陶瓷吸盘是半导体行业中常用的硅片(即晶圆)夹持、运载和氧化铝板抛光用的吸附固定工具，由吸盘底座和陶瓷材料(即吸附组件)组成。真空吸盘所用陶瓷材料为多孔陶瓷，经多孔陶瓷内部小孔将陶瓷表面与硅片之间的空气抽出，利用负压吸附硅片，具有相对静电吸盘更大的吸附力。随着大尺寸硅片的发展，陶瓷真空吸盘的应用越来越广泛。
图 陶瓷真空吸盘，来源：广东精瓷
SiC 多孔陶瓷比其他陶瓷具有强度高、耐腐蚀性能优良、耐高温、热导率高、热膨胀系数低、抗热震性佳等优势，是半导体工业中用于键合、切割、贴带、抛光等理想的真空吸盘陶瓷。
制备多孔 SiC 陶瓷的方法很多，根据不同的孔结构和形成机理，一般可分为四种：颗粒堆积法、模板复制法、牺牲模板法和直接发泡法。
1、颗粒堆积法
颗粒堆积烧结法是最为简单的制备多孔 SiC 陶瓷的方法。该法的原理是利用陶瓷颗粒自身的烧结性能，在不同的 SiC 颗粒间形成烧结颈，从而使得颗粒堆积体形成多孔陶瓷。为了降低烧结温度，通常添加一定量熔点较低的粘结剂使不同 SiC 颗粒之间形成连接。由于颗粒堆积烧结法中所有的孔隙都是由 SiC 颗粒之间的堆积间隙转变而来的，因此，通过改变粉末尺寸、粘结剂种类及添加量和烧结参数，可以控制多孔陶瓷成品的孔率和孔径。
图 颗粒堆积法制备路径
颗粒堆积法制备多孔 SiC 陶瓷不需要添加额外的造孔剂，工艺简单，而且过程也比较容易控制。但是采用该方法制备的多孔陶瓷气孔率普遍较低，孔的形状、孔径以及气孔率的高低主要受原料颗粒的形状、粒径大小和分布、以及烧结程度决定。
坯体形成可以采用干压成型工艺、凝胶浇注成型工艺、流延成型工艺等。
2、模板复制法
模板复制法制备多孔陶瓷，是采用有机材料作为模板，利用特定的工艺将 SiC 陶瓷浆料或者 SiC 前驱体溶液浸渍或者涂覆到模板上，烧结后得到与模板多孔结构相似的多孔 SiC 陶瓷。许多合成的以及自然界的多孔材料都可以被用作模板制备多孔 SiC 陶瓷。
图 模板复制法制备路径
该方法因为直接复制其他材料的多孔结构，因此可以精确控制多孔 SiC 陶瓷的孔结构、孔径大小及分布。多孔陶瓷的微观形貌主要由模板决定，同时也受到浸渍/涂覆工艺以及烧结工艺的影响。根据模板和陶瓷基体形成的差异，模板复制法包括有机泡沫浸渍、聚合物前驱体转化、仿生结构制备、化学气相渗透 (Chemical Vapor Infiltration, CVI) 或者化学气相沉积 (Chemical Vapor deposition, CVD) 等工艺。
1）有机泡沫浸渍工艺
早在 1960 年，Schwartzwalder 和 Somers 开始使用有机泡沫作为模板，制备出了孔径、孔隙率和化学组成不同的多孔陶瓷结构。此后，有机泡沫体浸渍工艺成为制备大孔陶瓷最为广泛的方法，工业上采用这种工艺制备熔融金属过滤用多孔陶瓷。该工艺是将陶瓷浆料浸涂到多孔的有机泡沫体上，待完全浸润后，通过辊压除去多余的浆料，这样就在原始骨架上留下了一层陶瓷层，再经过烧结就能得到多孔陶瓷。
有机泡沫浸渍工艺特别适合于制备高气孔率的网眼多孔陶瓷，但是其最小孔径一般局限在 200 μm 左右，因为过小的孔径会导致浸渍过程中浆料难以渗透。泡沫浸渍工艺的另一不足是在有机泡沫热解的过程中容易引起网状结构的坍塌，这样会导致最终网眼陶瓷的性能下降。总的来说，有机泡沫体浸渍由于工艺方便、操作简单、制造成本低，广泛应用于网眼多孔陶瓷的制备。
2）聚合物前驱体转化工艺
聚合物前驱体转化工艺是将具有可溶、可熔特性的有机硅前驱体通过加热在一定温度下裂解进而转化为陶瓷的一种方法。
3）仿生结构制备工艺
仿生结构制备工艺是利用自然界材料作为模板制备多孔陶瓷的方法。该工艺一般是先将具有多孔结构的天然材料在高温下裂解，得到与天然材料多孔结构几乎完全相同结构的多孔碳，然后在高温下通过渗硅，与多孔碳反应生成 SiC，这样就能够得到完美复制天然材料的多孔 SiC 陶瓷。该工艺可以制备很多人工方法难以合成的具有特殊结构的多孔 SiC 陶瓷，在某些方面具有独到的性能。
4）化学气相渗透工艺
CVI 是在 CVD 基础上发展起来的一种新的工艺，一般是以编织好的碳纤维骨架或者有机泡沫体热解后形成的网眼多孔碳骨架为模板，通过 CVI 或者 CVD 工艺在多孔骨架上反应或沉积得到多孔陶瓷材料。
该工艺的优点是多孔陶瓷的孔结构非常容易控制，能够得到微观结构均匀、高强度、低密度且形状复杂的多孔 SiC 陶瓷。但是，该工艺在制备过程中容易残余碳夹心，不利于性能的进一步提高，而且生产周期长、成本高、环境污染大。
3、牺牲模板法
