功能陶瓷技术工艺发展趋势分析
第一节 产品技术发展现状
2007年2月15日，受科技部委托，福建省科技厅组织专家对中科院福建物构所洪茂椿院士主持的国家科技攻关计划项目“纳米功能陶瓷材料
研究”进行验收，同时对其地方配套项目进行成果鉴定。
光功能纳米陶瓷材料
研究项目把纳米技术应用于
研究开发性能优良的光功能陶瓷材料，研发内容涵盖了新材料性能设计、材料合成、结构调控和光学性能等，重点
研究烧结型透明陶瓷、纳米结构的氟氧化物玻璃陶瓷和硼酸盐微晶玻璃三个相互关联的材料体系。
在两年多的项目实施期间，该项目组在材料制备与处理技术、结构设计与调控、以及结构-性能关系等方面取得系列创新性成果，开发6种新材料，发明2种新工艺。
研究成果已申请国家发明专利16件，发表SCI论文40余篇，培养了一批年轻的科研骨干，为光功能纳米陶瓷材料的深入开发奠定了良好的基础。
2、功能陶瓷的超精密加工方法
1）单点金刚石车削
单点金刚石车削SPDT,SinglePointDiamondTurning最初用于金属和空间光学镜片的超精密加工国外已有许多学者对单点金刚石车削在加工功能陶瓷超精密加工的应用上作了大量
研究Gerchman和McLain(1988)使用RankPneumoMSG-325两轴CNC车床对单晶和多晶锗进行了车削
研究表面粗糙度约为6nmNakasuji等人1990
研究了锗硅和铌酸锂的单点金刚石车削工艺发现大的负前角能使材料的塑性变形区域增大Shibata等人19941996利用超精密车床HitachiDPL-100对硅进行了车削
研究阐述了车削厚度与粗糙度的关系Kunz等人1996对硅进行了车削
研究发现虽然表面粗糙度已经达到了5nm但存在晶格畸变新加坡的F.Z.Fang1998进行了单晶硅的金刚石纳米切削发现0�前角略大于切深的刀尖钝圆半径产生了延性域切削所需的流体静水压力F.Z.Fang2000又对ZKN7光学玻璃进行延性域切削证实在临界切削厚度下用于裂纹扩展的能量大于变形能所以变形起主导作用可实现光学玻璃的纳米切削。
2）ELID超精密磨削技术
1990年日本理化院大森整HitoshiOhmori成功地开发了ELID新工艺,它是利用在线电解的微量修整使得微米级亚微米级甚至纳米级超细微粒度砂轮在磨削过程中始终保持良好的切削性充分发挥其稳定的微量切削作用此后进一步
研究了ELID技术1995用于加工单晶硅光学玻璃等材料表面粗糙度可达几个埃可替代研磨和抛光我国哈尔滨工业大学袁哲俊教授与大森整合作在国内开展了ELID
研究取得了重大进展。
3）ECD磨削技术。1999 D.Kramer提出了ECD(ElectochemicalIn-Process Controlled Dressing)技术该技术与ELID技术不同加工过程中不需要形成氧化膜和氢氧化物膜而是通过测定磨粒刃口和工价表面状态来控制电化学的修整过程据报道该技术在磨削陶瓷PCBNPCD和硬质合金过程中可显著改善表面质量。
4）快速可更新研磨/抛光技术
最近出现了一种基于快速可更新的研磨/抛光新技术rapidrenewablelapEvans和Parks1995Parks等人1997这一概念包括用于输送的薄膜和涂敷其上的用于加工所需形状的稳定研磨结构用此方法精加工黑色过滤镜片使用聚脂薄膜SiC基底和氧化锶抛光液表面粗糙度为1nm其它利用柔性工具抛光功能陶瓷的
研究还有利用碳氟化合物泡末抛光盘和SiO2抛光熔融石英Kasai等人1990表面粗糙度Rmax可达0.3nm佳能的超光滑抛光技术Ando等人1995加工无水硅酸获得了0.13nmrms的表面粗糙度加工SiC的CVD层表面粗糙度可达0.15nmrms加工CaF2空间镜片表面粗糙度可达0.12nmrms。
第二节 产品工艺特点或流程
1、功能陶瓷的工艺技术
粉体制备—成型—烧结—精加工
2、功能陶瓷金属工艺改善热特性和电气特性：
衬底制造商LaminaCeramics公司开发的一个多层技术能使未经烧制的陶瓷结合在科伐（Kovar）合金或铜钼铜（CuMoCu）金属上。这个多层印刷电路板制造工艺叫作低温共烧陶瓷金属（LTCC-M），它能够降低收缩率，改善导热性，有望缩小RF和微波组件、高速电路底板和光组件等元件的封装尺寸并降低成本。这项技术为设计人员提供了把元件嵌入金属层的能力。
新技术把x-y平面的共烧收缩率缩小到了大约0.1%，远远低于标准LTCC和HTCC工艺的12.7%～15%。大到16×16平方英寸的多层印刷电路板可以有多达24层0.004英寸厚的层。
元件可以直接小片装配到金属板层，不再需要把全封装元件连接到衬底上的吸热层。采用基于科伐合金的工艺时导热性平均为40W/m℃，采用基于CuMoCu的工艺时导热性约为170W/m℃。传统LTCC和HTCC工艺的导热性分别为2～3W/m℃和24.7W/m℃。
从世界范围来看功能陶瓷的发展有三种明显趋势：技术进步、全球化及稳定增长。美国在先进陶瓷的
研究开发方面居世界首位，日本则在除航天工业外的其它应用领域领先。美国的专利倾向于在基础知识上的创新，日本专利则倾向于现有技术基础上的改进以期有更多的工程应用前景。
全球化表现在国际问的合作与兼并，如美国Lanxide与日本Nibon Cement的合作,以及法国Saint-Gobain收购美国Nortoo。先进陶瓷将不断增长，陶瓷复合材料与涂层将在较低的水平上以2位数的幅度增长。而欧盟各国在功能陶瓷面不断加大投资力度。目前
研究的重点为发电设备中应用的新型材料技术，如陶瓷活塞盖、排气管里衬、蜗轮增压转子及燃气轮转子。由于在冷却部分采用陶瓷材料，大幅度降低了能源与热损耗。陶瓷热交换器则具备由锅炉或其它高温装置中回收余热的能力。陶瓷管可提高耐腐蚀的能力，增加热交换效率，对许多
行业领域的节能发挥了重要的作用。
概括而言，功能陶瓷的技术发展趋势可总结成以下几点：
1、功能陶瓷的材料组成变得越来越复杂；
2、高纯、超细粉体的化学制备逐渐进入工业化规模；
3、烧结温度不断降低，微波烧结，自蔓燃烧结，快速烧结等新烧结工艺日趋成熟；
4、功能陶瓷的的制备工艺洁净化的重要性日益突出；
5、低维材料，多层结构日益受到重视；
6、功能陶瓷的复合技术受到日益重视；
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