当前位置:首页 > 粉体资讯 > 粉体加工技术 > 正文
陶瓷流延成型浆料原料怎么选?
2021年11月04日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:292
觉得文章不错?分享到:

流延成型法制备大面积、超薄陶瓷基片的重要方法,被广泛应用在电子工业、能源工业等领域,制备Al2O3、AlN电路基板,BaTiO3基多层陶瓷电容器(MLCC)及ZrO2固体燃料电池等。流延成型技术为电子元件的微型化以及超大规模集成电路的实现提供了广阔的前景。

↑↑流延成型工艺简介:将陶瓷粉体、溶剂、粘接剂、增塑剂的混合浆料通过刮刀浇筑在一个平面基体上,均匀铺展、溶剂挥发后,形成具有一定强度和柔韧性的陶瓷坯片(生片)。

↑↑柔韧如纸张的氧化铝生带(片)

流延成型工艺主要包括前期浆料的配制和后期工艺参数调整。其中,流延浆料的组成成分决定了后续流延过程的具体工艺参数,以及生带(片)的表观形貌、共烧匹配性乃至成品的综合性能。


流延浆料的主要组成为无机粉体和有机载体。其中,无机粉体充当功能相,有机载体充当流动相。下文我们一起来看看流延成型浆料各个组分选择要求。

无机粉体

陶瓷粉体的物理外观参数是决定产品最终质量的关键。陶瓷粉体的颗粒尺十和形貌对颗粒堆积以及浆料的流变性能会产生重要影响。为了陶瓷生坯中粉体颗粒堆积致密,粉体的尺寸必须尽可能小,但是颗粒尺寸越小比表面积越大,所需有机添加剂越多,导致陶瓷烧结收缩率增加,烧结体密度减小。

以氧化铝粉体为例,通常流延成型中所用粉体的比表面积为2-11m2/g,颗粒尺寸在0.3-1.7μm范围内当然随着随着陶瓷薄片的厚度降低,对粉体的要求也是相应的提高的,据可靠数据显示1μm的流延薄膜需要使用100nm以下的粉体,如此细的粉体就算是制备出来了,想让它保持良好的分散状态是不易的,得依靠非常强大的工艺技术及设备支持。

在浆料配制过程中,粉体的分散性尤为重要。为了提升粉体在浆料的分散性,除了适当添加分散剂外还可以通过改变粉体自身的特性来解决分散性问题。通过适当的对粉体表面进行改性处理可大大的提高浆料的分散性能和流变性能。

相关阅读:

超细粉体的表面处理技术简介

https://mp.weixin.qq.com/s/eD7YinlptR2TwZwTI8JiEg

有机流延浆料的有机载体

有机载体作为浆料的重要组成部分,赋予了流延浆料特有的流变和分散性能。有机载体可以形成聚合物网络连接粉体颗粒,使粉体均匀分散不沉降,还可使浆料具有一定流动触变性。有机载体主要包括粘结剂、塑化剂、分散剂、溶剂等。

①溶剂

有机载体中的溶剂赋予了浆料流动性,使粉体均匀悬浮在液体中,同时也将各个添加剂组分均匀地分散开,形成均匀混合体。目前单一的有机溶剂无法满足后续的梯度升温干燥工艺,且使用单一的有机溶剂极易出现应力开裂和浆料表层起皮现象。因此,二元或三元共沸溶剂体系在有机流延体系被广泛应用。

二元共沸体系组成及其沸点

溶剂的流变特性是影响浆料粘度和流延时间的重要因素,其决定了有机载体的流变特性,进而影响到流延生带的质量,合理选用溶剂可以有效提高生带的均匀性、致密性等物理性质。

干燥挥发性能同样也是选择溶剂时的一个重要标准。溶剂挥发太快,粘度太大,浆料表面极易起皮,后续流延干燥工艺中易产生龟裂现象;溶剂挥发太慢,粘度太小,生带无法干燥完全,则无法继续进行后续的冲孔热压操作。

②粘接剂种类

粘结剂作为生带中唯一的连续相,其种类和含量决定了最终生带的强度和密度大小。目前,流延浆料中最常用的粘结剂主要为PVB(聚乙烯醇缩丁醛)和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)两类。

③分散剂

在流延成型过程中,浆料应始终保持均匀状态,不能出现分层、絮凝等现象,颗粒与颗粒之间必须达到良好的分散程度,无团聚现象发生,保证流延得到的生带具有密度均一的特点。因此,必须选择合适的分散剂来提高流延浆料分散稳定性。

分散剂是一种在分子结构上同时具有亲水性和亲油性两种相反性质的界面活性剂,吸附于粉体颗粒表面,通过静电排斥和空间位阻稳定机制产生作用。分散剂的含量和种类需要根据不同的浆料体系来选择。常见的品种有

在流延成型陶瓷基片技术中,烧结工艺与最后烧结体的性能紧密相关。烧结温度梯度和烧结时间都决定了最终烧结体的外貌形态。当烧结制度不匹配时,陶瓷基板很容易出现边缘翘曲、断裂等现象,并且烧结后的灰分残余也极大地影响着基板的介电性能。因此在实际应用过程中,还需要针对浆料的组分设定不同的烧成制度。

水基流延浆料的有机添加剂

无用多说,水基流延体系为了环保而生,尽管应用之路困难重重但是却是很绿很值得探讨的。在水基流延成型体系中,溶剂分散介质为去离子水,水可以溶解陶瓷颗粒表面的离子,改变颗粒的表面化学性质,同时具有很大的表面化学能,这给陶瓷颗粒的均匀分散带来了巨大的麻烦,直接让水系流延成型难度系数报增。有些易水解的材料,还有先改性一下避免水解,例如大名鼎鼎的导热王子氮化铝。

对于水系流延成型而言,分散剂的选择非常之重要,聚丙烯酸(PAA)类聚电解质,还有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚丙烯酰胺都是非常靠谱的选项,具体加多少?只能多试试看看多少合适~~~

与有机流延体系不同,水基流延浆料中的粘结剂主要分为水溶性粘结剂和水系乳胶粘结剂两类。两者最大的区别为水溶性粘结剂是溶解于水的聚合物,而乳胶粘结剂是不溶于水的聚合物颗粒,悬浮在溶液中,不再是浆料中的粘结相,只有在生带干燥后才变为连续相,充当粘结剂作用

水溶性聚合物粘结剂在水基流延中已经得到了广泛的应用,主要采用PVA、纤维素以及聚丙烯酸来制备流延浆料。

乳胶粘结剂主要包括丙烯酸类、聚乙烯类、聚氨酯类等,其不再是浆料中的连续相,浆料也成为有机和无机颗粒的分散相。因此,在选择乳胶粘结剂的同时,也应考虑浆料溶液的pH值影响。丙烯酸类是水基流延经常使用的一种乳胶粘结剂。丙烯酸聚合物具有内部塑化和交联可控的特点,可以提供良好的内聚力,且应变值低,得到的生带具有较好的柔韧性。当然也有将两者一起应用的,效果也不错。

 

参考资料:

[1]吕子彬,海韵,吕金玉,徐博,韩滨,陈玮,刘永华,祖成奎.陶瓷基片流延成型用浆料研究进展[J].武汉理工大学学报,2021,43(06):7-14.

 

粉体圈Alpha整理

版权声明:  

本文为粉体圈原创作品,未经许可,不得转载,也不得歪曲、篡改或复制本文内容,否则本公司将依法追究法律责任。


相关内容:
 

粉体求购:

设备求购:

寻求帮助:

合作投稿:

粉体技术:

关注粉体圈

了解粉体资讯