www.188betkr.com 讯高技术陶瓷（如钇铝石榴石（YAG）、氧化锆（ZrO2）、碳化硅（SiC）等）因独特的光学、电学、力学、热学及生物化学性能被广泛应用于激光、5G通信、航天、新能源、生物医学等众多战略领域。
随着高技术陶瓷产业的快速发展，对其成型质量提出了更高要求。尤其是近年来迅速发展的新能源电池、电子通讯、生物医疗等众多领域对精密结构、极限尺寸的陶瓷零部件需求迫切。成型技术成为高技术陶瓷制备的重要部分，其很大程度上决定了坯体的均匀性和制备复杂形状部件的能力，并直接影响到材料的可靠性和最终陶瓷部件的成本。
近些年，随着环境保护、清洁生产成为发展趋势，特别是我国近期提出了“碳中和”的战略举措，水系胶态成型技术成为近年来发展较快的成型手段之一。它是以水为溶剂，将陶瓷粉体制备技术、浆料流变学、陶瓷成型工艺及成型设备精密控制技术相结合的陶瓷成型技术。该技术的突出优点主要有：
1）以水作为溶剂，相较于有机溶剂，无毒、无污染、低成本，符合环保要求；
2）可近净成型各种高精度、复杂结构的陶瓷零部件，烧结后陶瓷收缩率小，几乎无需后续加工，可以提高产品生产效率，降低成本；
3）工艺简单、实用性强，该技术易重复，自动化与连续化程度高，易于产业化。
因此，具有清洁环保、高精高效的水系胶态成型技术在高技术陶瓷众多成型技术中脱颖而出，受到学者们广泛关注，发展前景十分广阔。
目前，典型的水系胶态成型方法主要包括凝胶注模成型、水系流延成型、凝胶流延成型等。
水系胶态成型制备的高技术陶瓷
1.凝胶注模成型
凝胶注模是指将陶瓷粉体分散于含有有机单体、分散剂、引发剂及催化剂的水溶液中，然后注入模具，在一定温度下单体发生原位聚合反应，形成具有一定机械强度素坯的成型方式。相比于其他成型技术，凝胶注模是一种普适工艺，适用于制备氧氮化铝（ＡlON）、SiC、氮化铝（AlN）、YAG等各种功能结构陶瓷，能够近净尺寸成型各种复杂结构的陶瓷零件及具有极限尺寸的棒状或片状陶瓷等。凝胶注膜最突出的优点是成型后的坯体强度较高，可直接对素坯进行机械加工，进一步实现陶瓷零件的净尺寸精密成型，这是其他成型技术难以实现的。
随着对凝胶注模成型技术的深入研究及其在单组元陶瓷材料方面的成功应用，人们开始了复合材料成型的研究探索工作，通过各种各样的手段(诸如粉体表面改性、超声波辅助分散、复合分散剂的选择等)来提高复相陶瓷浆料的固相体积分数及均匀性，取得较为满意的效果。凝胶注模成型技术被用来成型ZrO2-Al2O3陶瓷和Al2O3/SiCp等复合陶瓷，还可用来制备纳米复相陶瓷。
2.水系流延成型
水系流延成型技术是将粉体分散于含有分散剂的水溶液中，通过粘结剂分子的长链缠绕作用形成网络结构粘结成型，最终得到具有一定强度及韧性的素坯。水系流延成型中，通过控制刮刀高度可以制备出厚度可控的薄膜素坯，在制备超薄大尺寸陶瓷制品方面具有得天独厚的优势。无毒性、不易燃、价格低廉，成为流延成型技术未来发展趋势。目前，水系流延成型技术已被应用于多层复合透明陶瓷、固体氧化物燃料电池电解质、电容器基板及其他高技术陶瓷的生产。
水系流延成型制备的透明陶瓷及Al2O3素坯
在透明陶瓷成型应用领域，上海硅酸盐研究所、阿尔弗雷德大学等高校学者均通过该成型技术制备出质量良好、透光率高的透明陶瓷。此外，研究人员还采用水基流延成型技术成功制备出孔隙分布均匀、渗透性好的多孔陶瓷（ZrO2）以及具有较高电流密度和输出功率的固体氧化物燃料电池电解质薄膜（如SSZ、YSZ）。因此，水系流延成型技术已经被广泛应用于不同高技术陶瓷的成型。
3.凝胶流延成型
凝胶流延成型是清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室针对水系流延成型存在的问题而发明的。该方法结合了水系和有机流延的特点，在一定温度和保护气氛下交联剂在极短时间内固化，极大地减少了浆料量中有机物的使用量（＜10%，质量分数），提高了浆料的固含量（＞75%，质量分数），从而增大了素坯密度（＞60%），进而获得了近乎无干燥收缩、高质量（表面平整光滑、强度高、韧性好）的陶瓷薄片素坯。
水系凝胶流延技术作为一种几乎无缺陷的陶瓷成型技术，制得的陶瓷薄片致密度高、气孔率低、成型尺寸大，且光电性能较好，非常适用于固体电解质薄膜及高强度高密度的陶瓷基板材料的成型。目前已采用此成型技术成功制备出Al2O3、Si3N4、压电陶瓷（PTZ）、氧化钇稳定氧化锆（YSZ）等薄片陶瓷。与水系流延成型技术相比，该法得到的陶瓷制品在性能及微结构方面均有了较大的提升。
小结
随着“十四五”颁布的一系列节能减排、绿色环保的规划，国家开始高度重视水系环保技术的发展。水系胶态成型技术因其突出的环保优势将在众多战略新兴产业中获得广泛关注，对其开展系统研究和产业化应用具有十分重要的意义。
目前，清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室是国内较早研发高技术陶瓷水系胶态成型单位之一，在其成型理论、材料和技术等方面都有深入研究。中国科学院上海硅酸盐研究所首次通过水系流延成型制备YAG多层复合透明陶瓷；郗晓倩团队对凝胶注模成型技术也进行了系统的研究，成功使用凝胶注模成型技术制备出用于激光增益介质的大尺寸长棒状、薄片状透明陶瓷。除了高校，国内专门从事高技术陶瓷水系胶态成型的企业也日益增多。
在国家和研究人员加大投入下，我国的陶瓷水系成型技术必将取得重大突破，采用该技术制备的高技术陶瓷必将在军事武器、航空航天、生物医疗等领域得到广泛应用。
来源：
马征：氧化铝陶瓷精密部件制备技术的研究
郗晓倩等：高技术陶瓷胶态成型技术及其产业应用
王小锋：凝胶注模成型技术的研究与进展
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