随着人类的进步，陶瓷业也在迅猛发展，然而各项能源与资源却在迅速地减少，所以，在陶瓷生产方面，人们想尽各种方法，尽量减少陶瓷原料及优化各种工艺，使得在保持陶瓷物件各项性能的前提下，将陶瓷做的更薄，在此过程中能源与资源得到最大程度的节约。因为流延成型具有节约原料、干燥能源的使用量等优点，因此，在陶瓷生产过程中引入流延成型可以达到此目的。

流延成型法又被称为刮刀法，该成型法具体工艺过程是将陶瓷原料、各种添加剂（如分散剂、增塑剂、粘结剂、消泡剂等）在溶剂中经充分混磨，使得所有的物料、添加剂及溶剂充分混合，得以制作出稳定、均匀的浆料，然后将浆料倒入料斗，使得浆料从流延机的料斗底部流出于基带的上表面处，控制基带向前的移动速度和料斗高度等参数，随着基带的运转在基带上面形成所需厚度的陶瓷薄坯，待陶瓷片干燥后即可脱模，继而进行后续程序（如切割、冲印等）。

图1 流延成型机及流延成型示意图

流延成型工艺的发展，也在氧化锆陶瓷领域得到了前所未有的发展，下面给大家简单介绍几种流延成型在氧化锆领域的应用。

1. 流延成型法在氧化锆领域的应用

1.1 平板式氧化锆氧传感器

以前的氧传感器主要采用陶瓷粉末在压力下的成型工艺，近些年又开发出了陶瓷的层压工艺。

图2 平板式氧化锆氧传感器制备流程图

平板式氧化锆氧传感器制备技术的基础是厚膜丝网印刷、陶瓷流延成型的多层陶瓷层压技术和共烧结技术的结合。对于平板式氧传感器，需要一种超细球磨处理后的四方相部分稳定的ZrO₂来同时满足高氧离子导电性和高抗热震和抗机械破坏性能的要求。采用流延成型法制备的氧化锆陶瓷基片可用于平板式氧传感器固体电解质基片。

图3 氧化锆陶瓷基片

1.2 水基凝胶流延成型氧化锆薄膜

采用水基凝胶流延工艺制备四方多晶氧化锆薄膜，确定合理的烧成制度，制备的氧化锆薄膜坯体结构均匀，其烧成过程可以将排胶和烧结过程一次完成，不需要单独的排胶过程，这大幅度简化了坯体的烧成工艺过程，同时坯片经1733K保温6h可获得结构致密的四方多晶氧化锆薄膜。

图4 四方多晶氧化锆薄膜

1.3 水基流延成型制备阳极支撑型固体氧化物燃料电池阳极材料—多孔NiO/钇稳定氧化锆陶瓷

固体氧化物燃料电池(SOFC)因具有结构稳定可靠，能量转换率高，燃料可选范围广以及污染排放少等一系列优点，引起了国内外的高度重视。以钇稳定氧化锆(YSZ)作电解质的SOFC，因需要在较高的温度(≥800℃)下操作，因而对电池连接密封材料要求较高。较高的操作温度还提高了电池的制造和运行成本，从而限制了SOFC的实际应用。为了降低SOFC的操作温度，同时保持较高的电池功率输出，较为有效的途径之一是研究采用阳极支撑薄膜电解质的平板式多层陶瓷膜结构设计。由于流延工艺在制备大面积陶瓷厚膜及薄膜方面具有突出的技术和经济优势，近些年来社会各界开始应用流延法制备阳极支撑薄膜电解质的平板式SOFC部件。

图5 固体氧化物燃料电池

2. 几种不同的流延成型工艺

目前，较为常见的几种流延成型工艺包括非水基流延成型法、水基流延成型法、凝胶流延成型法、紫外引发聚合物成型法、流延等静压复合成型法等。

2.1 非水基流延成型法

非水基流延成型法即传统的流延成型法，是用一些有机物作为制作浆料的溶剂，如甲苯等，为使得浆料中所加入的添加剂（如分散剂、增塑剂、粘结剂等）与溶剂有较好相溶性，研究者们使用了一些混合溶剂，其中有二元和三元体系，如乙醇/甲苯、三氯乙烯/甲乙酮/乙醇等。非水基流延成型法刚开始时被应用于塑料行业的生产，后来被引用于陶瓷行业中，且该法现在已经成熟的应用于陶瓷行业的大型生产中。

