氧化铝陶瓷因其高硬度、耐高温、耐腐蚀、优异的电绝缘性等性能，广泛应用于航空航天、电子封装、医疗器械、耐磨零件等高端制造领域。在这些应用中，成型工艺是决定陶瓷最终性能、尺寸精度和可靠性的关键环节。成型是指通过不同方法将氧化铝粉末制备成具有一定形状和尺寸的坯体的过程。为避免坯体在后续干燥或烧结过程中发生变形或开裂，要求制备出的坯体具有尽可能高的密度和良好的均匀性。

氧化铝陶瓷成型方法分类

陶瓷成型工艺按照坯料的流动特性可以分为干法成型和湿法成型，湿法成型又可以分为塑形成型和胶态成型。

氧化铝陶瓷成型方法分类

干法成型

干法成型的坯料中基本不含水或含水量很少（小于6%），其他胶粘剂或润滑剂的含量一般不超过1%～2%。成型过程为将粉料放入到模具中，通过机械施加外力，使粉体成型。陶瓷坯体通过陶瓷颗粒之间的摩擦力固定陶瓷颗粒并保持一定的尺寸和形状。陶瓷坯体是由坯料、液相（胶粘剂）和空气组成的集合体系。

1、干压成型

干压成型是先将粉料与水或者粘结剂进行混合造粒后，再将造粒后的粉放入到模具中，对其施加一定的压力，使其成型为具有一定强度和形状的陶瓷坯体的工艺。干压成型的优点在于工艺简单，操作方便，可以大规模地进行工业生产，制备的坯体致密度高，烧结后产品的收缩率较小。由于干压成型为单向加压，坯体会存在明显的密度不均匀现象，且这种不均匀现象会随着样品的厚度增加愈发明显，并且在制粉的过程中也无法消除粉体中存在的团聚现象，难以制备精细陶瓷。

干压成型流程

2、等静压成型

等静压成型是通过将粉体放入在可以变形的橡胶模具中，再通过气相介质或者液相介质对其在不同的轴上施加相同的压力压制成型。与干压成型相比，等静压成型为多轴施压，可以解决干压成型陶瓷坯体密度不均匀问题，并且可以降低粉体颗粒移动距离，提高成型速率。但等静压成型具有设备成本高、维修复杂、坯体易出现缺陷（如表面不规则、压缩裂痕等）等问题。对于尺寸较大的产品，等静压成型易出现“象足”或者由外向内的密度差问题。目前国内利用等静压成型制备的氧化铝陶瓷主要应用于陶瓷天线罩、高频端子绝缘瓷套等。

传统的湿法成型

与干法成型相比，湿法成型可以避免粉体团聚、减少甚至消除坯体缺陷，提高陶瓷产品的可靠性，为生产精细陶瓷或陶瓷薄膜提供了可靠的潜力。湿法成型主要包括以下几步：（1）陶瓷粉料的合成或混合；（2）制备陶瓷浆料；（3）浆料固化；（4）干燥去除里面的溶剂；（5）烧结后制成陶瓷。湿法成型关键在于陶瓷浆料的制备和陶瓷坯体干燥。

1、注浆成型

注浆成型是将陶瓷粉料均匀的分散在液体介质中制成陶瓷浆料，再将陶瓷浆料注入石膏模具中，利用石膏模具的毛细管力吸取陶瓷浆料的溶剂，使得陶瓷固化形成具有一定尺寸和形状的陶瓷坯体。注浆成型要求制备的陶瓷浆料具有极好的流动性和稳定性，此外为使液体介质易从坯体中排出，对于模具的渗透性性具有较高要求。

注浆成型具有制备工艺简单，生产成本低，制备过程易于控制的优点，但是陶瓷成型时间较长，生坯密度和强度较低，生坯易出现开裂和针孔等缺陷。因此研究者在注浆成型的基础上对成型工艺进行改进，开发出离心注浆、加压注浆和压滤成型等新型成型方式。

2、流延成型

流延成型中所用的陶瓷浆料是由陶瓷粉料、塑化剂、分散剂和溶剂混合制成的流动性差的粘稠浆料，浆料经过脱气后放入流延机器上，经刮刀以一定的厚度刮覆在基带上，固化干燥后剥离制成薄膜，最后根据产品尺寸要求对生坯进行加工，制得陶瓷生坯的成型工艺。流延成型的浆料需要陶瓷粉料分散均匀，不存在团聚或者未溶解的粘结剂。流延成型在坯体制备过程中易出现厚度不均、表面粗糙、表现有疤痕和缺陷等问题。流延成型主要用于制备陶瓷薄板，多用于集成电路的基板、衬底材料基片、电容器和低压压敏电阻等。

