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陶瓷薄片资料的成型工艺——流延成型

发布时间:2022-04-30 23:35:17 来源:欧宝娱乐下载平台

  流延成型法最早使用于造纸、油漆和塑料等范畴,是一种历史悠久的成型技能,具有设备简略、可接连操作、出产效率高、坯体功能均一等的特色,十分适用于大面积、超薄陶瓷基片的制备。

  跟着近年来的研讨和开发,流延成型法不只能够用于Al2O3、AlN电路基板、BaTiO3基多层电容器及ZrO2固体燃料电池等的制备,它还逐步扩展到金属、合金以及有机资料等范畴。

  流延法制备进程首要包含浆料制备、流延成型、生坯枯燥、脱脂以及烧结几个环节。首先将陶瓷粉体与涣散剂参加溶剂(水或有机溶剂)中,经过球磨或超声波振动翻开颗粒聚会,并使溶剂潮湿粉体,再参加粘结剂和增塑剂,经过二次球磨得到安稳、均一的浆料;再将浆料在流延机上进行成型得到素坯;然后进行枯燥,使溶剂蒸腾,粘结剂在陶瓷粉末之间构成网状结构,得到素坯膜;接着对素坯膜进行机加工,得到所需求的特定形状;终究经过排胶和烧结处理得到所需求的制品。

  流延成型用到的质料首要包含陶瓷粉料、溶剂、涣散剂、粘结剂、增塑剂,必要时还需求除泡剂和匀化剂等。

  陶瓷粉体是流延成型浆料的首要部分,陶瓷粉体的性质直接影响终究产品的功能。陶瓷粉体的挑选原则是:(1)严格操控陶瓷粉体的杂质含量。陶瓷粉体的化学组成和特性会影响甚至能操控终究烧结资料的缩短率和显微结构,所以有必要严格操控陶瓷粉体中的杂质含量。(2)严格操控陶瓷粉体的颗粒尺度和描摹。陶瓷粉体的颗粒尺度和描摹对颗粒堆积以及浆料的流变功能会产生重要影响。为了使陶瓷生坯中粉体颗粒堆积细密,粉体的尺度有必要尽可能的小,可是颗粒尺度越小比外表积越大,所需有机添加剂越多,导致陶瓷烧结缩短率添加,烧结体密度减小。陶瓷颗粒尺度的最佳规模一般为1~4μm,比外表积为2~5m2/g,颗粒描摹以球形为佳。

  溶剂的首要效果是溶解粘结剂、增塑剂和其他添加剂,涣散粉粒,并为浆料供给适宜的粘度。在溶剂的挑选上首先要考虑以下几个要素:(1)能很好地溶解涣散剂、粘结剂和增塑剂;(2)能涣散陶瓷粉料;(3)在浆猜中坚持化学安稳性,不与粉料产生化学反应;(4)供给浆料适宜的粘度;(5)能在恰当的温度下蒸腾与烧除;(6)确保素坯无缺陷固化;(7)运用安全,对环境污染少且价格便宜。一般选用的是二元机溶剂如乙醇/甲乙醇、乙醇/水、乙醇/三氯乙烯等。

  陶瓷粉体在溶剂中的涣散程度对素坯的功能有明显影响。因为流延成型所运用的粉体颗粒很小,具有较高的外表能,粉体颗粒有聚合的趋势,使浆料变得不安稳。因而,流延浆料需求添加特别的涣散剂,用以限制颗粒的聚会程度以及聚会体的强度。涣散剂的首要效果是使陶瓷粉体外表潮湿,下降颗粒的外表势能并使颗粒之间的势垒升高,然后到达安稳浆料的意图。常用的涣散剂有磷酸酯、乙氧基化合物、鲱鱼油、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸以及铵盐等。

  粘结剂是衔接陶瓷颗粒,意图是使生坯具有必定的强度。需求留意的是:所选粘结剂要与溶剂匹配,有利于溶剂的蒸腾和不产生气泡;有较低的塑性改变温度,以确保室温下不产生凝聚;能起到安稳浆料和按捺颗粒沉降的效果。增塑剂的参加是为了确保素坯膜的柔韧性,下降粘结剂的玻璃化改变温度,使粘结剂在较低的温度下,链分子在外力的效果下弯曲和扩展,添加形变量。一般选用的粘结剂与增塑剂的组合为PVB/DBP、PVA/PEG,也选用两种增塑剂组合,如PVB/DBP+DOP。

  有机流延溶剂系统(即传统流延工艺)研讨和使用较早,在陶瓷制备的使用上现已较为老练。其常用溶剂有甲苯、二甲苯、乙醇和三氯乙烯等,实践出产中则常用乙醇/甲苯、乙醇、三氯乙烯等二元共沸溶剂等。

  因为有机溶剂的相容性、易蒸腾、低蒸腾潜热、低外表张力以及可防止陶瓷粉体水化的特色,因而,有机流延成型系统具有添加剂挑选规模较广泛、溶剂蒸腾快、枯燥时间短等许多长处,易得到结构均匀、坯体缺陷尺度较小、强度高柔韧性较好的陶瓷薄板。可是有机溶剂具有必定的毒性,不可避免的给人类和生态环境带来损害,且出产本钱较高,制品有机物含量较高、密度较低、排胶进程易开裂,这些都限制着有机流延成型的开展。

  水基流延成型浆料是一个比较复杂的系统,首要由陶瓷粉体、水、涣散剂、粘结剂、塑性剂以及其它添加剂组成。水基流延系统克服了有机流延系统对环境有损害、本钱高、制品密度低一级缺陷,合适用于大规模出产。但水基流延系统存在以下首要问题:溶剂蒸腾速率低;粘结剂含量高排胶时素坯缩短率大;因为氢键的存在,粉体多聚会;对工艺参数的改变灵敏,素坯膜的质量较低;素坯脆性大,枯燥时简单开裂等。

  水基凝胶流延成型工艺是使用有机物单体聚合的原理进行流延成型。该法是将陶瓷粉体、涣散剂和增塑剂参加有机单体和交联剂的混合溶液中,制备出低黏度并具有高固相体积分数(体积分数大于50%)的浓悬浮液。然后参加引发剂和催化剂后,操控温度并引发单体产生聚合反应,使悬浮体的黏度增大,然后产生原位凝结成型,最终制备出具有必定强度并且合适机加工的坯体。

  凝胶流延成型工艺不只明显下降浆猜中有机物的用量,并且进步固相体积分数,进步产品的密度和强度,有利于资源节约型、环境友好型社会的构建。

  根据水基流延成型的缺乏,人们在成型机理上进行了改善,使用紫外引发原位聚合机制,将紫外光敏单体、紫外光聚合引发剂参加浆猜中并引发紫外原位聚合反应,使浆料原位固化成型。相对传统的流延成型工艺,紫外引发流延成型工艺只要在普通流延机加上紫外光源即可完结,免去了最简单形成资料成型失利的枯燥进程。

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