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电子氮化铝陶瓷生产流程基础知识

新闻来源: 发布日期:2018-01-10 11:07:29发布人:佳日丰小张

一、流延工艺法

流延方法就是,在粉料中加入粘合剂、溶剂等,经球磨、过滤后进行真空脱泡并把粘度控制在一定范围。这种有粘性的浆料在恒定的压力下,通过浆料刮刀与涂有有机硅的以一定速度运行的膜带之间的缝隙而流粘在膜带上,经连续烘干、切边,在流延机机尾把坯带与膜带进行分离(或不分离),分别卷绕得到生坯带的方法。然后再进入下一道工序,如切割、叠层、印刷、烧结等做成所需产品,而形成的流延制备的工艺。

流延工艺中,最关键的是浆料的制备和流延成型工艺。

二、流延的应用

流延法制备陶瓷薄片的工程流程图。

通过球磨等一系列工序除去浆料中的有机或无机残渣即可得到稳定均匀的流延浆料,将制备好的流延浆料在流延机上流延成型,经干燥、裁剪、脱脂和烧结即可完成。

三、浆料中常用的添加剂介绍

1.溶剂选择溶剂主要考虑的因素有:

(1)必须能溶解其它添加成分,如分散剂、粘结剂和塑性剂等;

(2)在料浆中具有一定的化学稳定性,不与粉料发生化学反应;

(3)易于挥发与烧除;

(4)使用安全、卫生和对环境污染少。

最常用的溶剂分为有机溶剂与水两类。有机溶剂所得的料浆粘度低,溶剂挥发快,干燥时间短,所以流延法制膜中使用有机溶剂较多。常用的有乙醇、甲乙酮、三氯乙烯、甲苯、二甲苯等。但有机溶剂有易燃和有毒的缺点。

水作溶剂则有成本低、使用安全、卫生和便于大规模生产等优点,其缺点是:

(1)对粉料颗粒的湿润性能较差、挥发慢和干燥时间长;

(2)料浆除气困难,气泡的存在会影响素胚膜的质量;

(3)水基料浆所用粘结剂多为乳状液,市场上产品较少,使粘结剂的选择受到限制。溶剂对粉料的湿润性能主要与其表面张力有关,表面张力越小,对粉料颗粒的湿润性能越好。有机溶剂的表面张力比水要低得多,所以其湿润性能比水好。混合溶剂的表面张力和介电常数等综合性能较单一组分要好,且沸点低,对分散剂、粘结剂和塑性剂的溶解性能也较佳。为确保干燥过程中同时挥发,流延浆中常用二元共沸混合物。最常用的有乙醇/甲乙醇、乙醇/三氯乙烯、乙醇/水和三氯乙烯/甲乙酮等。

2.分散剂  

粉料在流延浆料中的分散均匀性直接影响着素胚膜的质量,从而影响材料的致密性、气孔率和力学性能等一系列特性。流延法制膜中常用的分散剂有非离子、阴离子、阳离子和两性离子4 种类型。一般说来,阴离子表面活性剂主要用于颗粒表面带正电的中性或弱碱性料浆,而阳离子型表面活性剂主要用于颗粒表面带负电的中性或弱酸性料浆。Mikeska 等,通过对70 种商用分散剂分散效果的试验研究表明,磷酸脂、乙氧基化合物和鲜鱼油在陶瓷粉料浆液中的分散效果最佳。其中前面2 种是阴离子型表面活剂,而鲜鱼油不属于表面活性剂。

3.粘结剂与增塑剂   

为了与基板材料分离和拿放方便,流延膜必须具有一定的强度、韧性和延展性。为此,在料浆中须加入粘结剂和塑性剂。

选择粘结剂应考虑的因素有:

(1)素胚膜的厚度;

(2)所选溶剂类型及匹配性,有利于溶剂挥发和不产生气泡;

(3)应易烧除,不留有残余物;

(4)能起到稳定料浆和抑制颗粒沉降的作用;

(5)要有较低的塑性转变温度,以确保在室温下不发生凝结;

