中國粉體網訊 當前，汽車產業進入百年一遇的大變革時期，電動化浪潮下汽車的各大系統設計均發生了翻天覆地的變化。顯而易見的是，先進陶瓷材料憑借獨特性能優勢正在加速“上車”。在此背景下，中國粉體網于9月12日在安徽合肥成功舉辦了“第一屆電動汽車用陶瓷材料技術研討會”，會議期間，我們有幸邀請到多位專家、企業界代表做客“對話”欄目，暢談先進陶瓷材料在新能源汽車行業的應用與發展。本期，我們邀請到的是合肥工業大學的魏鑫博士。
粉體網：魏博士，目前工業上批量制備氮化鋁粉體的主要工藝是哪種？該工藝有何優缺點？
魏博士：目前，工業上批量制備AlN粉體的主要方法有直接氮化法和碳熱還原法。
直接氮化法的優點：原料來源廣泛，成本較低，反應簡單，合成溫度較低，適合于大規模批量生產；但該方法缺點明顯：由于Al的熔點僅為660℃，在800℃氮化過程中，Al粉易熔化團聚，阻礙Al粉與N2的直接接觸，降低反應轉化率，需要球磨處理，再在1200℃下進行二次氮化，而合成粉體團聚明顯，粉體粗化，粉體的品質降低。
碳熱還原法的優點：原料來源廣泛，成本低，制備AlN粉體品質高、雜質含量少、團聚較少、粒度細小均勻、性能穩定，有利于后續AlN陶瓷基板的成型和燒結。該法的缺點：由于Al2O3和碳黑粒度細小，增加了均勻混合的難度，且氮化溫度較高，反應時間長，且過量的碳黑，還需脫碳處理，增加了粉體氧化的可能性。
粉體網：目前工業上氮化鋁陶瓷的成型與燒結工藝有哪些？
魏博士：工業上，AlN陶瓷成型工藝主要有干壓和流延。
干壓成型的優點是效率高，可實現工業化、規模化，周期性短，產品強度高；但缺點也很明顯，干壓成型對模具要求較高，干壓后得到的坯體強度較低，而且坯體厚度較大易導致坯體內部致密化程度不均勻，結構的均勻性低等。
流延成型具有速度快、自動化程度高、生產效率高、適宜工業生產、組織結構均勻、產品質量好等諸多優勢，是目前工業上AlN陶瓷成型主流方法。
AlN通常難以燒結致密，必須通過添加適量的燒結助劑來降低燒結溫度，實現燒結致密化。一般采用常壓燒結工藝，在N氣氛下1800℃保溫一段時間，后在N氣氛下進行高溫熱處理，以制備高性能AlN陶瓷。
粉體網：您如何看待3D打印在氮化鋁等陶瓷行業的應用前景？
魏博士：3D打印技術可與陶瓷工藝相結合，縮短工藝周期，實現陶瓷的快速、穩定生產，在AlN等陶瓷行業的應用前景非常有潛力：
(1)制造具有復雜幾何結構的AlN陶瓷零件;
(2)根據特定需求進行定制化生產;
(3)減少材料的產生，提高材料利用率，降低成本。
但3D打印的陶瓷漿料制備難度較大，陶瓷粉體與結合劑的比例、pH值、顆粒尺度和漿料的流變性等都對陶瓷制品的性能有著很大的影響。此外，AlN陶瓷本身具有高硬度和耐磨性，這使得3D打印和后續加工可能更加復雜。
總的來說，隨著3D打印技術的不斷進步和AlN陶瓷材料的發展，這兩者之間的結合具有廣闊的前景，可以用于多種高性能應用，但仍然需要進一步的研究和發展以解決潛在的技術挑戰。
粉體網：目前氮化鋁陶瓷在電動汽車領域的應用主要有哪些？您如何看待未來陶瓷材料在新能源汽車中的應用潛力？
魏博士：AlN陶瓷在電動汽車領域的應用主要涉及以下方面：
(1)電子器件：在電動汽車中，高功率電子器件（如IGBT模塊）需要高性能的散熱材料，以有效地散熱并提高電子器件的壽命;
(2)發動機零部件：AlN陶瓷具有高耐磨性和高溫穩定性，可用于制造電動汽車的發動機零部件，如活塞和氣缸套，有助于提高發動機效率和減少摩擦損失，從而提高電動汽車的性能和續航里程。
(3)充電設備：AlN陶瓷可用于制造電動汽車充電設備的連接器和插頭。這些部件需要具備高耐磨性和耐高溫性能，以滿足電動汽車充電時的要求。
(4)傳感器應用：AlN陶瓷還可用于傳感器應用，如溫度傳感器和壓力傳感器，以監測電動汽車的各種參數。
關于未來，陶瓷材料在新能源汽車中潛在的應用優勢和應用方向：
(1)輕量化：陶瓷材料通常比金屬更輕，這有助于減輕汽車的重量，提高能源利用率和續航里程；
(2)高溫穩定性：陶瓷材料可以在高溫環境下保持穩定性，對于電池、電子器件和發動機部件來說非常重要；
(3)電絕緣性：一些陶瓷材料具有優異的電絕緣性，這對于電池和電子器件的安全性能非常關鍵；
(4)耐腐蝕性：陶瓷材料通常對化學腐蝕具有較高的抵抗力，這有助于提高零部件的耐久性。
然而，陶瓷材料也面臨一些挑戰，如加工難度和脆性等。因此，未來的研究和技術發展將需要解決這些問題，以更廣泛地應用陶瓷材料于新能源汽車制造中。
粉體網：近些年很多行業都在談及國產化替代，氮化鋁也是，無論是粉體也好、陶瓷制品也好，國內也是涌現出了不少先行企業。在這種背景下，您認為發展到目前為止，制約該行業發展的因素還有哪些？
魏博士：中國AlN行業的發展受到多種因素的制約：
(1)原材料供應：無論是生產AlN粉體的原料，還是制瓷用的高純度的AlN粉末，其受國外供應影響較大，亟需國產化替代；
(2)高昂的生產成本：AlN的制備通常需要高溫和高壓條件，這會導致生產成本較高，降低生產成本對于推動行業的發展非常重要；
(3)技術創新：需要不斷投資于研究和開發，以推動技術前進，以提高陶瓷材料性能、降低生產成本和擴展應用領域；
(4)國際競爭：國外AlN相關產品已經實現產業化、商業化，占據全球市場，中國AlN行業面臨來自國際市場的競爭。
綜合考慮這些因素，中國的AlN行業需要在技術創新、成本控制、市場多樣化和可持續發展等方面不斷努力，以克服制約因素，保持競爭力，并推動行業的發展。
（中國粉體網編輯整理/長安）
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