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觀測即優(yōu)化：利用熱收縮實(shí)時(shí)反饋調(diào)控陶瓷燒結(jié)進(jìn)程

上海硅酸鹽研究所王士維教授課題組團(tuán)隊(duì)在《Journal of Advanced Ceramics》上發(fā)表了論文。本研究利用改性低分子量聚丙烯酸作為分散劑，通過自發(fā)凝固注模技術(shù)制備高性能氧化鋁陶瓷。

2025-12-30

DOI：10.26599/JAC.2025.9221161

上海硅酸鹽研究所王士維教授課題組團(tuán)隊(duì)在《Journal of Advanced Ceramics》上發(fā)表了題為“Modified low molecular weight polyacrylic acid as a dispersant for spontaneous coagulation casting of alumina ceramics”的論文。本研究利用改性低分子量聚丙烯酸作為分散劑，通過自發(fā)凝固注模技術(shù)制備高性能氧化鋁陶瓷。并借助本公司自主研發(fā)的可視化高溫形變儀(TA-Z16AB-2G)，對(duì)氧化鋁陶瓷的熱收縮情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察與記錄。

研究背景

半導(dǎo)體制造和國防領(lǐng)域?qū)Υ蟪叽纭?fù)雜形狀的先進(jìn)陶瓷部件需求顯著增長，要求高可靠、高密度、高性能且成本可控。成型工藝作為關(guān)鍵步驟，直接影響生坯的粉末堆積密度與微觀結(jié)構(gòu)均勻性，也為研究陶瓷最終性能與燒結(jié)行為提供理論依據(jù)。

研究方法

1、脫脂：升溫速率1℃/min升溫至800℃，保2h。

2、燒結(jié)：空氣氣氛下，1500℃燒結(jié)3h。利用高溫變形可視分析儀對(duì)氧化鋁坯體的熱收縮率進(jìn)行了優(yōu)化。

胚體與陶瓷性能

1、線性收縮：在相同條件下，Ceramic M-PA的線性收縮率(14.2%)略高于 Ceramic Ib(13.9%)和 Ceramic PA(13.6%)。

2、相對(duì)密度：1550°C燒結(jié)后，Ceramic M-PA 的相對(duì)密度最高（98.7%），Ceramic Ib 最低（98.1%）。論文將此歸因于 slurry M-PA 漿料粘度更低，有利于氣泡排出和顆粒均勻排列。

3、M-PA 的引入使制備固含量更高（58 vol%）漿料成為可能，這直接帶來了坯體密度提升和燒結(jié)溫度降低的雙重效益，對(duì)節(jié)能和性能控制具有實(shí)際意義。

結(jié)論

采用M-PA制備的氧化鋁陶瓷具有更優(yōu)的燒結(jié)致密性、更均勻的微觀結(jié)構(gòu)與更佳的力學(xué)性能：

◆ 1550°C燒結(jié)后相對(duì)密度98.7%，彎曲強(qiáng)度583 MPa

◆ 58 vol%漿料坯體在1500°C燒結(jié)可獲得98.9%相對(duì)密度與17.8 GPa硬度

M-PA的使用擴(kuò)展了SCC技術(shù)的適用范圍，為高性能、低燒結(jié)溫度氧化鋁陶瓷的制備提供了新策略。

中環(huán)電爐設(shè)備

可視化高溫形變分析儀，光學(xué)非接觸法測量材料燒結(jié)過程膨脹收縮。材料在變溫過程中形狀、尺寸及物態(tài)變化在線實(shí)時(shí)觀測，并通過智能化數(shù)據(jù)采集與圖像處理系統(tǒng)給出直觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)及圖形報(bào)告，產(chǎn)品性能與國際同類產(chǎn)品相當(dāng)，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平?？梢暬邷匦巫兎治鰞x用于材料研發(fā)與制造，有助于精確制定材料燒結(jié)工藝或熱處理工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

主要功能

◆ 高溫測試：最高使用溫度1600℃/2000℃

◆ 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量燒結(jié)過程中收縮形變：非接觸測量和記錄樣品燒結(jié)過程中高度、寬度和面積隨溫度變化曲線

◆ 判斷各特征溫度：燒結(jié)點(diǎn)、軟化點(diǎn)、球化、半球化、熔點(diǎn)