氮化法的優(yōu)點(diǎn)：原料來源廣泛，成本較低，反應(yīng)簡單，合成溫度較低，適合于大規(guī)模批量生產(chǎn)；但該方法缺點(diǎn)明顯：由于Al的熔點(diǎn)僅為660℃，在800℃氮化過程中，Al粉易熔化團(tuán)聚，阻礙Al粉與N2的直接接觸，降低反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，需要球磨處理，再在1200℃下進(jìn)行二次氮化，而合成粉體團(tuán)聚明顯，粉體粗化，粉體的品質(zhì)降低。
碳熱還原法的優(yōu)點(diǎn)：原料來源廣泛，成本低，制備AlN粉體品質(zhì)高、雜質(zhì)含量少、團(tuán)聚較少、粒度細(xì)小均勻、性能穩(wěn)定，有利于后續(xù)AlN陶瓷基板的成型和燒結(jié)。該法的缺點(diǎn)：由于Al2O3和碳黑粒度細(xì)小，增加了均勻混合的難度，且氮化溫度較高，反應(yīng)時(shí)間長，且過量的碳黑，還需脫碳處理，增加了粉體氧化的可能性。
粉體網(wǎng)：目前工業(yè)上氮化鋁陶瓷的成型與燒結(jié)工藝有哪些？
魏博士：工業(yè)上，AlN陶瓷成型工藝主要有干壓和流延。
干壓成型的優(yōu)點(diǎn)是效率高，可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、規(guī)模化，周期性短，產(chǎn)品強(qiáng)度高；但缺點(diǎn)也很明顯，干壓成型對(duì)模具要求較高，干壓后得到的坯體強(qiáng)度較低，而且坯體厚度較大易導(dǎo)致坯體內(nèi)部致密化程度不均勻，結(jié)構(gòu)的均勻性低等。
流延成型具有速度快、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、適宜工業(yè)生產(chǎn)、組織結(jié)構(gòu)均勻、產(chǎn)品質(zhì)量好等諸多優(yōu)勢，是目前工業(yè)上AlN陶瓷成型主流方法。
AlN通常難以燒結(jié)致密，必須通過添加適量的燒結(jié)助劑來降低燒結(jié)溫度，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)致密化。一般采用常壓燒結(jié)工藝，在N氣氛下1800℃保溫一段時(shí)間，后在N氣氛下進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚灾苽涓咝阅蹵lN陶瓷。
粉體網(wǎng)：您如何看待3D打印在氮化鋁等陶瓷行業(yè)的應(yīng)用前景？
魏博士：3D打印技術(shù)可與陶瓷工藝相結(jié)合，縮短工藝周期，實(shí)現(xiàn)陶瓷的快速、穩(wěn)定生產(chǎn)，在AlN等陶瓷行業(yè)的應(yīng)用前景非常有潛力：
(1)制造具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的AlN陶瓷零件;
(2)根據(jù)特定需求進(jìn)行定制化生產(chǎn);
(3)減少材料的產(chǎn)生，提高材料利用率，降低成本。
但3D打印的陶瓷漿料制備難度較大，陶瓷粉體與結(jié)合劑的比例、pH值、顆粒尺度和漿料的流變性等都對(duì)陶瓷制品的性能有著很大的影響。此外，AlN陶瓷本身具有高硬度和耐磨性，這使得3D打印和后續(xù)加工可能更加復(fù)雜。
總的來說，隨著3D打印技術(shù)的不斷進(jìn)步和AlN陶瓷材料的發(fā)展，這兩者之間的結(jié)合具有廣闊的前景，可以用于多種高性能應(yīng)用，但仍然需要進(jìn)一步的研究和發(fā)展以解決潛在的技術(shù)挑戰(zhàn)。
粉體網(wǎng)：目前氮化鋁陶瓷在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用主要有哪些？您如何看待未來陶瓷材料在新能源汽車中的應(yīng)用潛力？
魏博士：AlN陶瓷在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用主要涉及以下方面：
(1)電子器件：在電動(dòng)汽車中，高功率電子器件（如IGBT模塊）需要高性能的散熱材料，以有效地散熱并提高電子器件的壽命;
(2)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件：AlN陶瓷具有高耐磨性和高溫穩(wěn)定性，可用于制造電動(dòng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，如活塞和氣缸套，有助于提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和減少摩擦損失，從而提高電動(dòng)汽車的性能和續(xù)航里程。
(3)充電設(shè)備：AlN陶瓷可用于制造電動(dòng)汽車充電設(shè)備的連接器和插頭。這些部件需要具備高耐磨性和耐高溫性能，以滿足電動(dòng)汽車充電時(shí)的要求。
(4)傳感器應(yīng)用：AlN陶瓷還可用于傳感器應(yīng)用，如溫度傳感器和壓力傳感器，以監(jiān)測電動(dòng)汽車的各種參數(shù)。
關(guān)于未來，陶瓷材料在新能源汽車中潛在的應(yīng)用優(yōu)勢和應(yīng)用方向：
(1)輕量化：陶瓷材料通常比金屬更輕，這有助于減輕汽車的重量，提高能源利用率和續(xù)航里程；
(2)高溫穩(wěn)定性：陶瓷材料可以在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定性，對(duì)于電池、電子器件和發(fā)動(dòng)機(jī)部件來說非常重要；
(3)電絕緣性：一些陶瓷材料具有優(yōu)異的電絕緣性，這對(duì)于電池和電子器件的安全性能非常關(guān)鍵；
(4)耐腐蝕性：陶瓷材料通常對(duì)化學(xué)腐蝕具有較高的抵抗力，這有助于提高零部件的耐久性。
然而，陶瓷材料也面臨一些挑戰(zhàn)，如加工難度和脆性等。因此，未來的研究和技術(shù)發(fā)展將需要解決這些問題，以更廣泛地應(yīng)用陶瓷材料于新能源汽車制造中。
粉體網(wǎng)：近些年很多行業(yè)都在談及國產(chǎn)化替代，氮化鋁也是，無論是粉體也好、陶瓷制品也好，國內(nèi)也是涌現(xiàn)出了不少先行企業(yè)。在這種背景下，您認(rèn)為發(fā)展到目前為止，制約該行業(yè)發(fā)展的因素還有哪些？
魏博士：中國AlN行業(yè)的發(fā)展受到多種因素的制約：
(1)原材料供應(yīng)：無論是生產(chǎn)AlN粉體的原料，還是制瓷用的高純度的AlN粉末，其受國外供應(yīng)影響較大，亟需國產(chǎn)化替代；
(2)高昂的生產(chǎn)成本：AlN的制備通常需要高溫和高壓條件，這會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，降低生產(chǎn)成本對(duì)于推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展非常重要；
(3)技術(shù)創(chuàng)新：需要不斷投資于研究和開發(fā)，以推動(dòng)技術(shù)前進(jìn)，以提高陶瓷材料性能、降低生產(chǎn)成本和擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域；
(4)國際競爭：國外AlN相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化，占據(jù)全球市場，中國AlN行業(yè)面臨來自國際市場的競爭。
綜合考慮這些因素，中國的AlN行業(yè)需要在技術(shù)創(chuàng)新、成本控制、市場多樣化和可持續(xù)發(fā)展等方面不斷努力，以克服制約因素，保持競爭力，并推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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