流延成型工艺简介

新型胶态成型工艺

胶态成型工艺是指通过将陶瓷粉料均匀地分散在溶剂中，获得高固相低粘度的陶瓷浆料，再将陶瓷浆料注入模具中，通过各种方法使浆料固化，获得具有一定尺寸形状的坯体。近年来，此类成型方法取得一系列的研究进展并衍生出更多的成型工艺，如：凝胶注模成型、直接凝固成型、自发凝固成型。

1、凝胶注模成型

凝胶注模成型通过将传统的湿法成型与聚合物化学知识相结合，通过有机单体在一定条件发生聚合反应形成高分子的网络结构，将浆料中的陶瓷颗粒和溶剂分子固化在网络结构中，导致陶瓷浆料固化，形成具有一定形状的生坯。这种方法不仅继承了传统湿法成型（注浆成型、注射成型）的优点，还极大程度地解决了它们存在的问题，是一种具有实际应用价值的陶瓷成型工艺。

凝胶注模成型陶瓷固化示意图

凝胶注模成型最大的难点在于如何制备出高固相低粘度（＞50vol.%）的陶瓷浆料。陶瓷浆料的流动性主要由粉体在溶剂中的分散性和稳定性决定，可以通过选择合适的分散剂、控制浆料的pH来制备出高固相低粘度的陶瓷浆料。另一难点为如何控制陶瓷浆料的固化。选用的有机单体和交联剂发生聚合反应的条件易于控制，陶瓷坯体中的有机物含量应尽可能地少，制备的生坯强度高。凝胶注模成型的有机物添加量一般不超过5wt.%，无需单独排胶，得到的生坯强度高，坯体结构均匀。凝胶注模成型具有直接净尺寸成型、可制备复杂形状产品、制备大尺寸产品等优点。

凝胶注模成型陶瓷工艺流程图

2、直接凝固成型

直接凝固成型是在凝胶注模成型基础上开发出来的一种新型的陶瓷成型技术，它利用生物酶催化、控制陶瓷浆料的pH值或控制电解质浓度等方法，来调节陶瓷颗粒间的双电层斥力，破坏陶瓷浆料的悬浮稳定性，使陶瓷颗粒原位固化，形成生坯的陶瓷成型工艺。

其液固转变的机理为通过调节范德华吸引力和双电层产生的静电斥力。通过改变范德华力和静电斥力的大小来控制浆料凝固，当范德华力占主导时，浆料表现为凝固倾向，当静电斥力占主导时，浆料呈分散倾向。直接凝固成型的浆料的固相含量不低于55vol.%，这样才可以通过调整浆料的pH值来实现陶瓷浆料的固化。凝固条件易于控制，条件易于实现。直接凝固成型制备的陶瓷生坯密度高、均匀性好、有机物含量低、可以制备复杂形状产品。但是制备过程复杂、生坯强度较低、缺乏普适性。

直接凝固成型示意图

直接凝固成型工艺流程图

3、自发凝固成型

自发凝固成型是2011年由上海硅盐所开发的一种新型陶瓷成型工艺，通过利用水溶性异丁烯类共聚物作为分散剂和粘结剂来制备陶瓷坯体。自发凝固成型与凝胶注模成型在浆料的配制、成型方式、坯体特性上具有相似性，它们的区别在于自发凝固成型中的水溶性异丁烯类共聚物即是分散剂，也是粘结剂，它通过分子长链桥连固化成型。凝胶注模成型则是通过单体分子和交联剂发生聚合反应形成三维网络结构固化陶瓷颗粒成型。自发凝固成型的优点在于有机物含量少、可在室温下固化、操作简单、生产成本低。

不同成型方法对比

干法成型工艺简单、效率高，适用于大批量生产，但在坯体均匀性和复杂形状成型方面存在局限。湿法成型尤其是胶态成型，能够有效减少坯体缺陷、提高结构均匀性，适合制备高精度、复杂形状的陶瓷制品。其中，凝胶注模成型、直接凝固成型和自发凝固成型等新型工艺，通过调控浆料的固化机制，在降低有机物含量、提高坯体强度和简化工艺方面展现出显著优势。

陶瓷不同成型方法对比

随着高端制造领域对氧化铝陶瓷性能要求的不断提升，开发高固相、低粘度、可控固化的绿色成型技术，将是未来氧化铝陶瓷成型工艺发展的重要方向。

参考文献：

[1] 王诚.大尺寸氧化铝陶瓷承烧板的胶态成型与性能研究[D].西安理工大学.

粉体圈七七