牺牲模板法是一种常用的制备多孔陶瓷的方法，通常包括由陶瓷颗粒或者前驱体组成的连续基质相以及均匀分散在连续相中的牺牲模板相，该模板最终会被除去并形成多孔结构。这种工艺得到的多孔陶瓷的孔结构就是牺牲模板材料被除去后留下的，孔形貌与牺牲模板的形貌相一致。
图 牺牲模板法制备路径
两相混合物坯体的制备通常有如下方式：
(1)压制两种不同相混合的粉末得到坯体；
(2)制备两相混合的浆料，并通过不同的工艺 (浇注、流延等) 得到坯体；
(3)将牺牲模板浸渍到陶瓷浆料或者陶瓷前驱体溶液中得到坯体。
该工艺可以通过控制牺牲模板的形状、尺寸和添加量对多孔 SiC 陶瓷中的孔形貌、孔径、以及孔隙率进行调控。此外，该工艺还可以制备具有复杂形状的多孔陶瓷产品。
根据不同的造孔物质，牺牲模板法又可以分为冷冻干燥工艺、乳液成孔工艺、直接添加造孔剂工艺等。
1）冷冻干燥工艺
冷冻干燥工艺是将 SiC 陶瓷浆料进行冷冻，使溶剂从液相变成固相得到凝固的陶瓷坯体。在干燥过程中通过降低蒸汽压使固相冰直接升华成气相而让溶剂排除，溶剂升华后留下气孔，经烧结后可以得到多孔 SiC 陶瓷。
在冷冻过程中，冰的排列可由冷冻方式进行控制，因此可以获得气孔定向排列的多孔结构。该方法通过升华作用将冰粒转化为孔隙，能有效减缓干燥过程中坯体的收缩和龟裂，使坯体保持稳定的多孔结构，并实现坯体的近净尺寸成型。当采用水制备浆料时，因为冰在升华过程中释放出来的水对环境无任何污染，是一种环境友好的多孔陶瓷制备工艺。
2）乳液成孔工艺
乳液成孔工艺是以乳液作为模板在浆料固化的过程中占据一定的体积，再通过烧结除去乳液模板得到多孔陶瓷的一类制备工艺。通常过程是：首先制备合适的乳液，然后再固定乳液的连续相，这里的连续相即为 SiC 陶瓷浆料或者前驱体溶液，除去乳液模板后得到多孔陶瓷坯体，再经过烧结得到多孔 SiC 陶瓷。
该方法可以通过改变乳化剂以及乳液的用量来调控多孔陶瓷的孔及孔隙率大小。但是该工艺针对性强，工艺相对复杂。
3）直接添加造孔剂工艺
直接添加造孔剂工艺的基本原理是在陶瓷浆料或者前驱体溶液中加入可以通过烧除、溶解等除去并具有一定形状的物质作为造孔剂；造孔剂在坯体中占有一定的体积。经烧结除去造孔剂后形成气孔从而得到多孔陶瓷。
直接添加造孔剂意味着可以通过造孔剂的形貌、大小和含量控制多孔 SiC 陶瓷的孔形貌、大小和孔隙率。但是过多的造孔剂并不能导致高度孔隙率的产品，因为烧结过程中的收缩有可能导致制品开裂和坍塌，所以该工艺很难得到高孔隙率的制品。直接添加造孔剂工艺中，造孔剂所采用材料的类型可以分为有机物、无机物两类。
4、直接发泡法
直接发泡法的基本原理是通过物理或者化学的方法使陶瓷浆料或者前驱体溶液产生气泡，并使气泡稳定在浆料中，然后使浆料固化得到多孔坯体，再经过烧结得到多孔 SiC 陶瓷。
图 直接发泡法制备路径
利用该方法可以获得气孔率范围很宽 (40% ~ 90%) 的多孔陶瓷，且制品的形状和密度容易控制，但是该工艺对原料要求较高，且工艺条件不易控制。该方法得到的多孔 SiC 陶瓷的气孔率直接取决于发泡过程，发泡阶段引入并包裹到陶瓷浆料或者前驱体中的气泡越多，孔隙率越高，而气孔大小则取决于坯体固化成型前气泡的稳定性。由于湿坯中的气泡属于热力学不稳定系统，为了降低整体气泡的自由能，小气泡会持续自发地发生范德瓦尔斯熟化以及合并过程，最终导致多孔陶瓷中的大气孔增多。因此，直接发泡工艺中的关键点在于如何稳定初始浆料的气泡并防止气泡合并。
根据不同的气泡稳定方式，直接发泡的方法可以分为表面活性剂稳定发泡工艺、颗粒稳定发泡工艺或者两者的结合。
1）表面活性剂稳定发泡工艺
表面活性剂分子包括亲油性的碳氢链基团以及亲水性的极性基团，这样的结构使得表面活性剂在水溶液中具有两亲性。发泡的过程中，加入表面活性剂后，一方面能够降低水溶液的表面张力，从而显著提高浆料的起泡能力；另一方面，表面活性剂吸附到气泡的表面，降低了气泡的表面张力同时增强了液膜的稳定性，从而有利于泡沫的稳定。
2）颗粒稳定发泡工艺
颗粒稳定发泡工艺不同于采用表面活性剂稳定气泡的方式。在溶液体系中，两性颗粒由于具有两亲性，也可以吸附到气泡的气液界面上帮助稳定泡沫，两性颗粒是通过吸附在界面上减少表面积来降低表面能的。相对于表面活性剂稳定泡沫的方式，颗粒在气液界面的吸附是不可逆的，吸附能高，泡沫的稳定性更好。同时需要注意的是，固体颗粒的大小、浓度和表面性质均会对颗粒稳定泡沫产生影响。
除了半导体领域外，多孔 SiC 陶瓷凭借着优异的高温强度、高的化学稳定性、优良的抗热震性能和抗氧化性能被广泛用于催化剂载体、熔融金属过滤、高温气体过滤和柴油机尾气净化等领域。
推荐活动：【议题更新】2026年半导体陶瓷产业论坛（8月26日·深圳）
2026年半导体陶瓷产业论坛
The Semiconductor Ceramics Industry Forum
