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流延成型

氮化铝粉体的成型工艺有多种，传统的成型工艺诸如模压，热压，等静压等均适用。由于氮化铝粉体的亲水性强，为了减少氮化铝的氧化，成型过程中应尽量避免与水接触。另外，据中国粉体网编辑了解，热压、等静压虽然适用于制备高性能的块体氮化铝瓷材料，但成本高、生产效率低，无法满足电子工业对氮化铝陶瓷基片用量日益增加的需求。为了解决这一问题，近年来人们研究采用流延法成型氮化铝陶瓷基片。

流延法目前已成为电子工业用氮化铝陶瓷的主要成型工艺。流延成型制备多层氮化铝陶瓷的主要工艺是：将氮化铝粉料、烧结助剂、粘结剂、溶剂混合均匀制成浆料，通过流延制成坯片，采用组合模冲成标准片，然后用程控冲床冲成通孔，用丝网印刷印制金属图形，将每一个具有功能图形的生坯片叠加，层压成多层陶瓷生坯片，在氮气中约700℃排除粘结剂，然后在1800℃氮气中进行共烧，电镀后即形成多层氮化铝陶瓷。

流延法制备氮化铝陶瓷基板的性质与氮化铝粉料的质量、流延参数、排胶制度和烧结制度等工艺关系密切。据中国粉体网编辑的学习了解，粗的氮化铝粉料易于成型，但不宜形成高质量的基片，细氮化铝粉料只有在严格控制流延参数的情况下方能成型，但成型的流延带质量较好。排胶温度和速度也需严格控制，温度高和速度快将引起流延带的严重开裂。烧成制度非常关键，它将决定基片的最终性能。

在生产过程中，通常对流延后的产品质量要求十分严格，因此必须要注意以下几个关键点：刮刀的表面粗糙度、浆料槽液面高度、浆料的均匀性、流延厚度、制定并执行最佳的干燥工艺等。

流延成型的体系据中国粉体网编辑了解有两种，即有机流延体系和水基流延体系。有机流延体系所用到的添加剂的成分均有毒，对绿色生产提出了很大的挑战。近年来，研究者一直致力于寻找添加剂毒性小的流延成型方法。郭坚等以无水乙醇和异丙醇为混合溶剂，利用流延成型制备AlN生坯，烧结后得到AlN陶瓷的热导率为178 W/(m·K)。水基流延体系因为其绿色环保等特点，成为流延成型发展趋势。但其在成型后需要对陶瓷生坯进行干燥，目前干燥技术还有待进一步完善。

相对而言，流延成型的生产效率高，产品质量高，但此种方法存在的局限性是只能成型简单外形的陶瓷生坯，无法满足复杂外形的陶瓷生坯成型要求。近年来，随着微电子技术的飞速发展，大规模集成电路和大功率微波器件对高尺寸精度的异形封装和散热器件的需求正在每年成倍增加，因而需要越来越多的微型、复杂形状高导热AlN陶瓷零部件，但是传统的加工方法很难制备出形状和尺寸精度满足需要的零部件。于是，另一种成型方法——粉末注射成型获得越来越多的关注。

（图片来源：MARUWA）

粉末注射成型

粉末注射成型是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型近终形成型技术。据中国粉体网编辑了解，该技术的最大特点是可以直接制备出复杂形状的零件，而且由于是流态充模，基本上没有模壁摩擦，成型坯的密度均匀，尺寸精度高。因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成型与加工技术的一场革命，被誉为“21世纪的零部件成型技术”。

粘结剂是注射成型技术的核心，首先，粘结剂是粉末的载体，它在很大程度上决定喂料注射成型的流变性能和注射性能；其次，一种良好的粘结剂还必须具有维形作用，即保证样品从注射完成到脱脂结束都能维持形状而不发生变化。为了同时满足上述要求，粘结剂一般由多种有机物组元组成。

据中国粉体网编辑了解，喂料体系的流变性能对注射成形起着至关重要的作用，优良的喂料体系应该具备低粘度、高强度和良好的温度稳定性。在成型工艺工程中，既要使喂料具有良好的流动性，能完好地填充模具，同时也应有合适的粘度，避免两相分离，温度过高则容易引起粘结剂的分解，分解出的气体易造成坯体内部气孔；温度过低则粘度过高，喂料流动性差，造成充模不完全。

注射压力也对生坯质量有较大影响，压力过低则不能完全排空模具型腔内的气体，造成注射不饱满，压力过高则造成生坯应力较大，不易脱模以及脱模后应力的释放造成坯体的变形及开裂。

注射速度也对坯体质量有较大影响，较低则喂料填充模具过慢，填充过程中冷却后流动性降低，不能完整填充模具，注射速度过高则容易造成喷射及两相分离，造成零件表面流纹痕。综上所述，应综合考虑并选择适合的注射参数，制备出完好的氮化铝陶瓷生坯。

参考来源：

秦明礼，等：高导热氮化铝陶瓷的粉末注射成形技术，北京科技大学材料科学与工程学院2009

鲁慧峰，等：粉末注射成形制备氮化铝陶瓷，北京科技大学材料科学与工程学院2013

高晓菊等：氮化铝陶瓷生产关键技术研究现状，中国兵器科学研究院宁波分院2011

吕帅帅，等：高导热氮化铝陶瓷制备技术的研究现状及发展趋势，南通大学机械工程学院2018

刘志平，等：流延法制备氮化铝陶瓷基板，天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室2007

（中国粉体网编辑整理/平安）

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