最近，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所王士維研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)與江西中科特瓷新材料有限公司合作，基于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自發(fā)凝固成型體系，突破大尺寸陶瓷素坯在干燥和燒結(jié)過程中的變形及開裂等關(guān)鍵瓶頸，成功制備出直徑達(dá)1010mm的超大尺寸高純氧化鋁陶瓷圓盤（圖1）和外徑為200mm的雙層同心高純氧化鋁圓筒（圖2），材料主要性能指標(biāo)優(yōu)于國外同類產(chǎn)品水平。
大尺寸/復(fù)雜形狀高純氧化鋁陶瓷部件在集成電路制造、航空航天、深海探測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但其極具挑戰(zhàn)性。國內(nèi)高純氧化鋁陶瓷在尺寸、性能及穩(wěn)定性等方面與國外同類產(chǎn)品還存在較大差距，導(dǎo)致國內(nèi)高端裝備用大尺寸/復(fù)雜形狀高純氧化鋁陶瓷部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口。
王士維研究團(tuán)隊(duì)自2003年起開展新型原位固化成型體系的探索研究，先后開發(fā)了基于親核加成聚合反應(yīng)的水溶性環(huán)氧樹脂-多胺凝膠體系（ZL200610024613.4）和自發(fā)凝固成型體系（ZL201110393876.3）。相比于其它凝膠體系，自發(fā)凝固體系形成的有機(jī)網(wǎng)絡(luò)有利于水分輸運(yùn)，干燥應(yīng)力更容易釋放，坯體干燥后不變形。同時(shí)，該體系有機(jī)物添加量少，坯體在脫粘過程產(chǎn)生的內(nèi)外溫差波動(dòng)小，坯體燒結(jié)后不開裂。
自發(fā)明自發(fā)凝固成型體系以來，王士維研究團(tuán)隊(duì)一直致力于該成型技術(shù)的工程化研究工作。2017年7月，以自發(fā)凝固體系為技術(shù)核心，上海硅酸鹽所技術(shù)參股成立了江西中科特瓷新材料有限公司，開展大尺寸高純氧化鋁陶瓷部件的產(chǎn)業(yè)化工作。目前，該公司掌握了自發(fā)凝固成型大尺寸/復(fù)雜形狀氧化鋁陶瓷部件的干燥、脫粘和高溫?zé)Y(jié)等關(guān)鍵技術(shù)，建立了批量化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了批量化銷售，獲得了國內(nèi)半導(dǎo)體制造領(lǐng)域用戶的好評(píng)。
自發(fā)凝固成型技術(shù)應(yīng)用于大尺寸/復(fù)雜形狀先進(jìn)陶瓷材料的制備，具有顯著的原創(chuàng)性和先進(jìn)性。與傳統(tǒng)冷等靜壓成型相比，自發(fā)凝固成型不需要造粒、模壓和冷等靜壓等三臺(tái)重資產(chǎn)設(shè)備，且有機(jī)物添加量少，是一種低能耗低排放低運(yùn)行成本的制造方法，契合雙碳達(dá)標(biāo)的國家戰(zhàn)略。該研究獲得上海市優(yōu)秀技術(shù)帶頭人項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、江西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和中科院STS計(jì)劃區(qū)域重點(diǎn)項(xiàng)目等支持。
圖1 直徑1010mm高純氧化鋁盤
圖2 外徑200mm雙層同心高純氧化鋁圓筒
來源：中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
