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中科院:自发凝固成型制备大尺寸高纯氧化铝部件产业化获进展

发布于:2018/10/12 21:28:00

关键词:研磨,环氧树脂,干燥机
简  介:近日,我国科学院上海硅酸盐研究所研究员王士维带领的科研团队跟企业合作,基于拥有自主知识产权的异丁烯跟马来酸酐的共聚物(PIBM)多官能团共聚物自发凝固成型体系(spontaneous gelation...

  近日,我国科学院上海硅酸盐研究所研究员王士维带领的科研团队跟企业合作,基于拥有自主知识产权的异丁烯跟马来酸酐的共聚物(PIBM)多官能团共聚物自发凝固成型体系(spontaneous gelation),突破大尺寸陶瓷湿坯在干燥经历中的变形跟开裂等核心瓶颈问题,成功制备出直径360mm至600mm的大尺寸高纯氧化铝陶瓷研磨盘。

  大尺寸结构陶瓷部件在半导体制造装备等领域有着广泛的应用,但大尺寸陶瓷部件的成型极具挑战性。跟经典的冷等静压成型跟注浆成型比较,注凝成型(gelcasting,或称凝胶注模)拥有突出的优势:素坯微结构均匀,从根本上保证陶瓷部件的可靠性;素坯强度跟密度高,方便搬运,可以有效减小烧结收缩跟开裂的危险;近净尺寸成型,能够大幅度减少机械加工成本。此外,注凝成型工艺装备简单,能够有效降低生产投入成本,在制备大尺寸陶瓷部件角度拥有重大的应用潜力。然而,基于自由基聚合反应的凝胶体系存在单体有毒、氧阻聚跟添加剂种类多且添加量大等问题;别的,陶瓷凝胶的干燥机理也未阐释清楚,严峻妨碍了注凝技术在大尺寸结构陶瓷部件制备跟产业化角度的广泛应用。

  王士维团队自2003年起就开始新型凝胶固化体系的探究研究。首先发展了基于亲核加成聚合反应的水溶性环氧树脂-多胺凝胶体系(J. Am. Ceram. Soc.,2008),先后成功应使用于致密Al2O3、AlN跟SiC,半透明Al2O3、透明Y2O3、YAG跟AlON以及泡沫Al2O3等先进陶瓷的成型。2011年,这个团队在采纳PIBM制备Al2O3陶瓷浆料的研究中,发现了自发凝固现象(J. Mater. Res.,2013)。随后,重点展开了PIBM自发凝固体系的普适性、陶瓷凝胶的干燥机理、预烧经历坯体内应力以及大尺寸陶瓷部件制备技术开发等工作。

  比较于其它凝胶体系,PIBM自发凝固体系拥有添加剂种类少、添加量少以及操作简便等明显优势。在常温大气环境下,仅采纳一种有机共聚物,就能够完成Al2O3的自发凝固成型,所制备的Al2O3陶瓷湿坯拥有良好的柔韧性。同时,这个凝固体系拥有广泛的普适性,已成功应使用于多种氧化物跟非氧化物体系的多孔、致密跟透明陶瓷的制备。通过相比环氧树脂-多胺凝胶体系跟PIBM自发凝固体系的干燥经历,这个团队发现有机网络的疏密程度明显地影响着陶瓷湿坯的干燥行为。PIBM自发凝固体系形成的有机网络有利于水分输运,干燥应力更容易释放,坯体干燥后不变形;而环氧树脂-多胺凝胶体系形成的有机网络妨碍水分输运,干燥应力大,坯体易干燥变形。

  近五年来,这个研究团队在材料及陶瓷类国际期刊上发布PIBM自发凝固成型相关的研究论文20余篇,关键技术取得授权我国发明专利6项。自报道以来,PIBM自发凝固成型体系引起国内外同行的广泛关注。同时,这个研究团队向来致力于新型成型技术推广应用工作。2017年7月,以新型PIBM自发凝固体系为技术关键,上海硅酸盐所跟江西萍乡企业联合成立了江西中科特瓷新材料有限公司,展开大尺寸高纯氧化铝陶瓷部件的产业化工作。当下,这个公司建成了中试生产流水线,掌握了自发凝固成型大尺寸氧化铝研磨盘的干燥、脱粘跟高温烧结等核心技术,制备了 直径360mm-600mm多种规格的高纯氧化铝研磨盘,为规模化生产奠定了坚实基础。

  PIBM自发凝固成型技术应使用于大尺寸先进陶瓷材料的制备,拥有明显的原创性跟先进性,将为中国半导体制造装备国产化所需的大尺寸陶瓷部件给予一条新的低成本制造方法。这个研究取得中科院平湖新材料中心项目、上海市优秀技术带头人项目、国家自然科学基金面上项目跟科技部重点研发计划支持。

关键词:研磨,环氧树脂,干燥机

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