(6)考虑所用基板材料的性质,要不相粘结和易于分离。粘结剂按起作用的官能团类型分为非离子、阴离子和阳离子3 类。在流延工艺中使用最多的是阴离子与非离子型的粘结剂,主要有乙烯基与丙烯基2 类。在非水基料浆中常用的粘结剂有PVB ,聚丙烯酸甲脂和乙基纤维素等。在水基介质中常用的粘结剂有聚乙烯醇、丙烯酸乳剂和聚丙烯酸胺盐等。塑性剂在料浆中的主要作用是降低粘结剂的塑限温度Tg,使Tg 达到室温或室温以下,从而确保粘结剂在室温时具有好的流动性和不发生凝结。另外,塑性剂对粉体颗粒还起润滑和桥联作用,有利于料浆的分散稳定,但加入塑性剂会使素胚膜的强度降低。最常用的塑性剂有聚乙二醇、邻苯二甲酸脂、乙二醇等,它们对料浆流变性的影响作用不甚相同。邻苯二甲酸脂能润滑粉体颗粒,降低料浆粘度,而聚乙二醇则在粉体颗粒间形成有机桥,能增加料浆的粘度。

4.其它添加剂  

此外,在流延浆料的制备过程中,还经常加人一些功能性的有机物添加剂,产生一些特殊的浆料性质或理想的干带性质。

除泡剂:主要在高分子溶液(PVA )或高分子分散体系易产生有害的稳定泡沫的水介质中有用,特别是搅拌过程中(如用特殊的蜡,或用真空搅拌)。防止泡沫产生要比消除泡沫有效得多。常用的除泡方法是机械法加上化学法。即在浆料中加人除泡剂,然后进行真空搅拌除气。常用的除泡剂是正丁醇、乙二醇各半的混合液。

润湿剂:主要是溶于液相的表面活化剂,用来减小液体表面张力(特别是水),提高它们对粉料和被作用物的润湿性。因此,表面活性剂也被用作分散剂。

均化剂:用于增加组分的相互溶解性(如环己酮), 由此防止干燥时起皮。它们也增加基片的密度和拉伸强度。

控流剂:有时加人少量来防止基片的表面干燥太快,防止开裂。絮凝剂:防止分散体系形成过高密度沉淀的试剂。 

四、有关流延成型

流延是一项相当精密的工艺,对于流延后的产品质量要求十分严格,以下几点可供参考:

1.刮刀的表面光洁度流延刮刀一般用工具钢制成,它的耐磨性好,使用寿命长,但需注意保养,每次使用后必须清洗干净,并防止硬物刮伤表面,使刮刀保持光滑平整。光滑平整的刮刀是获得厚度均匀,表面光滑膜带的关键。

2.浆料槽液面高度浆料槽液面高度提高,浆料槽内的压力增大,使浆料通过刮刀间隙的流入速度增加,流延膜厚度增加,因此维持液面高度均衡一致对控制流延膜厚度均匀性十分重要。大型的流延设备中通常需要带有液面传感器,控制供浆阀门,控制液面高度变化在最小的幅度。

3.浆料的均匀性流延用浆料必须充分分散均匀,当有未分散好的硬块、团聚体又未能过滤掉时膜带上就会产生疤痘状缺陷,或因干燥烧成收缩不同产生凹陷。因此必须重视浆料的制备,在使用前必须过筛去除这些硬块和团聚体。如果浆料中有气泡,流延前必须进行除泡处理。

4.流延厚度刮刀间隙的厚度与实际烘干成型厚度,不会一致,应为在烘干过程中有溶剂等的挥发,在浆料稳定,流延其他条件如流速,干燥温度一定的情况下,通常会有一个稳定的比例。一般可以通过流延试验得到有效的参数。

5.制定并执行最佳的干燥工艺流延出的浆料膜经过干燥才能从基板上剥落下来。因此,制定合适的干燥工艺是获得高质量膜带的重要因素。如果干燥工艺制定不当,流延膜常会出现气泡、针孔、皱纹、干裂,甚至不易从基板上脱落等缺陷。制定干燥工艺的原则是:确保溶剂缓慢发挥,使膜层内溶剂的扩散速度与表面挥发速度趋于一致,防止表面过早硬化而引起的后期开裂、起泡、皱纹等缺陷。

五、 流延工艺的优势

自动化程度高,生产效率高。产品质量好,合格率高。适应生产大面积基片和多元化基片。


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