中國粉體網訊 先進陶瓷以其優(yōu)異的性能在新材料領域獨樹一幟，成為航空航天、通信電子、半導體微電子、生物醫(yī)療、國防軍工及高鐵、新能源汽車等高科技領域和新興產業(yè)中不可或缺的關鍵材料，受到人們世界各國的高度重視。
01.我國先進陶瓷產業(yè)發(fā)展仍落后于國外
我國先進陶瓷研究始于上世紀50年代，起步較晚且前期發(fā)展稍慢。從20世紀80年代開始，經過“六五”“ 七五”“ 八五”攻關及“863”“ 973”“ 科技支撐”“ 科技部重大專項”等國家級科研項目的投入和研發(fā)，突破了高效發(fā)動機中以高溫陶瓷為關鍵零部件的技術難題，由此開展了陶瓷材料的組成設計、晶界工程、氣壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結、凈尺寸成型等關鍵技術的研發(fā)工作，使得此后幾十年，我國在精尖陶瓷制備技術研發(fā)和產業(yè)化領域取得了巨大發(fā)展成果。
進入21世紀后，我國先進陶瓷材料制備技術快速發(fā)展，不斷打破國外壟斷和技術封鎖，包括各種燒結技術、成型工藝、粉末制備技術、精密加工工藝和陶瓷與金屬的封接技術等。正是這些裝備技術的研發(fā)與應用及科研人員的積極參與，推動了我國先進陶瓷產業(yè)的快速發(fā)展。
近些年來，我國已經陸續(xù)將先進陶瓷應用于傳統(tǒng)產業(yè)和新興產業(yè)中的諸多領域。目前，我國在某些尖端先進陶瓷的理論研究和實驗水平已經達到國際先進水平，且研究領域廣泛，幾乎涉獵了所有先進陶瓷材料的研究、開發(fā)和生產。許多先進陶瓷產品在我國已能大批量生產，產品質量較穩(wěn)定，并能占領一定的國際市場。
但是，整體來看，我國的先進陶瓷產業(yè)除少數(shù)達到甚至超過國外同行外，總體上是明顯落后于發(fā)達國家的水平。
02.粉體——我國先進陶瓷產業(yè)的“葫蘆腰”
從概念上看，先進陶瓷是一類采用高純度、超細、人工合成或精選的無機化合物為原料，具有精確的化學組成、精密的制造加工技術和結構設計，并具有優(yōu)異的力學、聲、光、熱、電、生物等特性的陶瓷材料。
從生產流程上看，先進陶瓷生產主要涉及粉體制備，成型、燒結、精加工等重要環(huán)節(jié)，其中陶瓷產品的性能很大程度上取決于原料粉體的特性已成為業(yè)內共識。因此有專家直接指出：我們的先進陶瓷和世界先進水平相比還是有一定的差距，這個差距很大一部分是來源于我們的原料粉體技術仍然落后于世界先進水平。
把范圍稍微放大一點，據(jù)媒體的統(tǒng)計，至少包括超細銀粉、高純碳化硅粉、高純度氧化鎂、氧化鋯粉體、氮化鋁粉體、球形硅微粉、高純氧化鋁、球形氧化鋁、氮化硅粉體、導電炭黑、3D打印用球形金屬粉、MLCC高端陶瓷粉料等在內的幾十種粉體原材料的高端產品仍未完全實現(xiàn)國產化替代，大量依賴進口！
可以說，原料粉體已成為制約我國先進陶瓷乃至整個新材料產業(yè)的“葫蘆腰”，是產業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展中最為“瘦弱”的環(huán)節(jié)。
目前，日本在先進陶瓷材料科研、制備方面占有領先、突出的地位，日資企業(yè)在全球先進陶瓷領域市場份額達50%左右，是當之無愧的先進陶瓷第一強國。
日本在先進陶瓷領域的強大體現(xiàn)在其產業(yè)鏈完整以及各環(huán)節(jié)的深厚實力，尤其在粉體方面。日本誕生了一批以生產陶瓷粉料聞名的企業(yè)，并牢牢占據(jù)了全球陶瓷粉體的高端市場。
MLCC陶瓷粉體全球供應格局
例如在許多高端的Al2O3陶瓷產品方面，晶粒細小、結構均勻、機電性能和耐磨性好Al2O3陶瓷零部件所使用的Al2O3粉末由日本企業(yè)把控；在高性能MLCC陶瓷粉體方面，日系廠商可以根據(jù)訂單要求，在100nm的鈦酸鋇基礎上改性，最終可制成小尺寸（0402、0201等）、大容量（10~100μF）的MLCC。此外，著名陶瓷粉體企業(yè)還有生產高性能Si3N4粉末的日本宇部興產株式會社，生產高導熱基板用AlN陶瓷粉的德山曹達，生產高分散性細粒度的高純氧化鋁的住友化學等等。
相比之下，雖然目前國內先進陶瓷粉末原料生產企業(yè)很多，很多陶瓷粉體也實現(xiàn)了產業(yè)化突破，純度、細度方面也沒問題，但除少數(shù)已完全實現(xiàn)替代并打進國際市場的陶瓷粉體外，仍有很多關鍵粉體在穩(wěn)定性、分散性、成型性能、燒結性能等方面有很大的進步空間。
