4.3流延成型技术.ppt

陶瓷流延成型法 流延工艺是由Glenn N.Howatt最早提出并应用于陶瓷成型领域,并于1952年获得专利。流延法是一种制备大面积、薄平陶瓷材料的重要成型方法，流延成型自出现以来就用于生产单层或多层薄板陶瓷材料。现在,流延成型已成为生产多层电容器和多层陶瓷基片的支柱技术,同时也是生产电子元件的必要技术：如用Al2O3制得各种厚度的集成电路基板和衬垫材料；用BaTiO3制成电容器介质材料；用ZrO2制成固体氧化物燃料电池、氧泵和氧传感器等。此外,流延成型工艺还可用于造纸、塑料和涂料等行业。流延成型工艺包括浆料制备、成型、干燥、剥离基带等过程。该工艺的特点是设备简单,工艺稳定,可连续操作,生产效率高,可实现高度自动化。 陶瓷流延成型法 流延成型的具体工艺过程是将陶瓷粉末与分散剂、粘结剂和增塑剂在溶剂中混合，形成均匀稳定悬浮的浆料。成型时浆料从料斗下部流至基带之上，通过基带与刮刀的相对运动形成坯膜，坯膜的厚度由刮刀控制。将坯膜连同基带一起送入烘干室，溶剂蒸发，有机结合剂在陶瓷颗粒间形成网络结构，形成具有一定强度和柔韧性的坯片，干燥的坯片连同基带一起卷轴待用。在储存过程中使残留溶剂分布均匀，消除湿度梯度。然后可按所需形状切割、冲片或打孔。最后经过脱脂烧结得到成品。 水基流延成型工艺 水基流延成型工艺使用水基溶剂替代有机溶剂，由于水分子是极性分子，而粘结剂、增塑剂和分散剂等是有机添加剂，与水分子之间存在相容性的问题，因此在添加剂的选择上，需选择水溶性或者能够在水中形成稳定乳浊液的有机物以确保得到均一稳定的浆料。同时还应在保证浆料稳定悬浮的前提下，使分散剂的用量尽量地少，同时在保证素坯强度和柔韧性的前提下使粘结剂、增塑剂等的有机物的用量尽可能少。 水基流延成型工艺优缺点 水基流延成型具有价格低廉，无毒性，不易燃等优点，但也存在一些问题：a)蒸发速度低；b)所需的粘结剂浓度高；c)氢键引起陶瓷粉末团聚导致絮凝；d)浆料对工艺参数变化敏感，不易成型表面致密光滑的陶瓷膜；e)坯体结合不充分，干燥易起泡开裂，脆性大，易弯曲变形；f)缺陷引起应力集中，导致烧结开裂。目前，水基流延成型的研究主要应用于Al2O3， ZrO2等少数的氧化物陶瓷，对TiC也有研究。 凝胶流延成型工艺 水基凝胶流延成型工艺是利用有机单体的聚合原理进行流延成型。该法是将陶瓷粉料分散于含有有机单体和交联剂的水溶液中，制备出低粘度且高固相体积分数的浓悬浮体（50％体积分数），然后加引发剂和催化剂，在一定的温度条件下引发有机单体聚合，使悬浮体粘度增大，从而导致原位凝固成型，得到具有一定强度、可进行机加工的坯体。水基凝胶流延成型所使用的浆料由陶瓷粉末、有机单体、交联剂、溶剂、分散剂、塑性剂等组分配制而成。 凝胶流延成型工艺 有机单体的选择原则是：粘度低、溶液稳定性好、流动性好；经聚合反应能够形成长链状聚合物；形成的聚合物具有一定的强度，保证成型后的素坯能够进行切片、冲孔等加工作业。用于凝胶流延成型的有机单体有：2-羟乙基甲基丙烯酸酯（HEMA）、甲基丙烯酸（MA）、丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酰胺（MAM）等。凝胶流延成型工艺的优点在于可以极大地降低浆料中有机物的使用量，提高浆料的固相含量，因而提高素坯的密度和强度，同时大大减轻环境污染，并显著降低生产成本。目前凝胶流延成型工艺已经应用于研制氧化铝陶瓷薄片及燃料电池YSZ等领域。 流延等静压复合成型工艺 流延等静压复合成型工艺是以非水基和水基流延成型工艺为基础的工艺过程，它把流延成型工艺和等静压成型工艺有效的结合起来，以提高素坯的成型密度和烧结密度，工艺过程较为简单，易于陶瓷膜的工业化生产。由于流延素坯本身制备工艺的限制，其浆料固含量较低，虽然通过增大粒径，可以提高浆料固含量和提高素坯密度，但粉体粒子粒径过大，其烧结性能就会下降，反而会导致烧结膜材密度下降。另一方面在素坯干燥过程中，因溶剂的挥发，粘结剂和塑性剂难以在干燥前填充溶剂挥发留下的气孔，从而在素坯表面和内部留有许多凹坑和孔洞，使素坯结构疏松，密度较低，而单层流延膜由于厚度较小，不能采用一些非常规烧结手段（如热压烧结），只能采用无压烧结，加上烧结过程中大量有机添加剂的烧除，很难获得致密的流延烧结膜材。因素坯密度较低，结构疏松但延展性较好，故对素坯采用等静压二次成型提高素坯成型密度，将提高烧结膜材密度。 流延成型溶剂 选择溶剂的基本原则为:必须能溶解其它添加成分，包括分散剂、粘结剂和增塑剂等；在浆料中能保持化学稳定性，不与粉料发生化学反应；易于挥发与烧除；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和水两大类。因用有机溶剂所得的浆料粘度低，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，但使用有机溶剂存在易燃和有毒的缺点，而用水作溶剂