陶瓷膜流延料浆简介PPT课件.ppt

陶瓷膜流延料浆简介 2019 10 20 陶瓷流延成膜技术简介 随着电子元器件的微型化 集成化 低噪声和多功能化趋势加速 许多新型封装技术相继问世 新型封装技术与片式元件表面组装技术相结合 又产生了新微组装技术 作为微组装所用的陶瓷基片产业也因此迅速发展 流延法正是因此发展起来的陶瓷成型方法 除用于高集成度的电路封装和衬底材料的基片外 流延陶瓷产品还用于薄膜混合式集成电路 可调电位器 片式电阻 玻璃覆铜板 半导体制冷器及传感器的基片载体材料 2 2020 3 20 流延成型法 俗称刀片法 是把制得的稳定浆料 如陶瓷粉料与有机塑化溶液 通过刀片刮到基带上 形成均匀连续的浆膜 经干燥后形成具有一定厚度和均匀的素坯的成型方法 流延成型具有生产速度快 膜表面光泽 膜厚可控 均匀性好的优点 3 2020 3 20 流延成型装置主要由刮刀 移动基板和干燥区 在流延机上 浆料在基板的作用下变成压力流和拖曳流的结合 刮刀和基板之间的间隙可以控制流延膜的厚度 流延膜的表面会因为表面张力而变得光滑 然后将溶剂蒸发 浆料就会在增塑剂和粘结剂的影响下成型为具有一定强度 韧性的流延膜 4 2020 3 20 流延成型工艺 根据溶剂的种类 流延成型的工艺流程主要分为有机流延成型和水基流延成型 有机流延成型研究和应用较早 在陶瓷膜制备的应用上已经较成熟 5 2020 3 20 流延成型工艺流程 溶剂 陶瓷粉体 分散剂 球磨混合 混合物 二次球磨 除泡过滤 粘结剂 增塑剂 流延 干燥 生坯 烧结 陶瓷膜 6 2020 3 20 流延用料浆 浆料制备是流延过程中最重要的一步 配制均匀而稳定的浆料是流延工艺过程中的关键 浆料配制的一般原则是 保持浆料的高固含量时保持其低粘度 分散剂量要适中 粘结剂和增塑剂的比例要调整到使素坯膜具有较好的强度和韧性 固体粉体分布均匀 无团聚 7 2020 3 20 流延用料浆 为了使流延膜的厚度保持不变 具有光滑的表面和均匀的组织结构 用于流延成型的浆料应为假塑性流体 成型开始时 刮刀会给浆料施加一个剪切应力 在剪切应力的作用下浆料的黏度降低 从而可以在基板上形成一层均匀的膜 当刮刀通过浆料后 剪切应力消失 黏度升高到初始状态 浆料的流动性变差 保持流延膜的均一不变 8 2020 3 20 料浆的成分 流延成型所用的料浆的成分种类主要有 粉料 粘结剂 溶剂 分散剂 增塑剂 粉料提供所希望的膜性能 溶剂分散粉体 溶解聚合物 决定料浆粘度 粘结剂连接粉体颗粒控制流变行为 分散剂调节料浆粘度 增塑剂提供坯体塑性 9 2020 3 20 料浆的溶剂 流延料浆常用溶剂有甲苯 二甲苯 乙醇和三氯乙烯等 实际生产中则常用乙醇 甲苯 乙醇 三氯乙烯等二元溶剂来增加对不同粘结剂和添加剂的溶解度 有机溶剂的相容性 易挥发 低蒸发潜热 低表面张力以及可防止陶瓷粉体水化等特点 因此 有机流延成型体系易得到结构均匀 坯体缺陷尺寸较小 强度高柔韧性好的陶瓷薄板 10 2020 3 20 粘结剂 粘结剂流延过程中最重要的高分子添加剂 粘结剂的主要作用是为坯体提供一个三维的网络以为后续的操作提供一定的强度 粘结剂是唯一一个在生坯中的连续相 对生坯的很多性能都有很重要的影响 比如强度 塑性 可剥离性 持久性 可印刷性 光洁度等等 11 2020 3 20 流延工艺中最常用的粘结剂大致三类 