注浆成形氧化铝陶瓷料浆的工艺控制

1、第43卷第5期202x 4： 10 /|山东陶瓷shandong ceramics经验交流doi 码:注浆成形氧化铝陶瓷料浆的工艺控制近籍娴.王安英.徐东舀.李世崽.马定敏（山东硅元新型材料股份.山东淄博25508）摘要氧化铝陶瓷由于其其有校禹的机横强度.硬度大附府姓好.化学卷定性优良等优 点.在许多行业被广泛应用，近年求尤其在半导体行业中遇速开展，开展半导体设备用氧化侣 粘密肉洸产品的开发奇义重大，而注某成形由于本钱低，工艺过程简平，易于控制和操作等优 点.成为孜化相陶瓷生产中比拟常用的一种成形方式。本文主要以95成化铝陶瓷为例，从成化 铝粉体的选择、烧结助刑的选择、戒水剂（分教剂）的选择、

2、料浆的幼度和颗粒分布、料象的后技 灶理五个方面讨论了注浆成形氧化誓洵花料浆的工z技制。关键词 箕化铝的瓷；注浆成形；料叛；工艺控制中图分类号:kh74.6-22文献标识码：a1前言弱化铝陶瓷是一种以氧化铝为主要原料.以 a-ala为主品相的削鹿材料。箕中.ai0的含屈 一般在75%-99.99%之间轼化铝陶瓷乳有材料结 构稳定，机破强度高，硬度高,熔点高，抗腐蚀，化学 稳定性优建.电阳率大,电绝缘性能好等优点，成为 煎化物肉姿中应用最广,用途眼宽、产妆最大的陶 瓷材札在化.、纺织,医学、汽车、冶金、航空航天、 造纸机械半导体等行业广泛应用【叫 尤其近儿 年.随着图家政策的调整,半导体行业迅速开

3、展，产 业规模急速增大.半导体制造设备持续向精密化、 复杂化演变.高精密陶奁关桩部件的技术要求也越 来越高目前我国有几百家半导体的设计、生产厂 家，但半导体设备和关键帝密部件大都依族进【i, 大大制约门可内半导体行业的开展：高格密陶瓷部 件的价值约占半导体设备的16%.全球市场约为 100亿美元.几乎完全被美国.h本、饰国等国外企 业垄断，而我国半导体行业要实现高质融开展.就 必须拥有自己的关糠核心技术和产业资源配奁，开 展半s休设备用敏化铝精密陶瓷产品的开发.经济 价值、战略价值非常重大氧化铝陶瓷根据产品的配方组成、性能要求、 结构形状、使用环境等要求的不同.分别采用不同 的成形方式成形其成

4、形方式主要有:注浆成形、等 静压成形、干压成形、凝胶注凝成形、流延成形、热 压铸成形、注射成形挤压成形等多种成形方式，其 中.注浆成形由于本钱低i：艺过程简单.易于控制 和操作等优点，话用于生产一些形状复杂且不规 姻、外规尺寸要求不严格、壁薄以及叩胎产品”注浆 成形是氧化铝陶瓷生产中比拟常用的种成形方 式孔2研究内容与结果一 股来说，翻化铝陶瓷注浆成形的料浆需要具 备以下性能:（!）%动性好；（2）稳定性好;（3）有一 定的触变性;（4）含水量少渗透性要好;（5）不粘模 烈.易于脱模;（6）料浆要於量不含气泡。在箕化铝 陶瓷的实际生产中要想得到性能优良的料浆.需要 在各个生产环节进行工艺控制，

5、本文主要以95机 化铝陶瓷为例.从以下五个方面讨论注浆成形氧 化铝陶瓷料浆的i.艺控制2.1氧化铝粉体的选择由于氧化铝陶瓷中的主要原料是氧化铝粉体. 而95氧化侣陶瓷的氧化铝含址到达r 95%.所以, 吊1化铝粉的选择影响成形和烧结.尤其是粒径和粒 度分布都是生产优质机化铝囤瓷的必备耍求：目 前优质的氧化铝粉供给商都集中在美国、ii本、德收 m ii ffl : 202x - os - 06 作者商介泛h»（ 1981年.>.女.山东初0人.研宛生，主耍从事站曲肉建的研究。ii国等兴旺国家,国内缺乏优质的皱化铝粉体 国内 敏化铝粉体的化学纯度、晶型、粒度分布、颗粒形 貌、孔结构

