中國粉體網訊 關于粉體對先進陶瓷的重要性，從人們對先進陶瓷的定義便有直接體現。
我國一般對先進陶瓷定義是：采用高純度、超細、人工合成或精選的無機化合物為原料，具有精確的化學組成、精密的制造加工技術和結構設計，并具有優異的力學、聲、光、熱、電、生物等特性的陶瓷，是由金屬元素（Al、Zr、Ca等）和非金屬元素（O、C、Si、B等）組成的氧化物或非氧化物，由離子鍵和共價鍵共同結合的陶瓷材料。
在日本，他們習慣稱之為精細陶瓷，對其的定義為：經過嚴密組分、構造、形狀等控制工藝構成，在某個階段歷經高溫操作的無機非金屬產品以及原料中間體。他們又將陶瓷原料粉末與陶瓷部件獨立開來，同時又根據化學成分、粉體物性等作為指標等加以詳細分類統計。
根據相關定義，陶瓷粉體“根正苗紅”才能生產出高性能的陶瓷產品，在實際生產中，生產研發人員對此更是深有體會。那么，這就又引出一個值得討論的話題，什么樣的陶瓷粉體算是“根正苗紅”，稱得上“高質量”粉體呢？一般認為，至少有以下幾個方面。
化學成分
從化學成分來講，一般追求兩個方面：高純度與精確的配比。
高純度方面。雜質的存在有時候會嚴重影響到制品的性能，例如：在高純氧化鋁中，往往會存在硅、鈣、鐵、鈉、鉀等雜質。鐵雜質的存在會使燒結后的材料發黑發暗；鈉、鉀雜質會影響材料的電性能，導致其電性能變差；剩余兩種雜質會導致材料在燒結過程中晶粒異常長大。在透明陶瓷方面雜質的影響就更大了，陶瓷粉體中雜質的存在將直接宣布透明陶瓷“失明”，這是因為雜質作為第二相，與陶瓷本體材料的光學性能差異巨大，往往會造成散射和吸收中心，會大大降低了陶瓷的透光性。在氮化硅和氮化鋁等氮化物陶瓷中，氧雜質的存在會導致導熱性能的下降。在多層陶瓷電容器的生產中，雜質少純度高，四方相含量高的鈦酸鋇粉體，會更受到歡迎，可用于制作微型化、靜電容量更高且不易擊穿的高性能MLCC 元件。當然，在多層陶瓷電容器的生產中，需要將鈦酸鋇粉體通過添加改性助劑提升陶瓷粉料性能形成配方粉，這還會涉及到下面講的精確配比的問題。
配比方面。在陶瓷生產配方中，大多時候不需要極度“高純”的單一組分，而往往會摻雜一些輔料，如燒結助劑等。這種情況下，配比準確是最基本要求，因為不同的化學成分和含量，會對制品的性能產生決定性的影響。例如將MgO作為助劑燒結氧化鋁陶瓷時，MgO的存在會加快晶界擴散，對晶粒有一定的細化作用，致密度與力學性能較好，但當MgO含量過多時，雖然對晶粒細化作用增強，但在晶界形成的鎂鋁尖晶石會使氣孔排出受阻，會導致致密度變差。再比如說鈦酸鍶陶瓷，當鍶過量時，容易在燒結時產生重結晶，而鈦過量時，則可能阻礙燒結。
相組成
一般要求粉體盡可能具備與陶瓷制品相同的物相，不希望在燒結過程中發生相變。雖然某些時候，相變的確對陶瓷的致密化能起到促進作用，但在絕大多數情況下，相變的發生是不利于陶瓷的燒結的。比如氧化鋁陶瓷的燒結，一般都采用α-相也就是剛玉相粉料，如果采用的是θ-相或γ-相粉料，在燒結過程中相變產生的體積收縮很難控制，制品容易出現變形。而如果是氧化鋯陶瓷，如果燒結過程中發生相變，那就會直接導致陶瓷的開裂。
對氮化硅陶瓷而言，常見的氮化硅粉體按晶型不同分為兩種，一種是α相Si3N4，另一種是β相Si3N4。當溫度高于1400℃時，α相會發生相變轉變為β相，并且α→β的相變過程是不可逆的過程。使用α相質量分數高的Si3N4粉體更有利于制備出高強度、高致密度、高β相Si3N4的氮化硅陶瓷。其原因在于：α-Si3N4在液相燒結過程中發生溶解，然后在析出反應過程中形成β-Si3N4；當粉體中β相質量分數＞30%時，在燒結溶解—再析出的過程中驅動力減少；在后續晶粒粗化過程中，β-Si3N4的各向異性生長會形成自增韌的顯微結構。由于陶瓷材料的顯微結構主要由較細的等軸晶粒組成，β-Si3N4會抑制氮化硅陶瓷的致密化過程。因此，α相質量分數高的氮化硅陶瓷粉末作為燒結的初始粉末是制備高性能氮化硅陶瓷材料的基礎。
