中國(guó)粉體網(wǎng)訊 新型陶瓷作為新材料的重要分支，已經(jīng)成為許多高技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵材料，陶瓷人的貢獻(xiàn)與智慧關(guān)乎著我國(guó)整個(gè)工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。2023年3月9日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦，萍鄉(xiāng)市湘東區(qū)人民政府、江西萍鄉(xiāng)龍發(fā)實(shí)業(yè)股份有限公司、萍鄉(xiāng)市工業(yè)陶瓷行業(yè)商會(huì)協(xié)辦的“第五屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”在江西萍鄉(xiāng)湘東區(qū)會(huì)議中心隆重開(kāi)幕！會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到眾多專家學(xué)者做客“對(duì)話”欄目，圍繞新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行訪談交流。本期我們邀請(qǐng)到的是上海硅酸鹽研究所的王士維研究員。
中國(guó)粉體網(wǎng)：目前關(guān)于高純氧化鋁的概念稍顯模糊，有些產(chǎn)業(yè)界人士將3N級(jí)氧化鋁也稱為高純氧化鋁，請(qǐng)問(wèn)王老師，純度達(dá)到多少可被稱為“高純氧化鋁”？
王士維研究員：我們所說(shuō)的高純氧化鋁一般是指純度達(dá)到99.99%（4N）以上的氧化鋁。其實(shí)氧化鋁含量達(dá)60%就可以用于高壓電瓷的生產(chǎn)了，半導(dǎo)體制備裝備用的99.5%純度氧化鋁相比60%純度已經(jīng)提高了非常多了，但目前普遍認(rèn)為4N級(jí)以上的氧化鋁才被稱為高純氧化鋁。
中國(guó)粉體網(wǎng)：高純氧化鋁需要去除的主要雜質(zhì)有哪些？這些雜質(zhì)對(duì)材料的性能有何影響？
王士維研究員：主要有硅、鈣、鐵、鈉、鉀等五種雜質(zhì)。鐵雜質(zhì)的存在會(huì)使燒結(jié)后的材料發(fā)黑發(fā)暗；鈉、鉀雜質(zhì)會(huì)影響材料的電性能，導(dǎo)致其電性能變差；剩余兩種雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致材料在燒結(jié)過(guò)程中晶粒異常長(zhǎng)大。所以我們要求這些雜質(zhì)含量盡可能的降低，比如說(shuō)降到20ppm以下。
中國(guó)粉體網(wǎng)：目前，國(guó)家層面對(duì)高純氧化鋁材料極為重視，它的重要價(jià)值體現(xiàn)在哪些方面？
王士維研究員：今天在報(bào)告中我講到了，高純氧化鋁的應(yīng)用極為廣泛，它是眾多高技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵原材料，例如它可以用來(lái)制造半導(dǎo)體設(shè)備用精密陶瓷部件、多種透明陶瓷等，所以國(guó)家對(duì)其極為重視。尤其是在國(guó)外對(duì)我們卡脖子的深度和廣度越來(lái)越大的局面下，高純氧化鋁材料自主可控已經(jīng)成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)全面國(guó)產(chǎn)替代必不可少的一環(huán)。
中國(guó)粉體網(wǎng)： 據(jù)了解，您在透明陶瓷領(lǐng)域有著多年的研究，那么透明氧化鋁陶瓷對(duì)原材料的純度及其它性能指標(biāo)有何要求？
王士維研究員：透明氧化鋁陶瓷對(duì)材料的純度要求是比較高的，像我前面所說(shuō)的，如果鐵雜質(zhì)含量過(guò)高，燒出來(lái)的氧化鋁透明陶瓷會(huì)發(fā)黑發(fā)暗；硅、鈣等雜質(zhì)含量高了也不行，會(huì)影響材料的顯微結(jié)構(gòu)。這只是我們強(qiáng)調(diào)需要注意的低雜質(zhì)含量方面，還有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即粉體顆粒的分散性問(wèn)題，如果顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重，即使你采用99.99%純度的原料也制備不出合格的透明陶瓷。除此之外，還有一個(gè)關(guān)鍵之處是對(duì)氧化鋁粉體的燒結(jié)活性也有嚴(yán)格的要求。
中國(guó)粉體網(wǎng)： 工業(yè)上生產(chǎn)普通氧化鋁陶瓷時(shí)會(huì)存在造粒環(huán)節(jié)，那制備透明陶瓷時(shí)是否仍需要造粒？