6、比外表积、收缩率等物理化学指标不 能有效枪定地控制 所以联想得到高性能的救化 铝陶瓷一般部采用遂口级化铝粉体 而生产性能 优异的钦化铝陶瓷,提高轼化铝陶瓷的致密度，需 要氧化铝粉的粒度要小.井旦具有一定的粒度分 布范桐 因为，颗粒的分散度也影响料浆的粘度和 触变性。根据轼化铝陶瓷产品用途的不同粉体粒 度略有差异。以95柴化铭陶瓷为例,氮化铝粉体 的粒度一般在几十微米以下。2.2烧结助剂的选择由于斜化铝熔点高达2o5ot.普通的窑炉难 以到达该烧结温度.纯敏化铝陶瓷很难烧结所以 一般会根据产从的性能要求不同来参加不同种类 和数咕的烧结助剂来降低烧结温度烧结助剂一 般有两类:一类是tgmiq

7、9;crowj等与氧 化伟生成固溶体，由于这类变价氧化物的变价作 用使得氧化铝的晶格产生了缺陷，活化了晶格，从 而促进r烧结但是这些过渡金洲氧化物的参加 般生成着色轼化铝陶瓷 另一 类烧站助剂为高 岭土、sio、ca（）、mg（）等,这些成分均起焰剂作用. 降低熔液的生成温度以及粘度.增大液相的生成 址，提高熔液对固相的溶解速度和溶解数员，从而 降低烧成温度，促进烧结3但是它们的参加虽不 宜过多,否那么容易形成过14的玻璃相，并使晶粒过 度长大,从而影响敏化铝陶瓷的机械强度以及耐 磨性，在实际的生产中.可以根据产品的不同来选 择相对应的烧结助剂.例如mgo-aho-sio：体系 ca（）-a1

8、a-si（）2 体系或者 cao-mgo-alu-sio；体 系等。以95轼化铝陶瓷为例.各类烧以助剂的总 含量一般在10%以下c2.3减水剂（分散剂）的选择由于假化铝陶瓷原料中多为疥性札对于辩性 料一般采用使藉性料悬浮的方法制得注浆成形所 需的料浆- 一般有两种方法:一是控制料浆的ph 值在3-4,使料浆获得较好的流动性还有悬浮性. 但是由于酸性料浆对于注浆所用的石肖模型腐浊 性较大,对于注浆操作人员也有定的危害性.所 以实际生产中一般不采用:二是有机胶体与外表 活性物质的吸附，也即参加跋水剂（分散剂）来改 变料浆的悬浮性能:一般以水为悬浮液时，不加诚 水剂（分散剂）的钮化铝期瓷料浆水分含量

9、高达 35%以上，料浆中的水分越多，产品在干燃以及后 期烧成中的收缩就越大.而收缩率越大.产品就越 易产生缺陷.如：开裂、变形等 而通过参加祓水剂 （分散剂）可以降低水分含址.得到含水址少、具 有r好流动性、触变性及一定粘度的料浆一般的 减水剂（分散制）有阿拉伯树胶、六偏磷酸钠、梭甲 基纤维素、聚内烯酸及其盐类、岌合分散剂等以 95氧化铝陶瓷为例.参加聚丙烯酸盐类分散剂的 效果较好,其分子在水溶液中形成网络结构.在敏 化铝胶粒表而形成一层右机亲水保护膜.所以.要 碰撞聚沉就有琲度从而起到很好的悬浮效果 在 实际生产中,聚丙烯酸盐类的参加址般在百分 之几.不宜过多可以根据钗化铝陶瓷最终产品的 不