乙烯树脂 丙烯酸树脂和纤维素 粘结剂在流延浆料中的主要目的是使陶瓷粉料连成一体且为成坯提供足够的强度 以达到对其保存和后期加工 增大料浆中粘结剂的可以提高坯体的强度 但是通常也会明显增大料浆的粘度甚至改变其他流变性质 刮刀成膜的均一性和连续性遭到恶化 而且也会影响陶瓷的烧结 12 2020 3 20 粉体颗粒对流延成型的影响 粉料的粒径和形貌会影响浆料制备中有机添加剂的使用量 从而影响浆料的流变性 稳定性 均一性及成膜后的生膜质量 最终影响陶瓷的烧结和性能 一般颗粒越小烧结活性越好 烧结温度就低 可使陶瓷更加致密 但颗粒过小 所需有机添加剂增加 不利于排胶和烧结 因此 要根据实际情况选择粉料的最佳颗粒范围 通常采用陶瓷颗粒 球形的颗粒填密性好 使机械强度更高 陶瓷膜更致密 13 2020 3 20 固含量和粉料粒径对料浆的影响 为得到致密陶瓷膜 通常希望料浆中的固含量尽量高 粉体粒径尽量小 但随着固相体积分数的提高和粒径的减小 浆料的黏度增大 流动性能变差 颗粒的团聚加剧 不利于流延和提高成品陶瓷膜的均匀性 需要根据实验确定恰当的范围 14 2020 3 20 固含量对料浆屈服应力的影响 在浆料固相体积分数较低时 浆料屈服应力表现为随体系固相体积分数增加呈较平缓上升的趋势 但当固相体积分数再继续增加时 浆料屈服应力急剧上升 浆料的流动性也会随着体系固相体积分数的增加而急剧降低 流延操作过程难度随之迅速上升 15 2020 3 20 分散剂 由于流延成型使用小颗粒粉体 具有表面能较高 粉体颗粒有聚集的趋势 浆料不稳定 因此 流延浆料需要添加分散剂 表面活性剂 用以制约颗粒的团聚 分散剂的主要作用是使陶瓷粉表面润湿 降低颗粒的表面势能并使颗粒之间的势垒升高 从而达到稳定浆料的目的 在陶瓷浆料中的分散效果较好的分散剂是 磷酸脂 乙氧基化合物 三油酸甘油酯和鱼油 16 2020 3 20 分散剂含量对浆料黏性的影响 浆料的粘度随着分散剂含量的增加而减小 最后趋于一个稳定值 分散剂用量会存在一个最佳值 如果浆料中分散剂加入量太多 多余的分散剂发生桥接聚集 同样会增大陶瓷粉体团聚的可能性 最终降低浆料的分散稳定性 17 2020 3 20 增塑剂 添加增塑剂的主要目的是降低粘结剂的玻璃化温度 因为大多数粘结剂玻璃化温度都大于40 即在室温下处于脆性玻璃化状态 流动性很差 粘结效果不理想 增塑剂的加入可使其玻璃化温度降低到室温甚至室温以下 最终使坯体在室温下具有良好的柔韧性和延展性 便于后续加工 18 2020 3 20 根据增塑剂提升生坯弯曲性能的原理 可将其分为I类和II类I类增塑剂主要的作用就是软化高分子粘结剂的分子链 使分子链在应力作用下具有拉伸和转向性能 降低粘结剂的玻璃化温度 常用的有聚乙二醇 乙二醇等 II类增塑剂的主要作用是对粉体颗粒起润滑和桥联作用 加入II类增塑剂能使粘结剂分子链具有更好的移动性 阻止粘结剂分子链 过度交联 常用的II类增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯等 19 2020 3 20 参考文献 1 张尚权 流延法制备固体氧化物燃料电池关键材料研究 D 合肥 中国科学技术大学 2010 1 102 2 肖进 固体氧化物燃料电池的相转化及流延法制备研究 D 合肥 中国科学技术大学