该法工艺有如下步骤：一是将粉料和溶剂及各类添加剂球磨混合制作为所需浆料；二是将已经制作好的浆料在流延机上进行流延，制作出所需厚度的陶瓷薄坯；三是将陶瓷薄坯裁剪为所需尺寸的陶瓷片；四是对所裁剪好的陶瓷片进行烧结。

优点：工艺成熟，生产设备较简单，容易上手操作，手工操作部分较少，所以有效的提高了整个生产效率，陶瓷片的柔韧性好、结构较为均匀、强度高。

缺点：选用了一些具有一定的毒性而且易燃的有机物质（如甲苯、二甲苯等）作为有机溶剂，使得其生产条件恶化，并造成了环境的污染，提高了生产的成本，且使生产过程中的安全隐患极大地增加。另由于浆料中添加了大量有机物添加剂，坯料成型后体积密度比较低，影响产品品质。

图6 非水基流延成型法流程图

2.2 水基流延成型法

水基流延成型所用到的溶剂即水是极性溶剂，而流延成型过程中所用到的分散剂、粘结剂、增塑剂等均为有机分子物质，为保证所得浆料具有稳定的悬浮性，在选择这些有机添加剂时应尽量选用水溶性好的或者在水溶液中可以形成稳定悬浮乳液的，使得所制浆料尽可能均一稳定。在分散剂选择时，在不影响到浆料稳定悬浮的情况下，应该尽量减少分散剂用量。在增塑剂和粘结剂选用方面，保证浆料成生坯后强度以及柔韧性前提下，应尽量减少此两种添加剂用量。

优点：更适合于连续生产大面积及平整而且较薄的制品，生产过程降低了料浆中有机物的使用，使生产成本大为缩减、生产过程无毒、不燃，绿色环保安全。

缺点：溶剂即水由于自身表面张力较大，对颗粒的润湿性较差；干燥时水的蒸发速度较慢，相比有机系溶剂所需调节的温度较高，流延效率较低；对一些微小变化较为敏感；干燥过程中容易出现缺陷，如起泡、开裂；制备过程中产生的缺陷会引起流延片应力集中，使得流延片在烧成时易开裂。

2.3 凝胶流延成型法

凝胶流延成型法是根据有机单体的聚合反应使得浆料得以固化而制得的制品。凝胶流延成型是将有机单体与交联剂的水溶液充分混合，接着依次加陶瓷粉料、分散剂以及增塑剂制备出固含量高且粘度较低的浆料，然后在引发剂与催化剂共同作用下，在适当温度时有机单体发生聚合反应，此时泥浆粘度增大，并伴有凝胶化反应发生，制备出强度较高韧性较好的流延坯件。凝胶流延成型法中选择单体必须遵循的原则是：制备好的浆料具有较好流动性及稳定性；单体发生聚合反应所生成的聚合物为长链状，且该聚合物有足够的强度以便后续加工程序顺利进行。

优点：固化速度较快，干燥可以与聚合反应同时发生，大大缩短整个成型周期；可以成型较为复杂形状的制品；制品显微结构均匀性好，生坯密度和强度较高；生产成本降低。

缺点：设备复杂，且所制作的器件被氧气阻碍容易起皮出现缺陷，影响流延器件的叠片效果。

图7 凝胶流延成型法流程图

2.4 紫外引发聚合流延成型法

紫外引发聚合流延成型法则是引入了紫外引发原位聚合机制，在流延之前对所制得浆料做出了调整。将紫外光敏单体和紫外光聚合引发剂加进浆料中，使得浆料在成型同时引发聚合反应，浆料原位固化从而达到了成型。

紫外引发聚合流延成型法需要对陶瓷粉体和溶剂先行进行超声分散，之后使得溶剂蒸发，而此两个步骤是在原来的水基流延成型法中也不可见的。该法所用的浆料即包括了陶瓷粉料、光敏聚合单体、光引发剂以及分散剂，将这些物质进行一次混磨，然后进行除泡，之后所处理好的浆料就可以进行流延成型。

优点：生产过程没有溶剂，可以省去干燥步骤。

缺点：需要在普通所用的流延机上加上紫外光源，设备复杂，成本增加。

图8 紫外引发聚合流延成型法流程图

参考文献

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作者：L-things