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序号 |
拟定议题 |
拟邀嘉宾 |
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1 |
半导体设备中的陶瓷材料和部件 |
清华大学 教授 潘伟 |
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2 |
静电卡盘及其关键材料技术（待定） |
东南大学 应国兵 教授 |
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3 |
氮化铝陶瓷加热器的研发及其在 CVD 中的应用 |
广东精瓷 高级副总裁 於定新 |
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4 |
碳化硅陶瓷在半导体制程中的应用 |
山东国晶新材料 研发总监 王之腾 |
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5 |
致密高强高弹性模量超低膨胀堇青石陶瓷的研究 |
华南理工大学材料学院教授 博士生导师 饶平根 |
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6 |
低温中压等离子体射流技术赋能自蔓延氮化硅粉体合成及应用 |
山东中临半导体 董事长 刘红亮 |
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7 |
静电卡盘精密制造与AI智能检测全产线开发 |
苏州大学 (高级工程师、苏州高级技术经理人导师）吴刚祥 |
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8 |
大尺寸 + 高精度：新东先进陶瓷“3D打印+超精密加工”打通半导体陶瓷产业化 |
新东先进陶瓷中国区 业务开发经理 聂品旭 |
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9 |
陶瓷劈刀制备技术在引线键合中的应用与良率提升 |
拟邀请劈刀企业/高校研究所 |
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10 |
晶圆制造用陶瓷探针卡关键技术及高频化发展趋势 |
拟邀请探针卡企业/高校研究所 |
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11 |
真空钎焊工艺在半导体陶瓷部件产业中的应用优化与缺陷控制 |
拟邀请真空钎焊企业/高校研究所 |
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12 |
3D打印技术在半导体陶瓷零部件领域的应用进展 |
拟邀请3D打印企业/高校研究所 |
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13 |
耐等离子腐蚀氧化钇陶瓷的开发及其在刻蚀设备中的应用 |
拟邀请氧化钇陶瓷企业/高校研究所 |
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14 |
半导体设备用陶瓷零部件表面处理技术 |
拟邀请表面处理/陶瓷零部件企业 |
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15 |
高强度碳化硅材料在半导体设备中的关键部件应用 |
拟邀请半导体设备企业/高校研究所 |
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16 |
半导体陶瓷零部件增材制造的材料与工艺挑战及解决方案 |
拟邀请半导体陶瓷零部件企业/高校研究所 |
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17 |
刻蚀/薄膜沉积设备腔体与内衬陶瓷部件的耐蚀性与寿命提升 |
拟邀请陶瓷零部件企业/高校研究所 |
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18 |
特种陶瓷高温烧结技术及其在半导体制造中的应用进展 |
拟邀请热工装备企业/高校研究所 |
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