王士維研究員：這要看具體采用哪種成型方法。如果是做平板產(chǎn)品，我們可以采用干壓成型或等靜壓成型，這種情況下需要造粒。如果做高壓鈉燈燈管這類管狀產(chǎn)品時(shí)，可以采用擠出成型，這種情況就不需要造粒。還有一種成型方式叫注凝成型，我們通過(guò)把陶瓷顆粒在水中分散均勻以后，加入有機(jī)物使其形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)直接固化成型，這種工藝也不需要造粒環(huán)節(jié)。
中國(guó)粉體網(wǎng)：就您剛才講到的注凝成型，您曾打過(guò)生動(dòng)的比喻，說(shuō)它是像“做豆腐”一樣的成型方式，您能給我們?cè)敿?xì)介紹一下嗎？
王士維研究員：這個(gè)成型方式的確與做豆腐有極大的相似之處。豆腐有兩種，一種是采用古老的方法，也就是我們常說(shuō)的鹵水點(diǎn)豆腐，這種加工方式在漢朝就已出現(xiàn)。另一種方法做出來(lái)的叫聚酯豆腐，這種豆腐比較柔軟，在超市里可以買到。這兩種方法的原理不一樣，鹵水點(diǎn)豆腐是利用鹵水將豆?jié){中顆粒所帶的電荷中和掉，原本帶同電荷的顆粒便不再互相排斥，從而聚集到一起形成豆腐。聚酯豆腐是在豆?jié){中加入一種叫葡糖酸-δ-內(nèi)酯的有機(jī)物，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，把顆粒給固定住，就像絲網(wǎng)捕魚(yú)一樣。
將這種方法應(yīng)用到陶瓷生產(chǎn)中工藝比較簡(jiǎn)單，可以避免像干壓成型需要造粒等繁瑣步驟，而且成本較低，不需要復(fù)雜的設(shè)備。同時(shí)，由于陶瓷漿料中的顆粒分散均勻，原位固化后其顯微結(jié)構(gòu)也非常均勻，這也是該方法自1991年以來(lái)迅速發(fā)展的原因。我們也開(kāi)發(fā)出了自己的注凝體系，做出來(lái)的產(chǎn)品性能非常好，在江西萍鄉(xiāng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。
中國(guó)粉體網(wǎng)：目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)高純氧化鋁的工藝主要有哪些？技術(shù)難點(diǎn)有哪些？
王士維研究員：目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)高純氧化鋁的工藝主要有硫酸鋁銨熱解法、碳酸鋁銨熱解法、醇鹽水解法、高純鋁直接水解法。目前硫酸鋁銨熱解法已經(jīng)被淘汰了，它的煅燒過(guò)程會(huì)產(chǎn)生二氧化硫和三氧化硫，對(duì)大氣污染較為嚴(yán)重；而其它三種方法目前仍被生產(chǎn)企業(yè)廣泛采用。目前來(lái)看，實(shí)現(xiàn)“高純度”這一指標(biāo)難度不大，關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)粉體的高分散性能。如何解決團(tuán)聚問(wèn)題，提高其分散性是目前的技術(shù)難點(diǎn)。
中國(guó)粉體網(wǎng)：改良拜耳法是否始終都無(wú)法實(shí)現(xiàn)“高純”這一目標(biāo)？
王士維研究員：采用改良拜耳法的話，理論上如果進(jìn)行反復(fù)提純也可以制得高純氧化鋁，這樣一來(lái)它的能耗就比較高，所以一般不被采用。
中國(guó)粉體網(wǎng)：目前我國(guó)的高純氧化鋁生產(chǎn)處于什么水平？與國(guó)外企業(yè)的差距體現(xiàn)在哪些方面？
王士維研究員：近十來(lái)年，我國(guó)的高純氧化鋁生產(chǎn)水平已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，出現(xiàn)了一批高純氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品的純度能夠提上來(lái)，批量化生產(chǎn)也能達(dá)到一定的水平。與國(guó)外相比，我認(rèn)為存在的問(wèn)題主要還是體現(xiàn)在產(chǎn)品的分散性方面。
中國(guó)粉體網(wǎng)：針對(duì)目前我國(guó)高純氧化鋁的發(fā)展現(xiàn)狀，您有何建議？
王士維研究員：這個(gè)問(wèn)題我在報(bào)告中有所談及，目前做粉的人與下游用粉的人聯(lián)系不緊密，做粉的人往往并不真正清楚做陶瓷需要用什么樣的粉。現(xiàn)在的中小企業(yè)不具有很強(qiáng)的自主研發(fā)能力，我認(rèn)為他們應(yīng)該與高校等科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合起來(lái)，把下游的具體需求以及上游存在的問(wèn)題弄清楚。這就需要科研機(jī)構(gòu)積極參與進(jìn)來(lái)，把用戶和供應(yīng)商接應(yīng)起來(lái)，這個(gè)問(wèn)題將會(huì)得到很好的解決。
中國(guó)粉體網(wǎng)：好的，今天的采訪就到這里，謝謝王老師。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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