日本宇部(UBE)探究了粉體質量對陶瓷熱導率和抗彎強度的影響行為，發現當粉體粒徑D50為0.4~1.5μm，比表面積(BET)為4.0~9.0m2/g，α相含量>95%(質量)，O含量為0.2%~0.95%(質量)，C含量<0.2%(質量)，F含量<0.003%(質量)，Cl含量<0.01%(質量)，以及Ca+Fe+Al等其他金屬總雜質<0.05%(質量)時，具有較高的燒結活性，可制備出熱導率>100W/(m·K)，抗彎強度大(>1000MPa)的高性能基板。
顆粒尺寸與形貌
一般而言，顆粒越細越好。因為按照現有的燒結理論，坯體致密度的速度與粉料的大�。ɑ蚱淠炒畏降拇笮。┦浅煞幢鹊�，顆粒越小，越有利于燒結。例如超細氮化鋁粉體由于其高的比表面積，會在燒結的過程中增加燒結的推動力，加速燒結的過程。此外，粉體的尺寸變小也就意味著物質的擴散距離變短，高溫下有利于液相物質的生成，極大地加強了流動傳質作用。據中國粉體網編輯的了解，工業上一般要求超細氮化鋁粉體的D50（即顆粒累積分布為50%的粒徑）尺寸盡可能地保持在1~1.5μm左右且粒度均勻。
也有研究表明，合理的顆粒粒度及顆粒級配的粉料、通過加入粘結劑對粉末進行造粒，使其具有更好的流動性對后續的成型和燒結會產生積極的影響，主要原因是粒度分布寬的粉體中存在的大顆粒會形成較多空隙，這些空隙在成型過程中會被細顆粒所填充。但前提是必須在一定的粒度分布范圍內，否則較寬的粒度分布會導致材料局部顆粒的堆積而產生致密化的差異，甚至在超過一定的粒度分布時，燒結體的晶粒尺寸會過大，孔結構變粗。
規則形貌的陶瓷粉體具有更好的流動性對后續的成型和燒結會產生積極的影響，造粒工藝就是讓粉體在粘結劑的作用下形成類球狀的形貌，這也間接表明球形陶瓷粉體在成型和燒結過程中對提高陶瓷的致密度有著積極的作用。
均勻性
粉料的均勻性很容易被忽略，但實際上其重要性比前面幾方面更為重要，或者說前面幾方面性能的好壞，很重要的一點就是看其均勻性如何。
比如粉料的化學成分。前面說過，理論上化學組成按化學計量最合適，但前提是各種組成分布均勻。然而在實際上，粉體中的成分分布往往存在局部的不均勻，使某些區域的成分配比偏離化學計量。這樣的粉體有時候會導致陶瓷性能的下降。比如鈦酸鋇粉料，當鈦和鋇不均勻時，某些地方鋇離子過量，就有可能形成具有吸潮性的Ba2TiO4，導致瓷片膨脹并開裂。
顆粒大小也是如此。粒度細固然重要，但如果僅僅是平均粒度細，而分布不均勻，或者是分布很寬，則對陶瓷的燒結極為不利。因為大小不同的顆粒，燒結的速度不一樣，顆粒較粗的區域不容易致密，同時粗顆粒還可能成為異常晶粒長大的核。最后陶瓷不僅需要在更高溫度下完成致密化，而且顯微結構不均勻，嚴重影響到其性能。所以，一般對于粉體顆粒度的要求是細而且分布窄，同時還要具備分散性好等特性，避免團聚等現象的發生造成對燒結性能的不利影響，最好還都是球形顆粒，像一堆微小的乒乓球，以保證有良好的流動性。
小結
在實際操作中，不同材料、不同燒結方法的燒結原理以及成型工藝還存在差異，對粉體各項指標又有一些特殊的要求，這里不再贅述。以上是對陶瓷粉體的一般性要求，但即便如此，能同時滿足以上所有要求，便足以稱之為“高質量粉體”、“理想粉體”了。
參考來源：
[1]高性能氮化鋁陶瓷，最終拼的是粉體的質量！.粉體網
[2]什么是“理想粉體”？. 李衛聊科技
[3]趙麗艷.高品質氮化硅陶瓷粉體制備研究
[4]粉體對氧化鋁陶瓷導熱性能的影響分析.粉體網
[5]納米氧化鎂對陶瓷的影響.粉體網
（中國粉體網編輯整理/山川）
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