03.什么樣的陶瓷粉體是“理想粉體”？
一般來說，理想陶瓷粉體或高質量陶瓷粉體主要包括以下幾個方面。
1.化學成分
從化學成分來講，一般追求兩個方面：高純度與精確的配比。
高純度方面。雜質的存在有時候會嚴重影響到制品的性能，例如：在高純氧化鋁中，往往會存在硅、鈣、鐵、鈉、鉀等雜質。鐵雜質的存在會使燒結后的材料發(fā)黑發(fā)暗；鈉、鉀雜質會影響材料的電性能，導致其電性能變差；剩余兩種雜質會導致材料在燒結過程中晶粒異常長大。在透明陶瓷方面雜質的影響就更大了，陶瓷粉體中雜質的存在將直接宣布透明陶瓷“失明”，這是因為雜質作為第二相，與陶瓷本體材料的光學性能差異巨大，往往會造成散射和吸收中心，會大大降低了陶瓷的透光性。在氮化硅和氮化鋁等氮化物陶瓷中，氧雜質的存在會導致導熱性能的下降。
配比方面。在陶瓷生產配方中，大多時候不需要極度“高純”的單一組分，而往往會摻雜一些輔料，如燒結助劑等。這種情況下，配比準確是最基本要求，因為不同的化學成分和含量，會對制品的性能產生決定性的影響。
2.相組成
一般要求粉體盡可能具備與陶瓷制品相同的物相，不希望在燒結過程中發(fā)生相變。雖然某些時候，相變的確對陶瓷的致密化能起到促進作用，但在絕大多數(shù)情況下，相變的發(fā)生是不利于陶瓷的燒結的。比如氧化鋁陶瓷的燒結，一般都采用α-相也就是剛玉相粉料，如果采用的是θ-相或γ-相粉料，在燒結過程中相變產生的體積收縮很難控制，制品容易出現(xiàn)變形。而如果是氧化鋯陶瓷，如果燒結過程中發(fā)生相變，那就會直接導致陶瓷的開裂。對氮化硅陶瓷而言，α相質量分數(shù)高的氮化硅陶瓷粉末作為燒結的初始粉末是制備高性能氮化硅陶瓷材料的基礎。
3.顆粒尺寸與形貌
一般而言，顆粒越細越好。因為按照現(xiàn)有的燒結理論，坯體致密度的速度與粉料的大�。ɑ蚱淠炒畏降拇笮。┦浅煞幢鹊模w粒越小，越有利于燒結。例如超細氮化鋁粉體由于其高的比表面積，會在燒結的過程中增加燒結的推動力，加速燒結的過程。此外，粉體的尺寸變小也就意味著物質的擴散距離變短，高溫下有利于液相物質的生成，極大地加強了流動傳質作用。據(jù)中國粉體網編輯的了解，工業(yè)上一般要求超細氮化鋁粉體的D50（即顆粒累積分布為50%的粒徑）尺寸盡可能地保持在1~1.5μm左右且粒度均勻。
也有研究表明，合理的顆粒粒度及顆粒級配的粉料、通過加入粘結劑對粉末進行造粒，使其具有更好的流動性對后續(xù)的成型和燒結會產生積極的影響，主要原因是粒度分布寬的粉體中存在的大顆粒會形成較多空隙，這些空隙在成型過程中會被細顆粒所填充，但前提是必須在一定的粒度分布范圍內。
規(guī)則形貌的陶瓷粉體具有更好的流動性對后續(xù)的成型和燒結會產生積極的影響，造粒工藝就是讓粉體在粘結劑的作用下形成類球狀的形貌，這也間接表明球形陶瓷粉體在成型和燒結過程中對提高陶瓷的致密度有著積極的作用。
4.均勻性
粉料的均勻性很容易被忽略，但實際上其重要性比前面幾方面更為重要，或者說前面幾方面性能的好壞，很重要的一點就是看其均勻性如何。
比如粉料的化學成分。前面說過，理論上化學組成按化學計量最合適，但前提是各種組成分布均勻。然而在實際上，粉體中的成分分布往往存在局部的不均勻，使某些區(qū)域的成分配比偏離化學計量。這樣的粉體有時候會導致陶瓷性能的下降。
顆粒大小也是如此。一般對于粉體顆粒度的要求是細而且分布窄，同時還要具備分散性好等特性，避免團聚等現(xiàn)象的發(fā)生造成對燒結性能的不利影響，最好還都是球形顆粒，像一堆微小的乒乓球，以保證有良好的流動性。
小結
當然，目前我們陶瓷粉體要實現(xiàn)快速追趕，不是幾句話就能解決的，需要研發(fā)、技術、設備、生產經驗等全方面的長期積淀以及上下游的協(xié)同合作。但粉體原料在先進陶瓷生產中的重要性已不言而喻，希望能引起產研界及政府部門的進一步重視。
參考來源：
[1]什么是“理想粉體”？. 李衛(wèi)聊科技
[2]趙麗艷.高品質氮化硅陶瓷粉體制備研究
[3]粉體對氧化鋁陶瓷導熱性能的影響分析.粉體網
[4]納米氧化鎂對陶瓷的影響.粉體網
[5]中國粉體網
（中國粉體網/山川）
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