10、同,由参加址的不同来控制轼化铝陶瓷料浆的 水分含堂在35哓以下，从而到达减水的效果 2.4料浆的细度和颗粒分布k化铝陶瓷料浆的颗粒细度以及位度分布对 轼化铝陶瓷料浆的性能以及产品的机械性能有较 大影响-般认为，料浆的飘粒越细，其比外表积 越大.越能得到结构致密、机械性能优越的氧化铝 陶瓷 但是.如果颗粒过细.会导致料浆触变性变 大。所以,应当控制合理的粒度分布.才能使敏化 铝陶瓷料浆性能优异而合理的粒度分布需要根 据氧化铝陶瓷产品的要求来选择适宜的研磨球尺 寸.合理的料球比以及球磨时间 以95氧化铝耐 磨瓷为例.料球比宜设定在e.52之间,球磨时 间根据料浆所需的粒度进行控制，最终球磨得到 的

11、氧化馅陶瓷料浆d50 一般控制在十儿微米以 卜对于高性能精密氧化铝陶瓷产品的制造而二, 会要求敏化铝陶瓷料浆的d50以及1）90更小 2.5料浆的后续处理要恩得到注浆性能优良的氧化铝陶瓷料浆还 需要将球磨后的料浆进行后续处理首先.将球磨 后的料浆过40 80 i第用以去除料浆中的大瓢 粒以保证料浆的粒度和均匀性 其次.采用除铁 装置将料浆除铁以去除原材料和球磨过程中带 入的快杂质.因为铁杂质的引入会使烧成的氧化 铝陶瓷产品带有锈点、斑点等缺陷 再次，料浆使 用前陈腐定时间注浆俯使用k空搅拌机对料 浆进行搅拌以及抽菜空30min以上.以使料浆均 匀,去除气泡有助于注浆成形得到无缺陷的轼化 铝陶瓷

12、坯体i系成形h化irrht尊浆的工艺控制3结论氧化铝陶瓷由于其具有较高的机械强度.硬度 大,耐磨性好.化学稳定性优依等优点.在许多行业 广泛应用 而注浆成形由于本钱低.工艺过程简 单.易于控制和操作等优点，成为氧化铝陶瓷生产 中比拟常用的一种成形方式。本文以95氧化铝陶 瓷为例，从氧化铝粉体的选择、烧结助剂的选择、 m水剂（分散剂）的选择、料浆的细度和颗粒分布、 料浆的后续处理五个方而讨论和总结了注浆成形我化铝陶瓷料浆的艺控制过程,以及如何得到 性能优异的氧化铝陶瓷注浆成形料浆参考文献id於娜爆.王安英,徐东昌等.做化用化方而的 应用.山东 huft.202x（ 2 ）：9-12.2 刘绯先避

13、向瓷.艺学.武汉理.大学出版社.2004.3 王维邦.耕火材h工艺拿（第2坂）.冶金工业出版社. 20xx.process control of alumina ceramic slurry by slip castingmeng shanshan, wang an'ying, xu dongchang, li shihui, ma jianrnin(shandong giti)u<u)a dvanced (leramies co. ld. zibo% shtuulong 255086).abstract： alumina ceramics are widely used in

14、many industries because of their ailvantages of high mechanical strength .high hardness, good wear resistance and excellent chemical stability. due to the advantages of low cost*simple process,easy control and operation,slip casting has become a common molding metl)(xl in alumina ceramic pixxluction

15、. in recent years,especially in the rapid development of semiconductor indumry jt is of great significance to develop alumina precision ceramics for semiconductor equipment. taking 95 alumina ceramics as an example, this paper discusses the process control “f alumina siuitv from five aspects:(he choice of alumina powder,the choice of sintering assistant .the choice nf water reducing agent (<lisper*<mt ),the fineness and particle distrilmtion of slurry .and the sul)scx|iicnt treatment of slurrykey words: alumina ccrumics：slip casting ： slurry; process cont