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觀測即優化：利用熱收縮實時反饋調控陶瓷燒結進程

上海硅酸鹽研究所王士維教授課題組團隊在《Journal of Advanced Ceramics》上發表了論文。本研究利用改性低分子量聚丙烯酸作為分散劑，通過自發凝固注模技術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隊在《Journal of Advanced Ceramics》上發表了題為“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，通過自發凝固注模技術制備高性能氧化鋁陶瓷。并借助本公司自主研發的可視化高溫形變儀(TA-Z16AB-2G)，對氧化鋁陶瓷的熱收縮情況進行實時觀察與記錄。

研究背景

半導體制造和國防領域對大尺寸、復雜形狀的先進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。成型工藝作為關鍵步驟，直接影響生坯的粉末堆積密度與微觀結構均勻性，也為研究陶瓷最終性能與燒結行為提供理論依據。

研究方法

1、脫脂：升溫速率1℃/min升溫至800℃，保2h。

2、燒結：空氣氣氛下，1500℃燒結3h。利用高溫變形可視分析儀對氧化鋁坯體的熱收縮率進行了優化。

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、相對密度：1550°C燒結后，Ceramic M-PA 的相對密度最高（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溫度降低的雙重效益，對節能和性能控制具有實際意義。

結論

采用M-PA制備的氧化鋁陶瓷具有更優的燒結致密性、更均勻的微觀結構與更佳的力學性能：

◆ 1550°C燒結后相對密度98.7%，彎曲強度583 MPa

◆ 58 vol%漿料坯體在1500°C燒結可獲得98.9%相對密度與17.8 GPa硬度

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

中環電爐設備

可視化高溫形變分析儀，光學非接觸法測量材料燒結過程膨脹收縮。材料在變溫過程中形狀、尺寸及物態變化在線實時觀測，并通過智能化數據采集與圖像處理系統給出直觀、準確的數據及圖形報告，產品性能與國際同類產品相當，處于國內領先水平。可視化高溫形變分析儀用于材料研發與制造，有助于精確制定材料燒結工藝或熱處理工藝，提高產品質量，降低生產成本。

主要功能

◆ 高溫測試：最高使用溫度1600℃/2000℃

◆ 實時動態測量燒結過程中收縮形變：非接觸測量和記錄樣品燒結過程中高度、寬度和面積隨溫度變化曲線

◆ 判斷各特征溫度：燒結點、軟化點、球化、半球化、熔點