中國粉體網訊 成型是為了得到內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節，因為結構陶瓷的成型技術在很大程度上決定了坯體的均勻性和制備復雜形狀部件的能力，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溫度和坯體收縮，加快致密化進程，減少制品的后續機加工。
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
干壓成型是應用最廣泛的成型工藝，主要優點是成型效率高。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、陶瓷閥芯，陶瓷板以及具備二維復雜形狀的陶瓷零件。
其工藝是將經過噴霧造粒后流動性好的造粒料填充到金屬模腔內，通過壓頭施加壓力，壓頭在模腔內產生移動，模腔內粉體在壓頭作用力下產生顆粒重排，顆粒間空隙內氣體排出，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，分層和裂紋的產生，主要是由于軸向壓力分布不均勻，導致脫模時坯體各部分不一致的彈性回復引起的，引起坯體內部各部分不一致彈性回復的主要原因有：1）模壁摩擦在坯體內造成的應力梯度；2）物料強度較低，粘結劑含量較少；3）模壁表面不光滑或者潤滑不良導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）選用適當強度粘結劑，提高其抵抗彈性回復的能力；4）粉料添加潤滑劑，改進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。
優點：干壓成型法操作簡單，工藝環節少，效率高。
缺點：不能壓制復雜幾何形狀的坯體；需嚴格控制壓力大小，過大或過小均不利于得到高致密度AlN陶瓷燒結件。
❖干壓成型設備及廠家
干壓成型設備實景圖(圖片來源：天通吉成機器技術有限公司)
相關廠家：
●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
●四川航空工業川西機器有限責任公司
●寧波匯眾粉末機械制造有限公司
●天通吉成機器技術有限公司
●邁馳機械制造有限公司
●寧波精達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介質，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行預處理，通過造粒工藝提高粉體的流動性，加入粘結劑和潤滑劑減少粉體內摩擦力，提高粘結強度，滿足成型工藝要求。
等靜壓成型工藝具有制品組織結構均勻、密度高、燒結收縮率小，模具成本低，生產效率高的特點。主要用于成型大尺寸管材、棒材、塊材，也應用于將干壓成型后的制品進行包套后，進行冷等靜壓，進一步提高坯體密度。
目前，大尺寸氮化鋁陶瓷盤采用干壓成型規則形狀后，再進行冷等靜壓，進一步提高坯體密度與密度分布，減少燒結過程中由于密度分布不均勻造成的翹曲，尺寸不穩定等現象，提高產品質量。
優點：坯體的致密度較高，密度分布均一，可以近凈尺寸成型。
缺點：成型設備昂貴，且存在脫模問題，限制了大規模的工業生產。
❖等靜壓成型設備及廠家
等靜壓成型設備實景圖(圖片來源：山西金開源實業有限公司)
相關廠家：
●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
●山西金開源實業有限公司
●四川航空工業川西機器有限責任公司
●四川索海普等靜壓技術裝備有限公司
●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
●北京艾林維科爐業技術有限公司
流延成型
流延成型是指在陶瓷粉料中加入溶劑、分散劑、粘結劑、增塑劑的成分，經過研磨混合，得到分散均勻的穩定漿料。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，得到陶瓷。
根據選用的溶劑不冋，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速率一致，因此在干燥過程中能保持同樣的化學計量比，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析出的現象。
水基流延成型采用水作為溶劑，成本較低，環境友好。但由于水較高的表面張力，球磨過程容易產生氣泡，對粉料潤濕性較差，漿料粘度大，坯片中氣泡容易產生于坯體內部，干燥過程的蒸發需要更高熱量，蒸發時需要的通道體積大于有機溶劑。最關鍵的是與易水解物料如氮化鋁粉體發生反應，使得水基流延應用于氮化鋁陶瓷基片生產受到限制，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行氮化鋁基片的生產。
流延成型示意圖
流延成型的主要優點是能制備大面積、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，使得在薄片上出現孔洞及密度分布不均勻，燒結后產生變形。
目前多層陶瓷器件要求實現多層電路，通過基片上打孔，孔內部進行金屬化，能實現多層陶瓷線路的互聯與導通，目前應用于電子封裝行業的氮化鋁陶瓷基板絕大部分采用流延法生產。
優點：設備簡單，可以連續操作，生產率高，自動化程度高等。
缺點：要求較為嚴格，料漿就工藝參數的變化十分敏感；成型坯體表面粗糙且結合不充分，強度較低，干燥過程中易出現起泡開裂、彎曲變形等現象；同時，流延成型只能用于片狀材料的生產。
❖流延成型設備及廠家
流延成型設備實景圖(圖片來源：肇慶市宏華電子科技有限公司)
相關廠家：
●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備技術服務有限公司
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、高分子化學、粉末冶金工藝學以及陶瓷材料科學等多學科相結合而形成的綜合科學技術，它主要包括以下幾個方面：
（1）配料與混煉。將可燒結的陶瓷粉料與合適的有機載體（粘結劑）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是一種高固相體積分數的粘稠懸浮體（或稱熔體），其固體顆粒（陶瓷粉）的體積分數達到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備來達到顆粒分散目的。
（2）注射成型。混煉后經擠出、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，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量有影響。
（3）脫脂。注射成型用有機粘結劑約為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反應過程，其工藝控制復雜，易造成坯體開裂、變形，空洞等缺陷。因此，脫脂能否順利完成，對于保證坯體質量、高制品合格率、減少能耗以及規模化生產至關重要。
（4）燒結。陶瓷注射成型的制品脫脂后內部會有很多孔隙，密度較低，因此需通過高溫燒結來獲得高性能的致密制品。燒結速度與粘性流動、凝結、容積擴散、表面擴散等有關。對非氧化物一般用氮氣或其他氣體而不用空氣，氧化物陶瓷的燒結一般在空氣下進行。燒結一般在常壓進行，但對某些高溫下易蒸發的陶瓷，須在加壓下進行。在無壓或加壓燒結情況下，一般是通過固相擴散達到致密化，所以通常需要較高的燒結溫度，為了降低材料的燒結溫度，現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燒結，或者引入少量添加劑，使其在燒結過程中產生少量液相來促進燒結。前者工藝復雜成本較高，限制了它的廣泛應用，因此近幾年來逐漸開展了對陶瓷液相燒結的研究。
注射成型示意圖(圖片來源：秦明禮.高導熱復雜氮化鋁陶瓷制品的精密制造技術)
優點：致密度高，密度分布均勻，可用于復雜形態坯體成型，且成型精度高，無需后期機械加工。
缺點：易出現欠注、飛邊、熔接痕、氣穴等缺陷影響AlN陶瓷燒結。
❖注射成型設備及廠家
注射成型設備實景圖(圖片來源：廣東泓利機器有限公司)
相關廠家：
●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、上述企業官網
魯慧峰.氮化鋁粉末制備及注射成型研究
倪紅軍等.高導熱AlN陶瓷基片制備技術研究現狀及發展趨勢
（中國粉體網編輯整理/長安）
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