《功能材料制备与成形》课件第五章 流法成型－2

1、片型陶瓷的制备形状复杂的薄壁陶瓷第五章 流 法 成 型第3周：9月20日 9月23日Part 2 将固体粉末配制成具有一定粘度的料浆；料浆从容器流出，被刮刀以一定厚度刮压涂敷在专用衬带上；料浆在衬带上漫流、铺展，形成表面光滑、厚度均匀的薄层；料浆薄层经干燥成为固化的粉末层；将固化的粉末层从基衬带剥离，获得膜状的生坯。5. 3 流延成型（Tape Casting)图5-36 流延成型 根据制成品的尺寸和形状需要，流延生坯可作冲切、层合等加工处理，制成待烧结的毛坯成品。 流延成型制备陶瓷元器件的基本工艺流程为： 粉体浆料制备流延剪裁叠层脱脂烧结5.3.1流延设备流延机见图5-37，包括载体膜（流延

2、衬带）、流延头、喂浆机、干燥区和收片单元。图5-37流延设备组成示意图流延机包括载体膜（流延衬带）、流延头、喂浆机、干燥区和收片单元。图5-37流延设备组成示意图 载体膜要求表面平滑、水平度高、以平稳的速度直线运行。 对浆料具有一定粘接力：易于将流延膜与流延带分离。一、载体膜流延膜1）PET（聚对苯二甲酸乙二醇脂）膜： 一般厚度为50120um. 表面上通常有一层有机硅脱模剂。 2）不锈钢带制备： 一般厚度为0.10.5mm厚。可反复使用。常用流延带材料： 二、流延盒:V0 载送带速度；T 浆料通过刮刀后的即时厚度T干燥后的生坯厚度。图5-3典型的流延头及其稳定片厚的流延口示意图流延生坯厚度可

3、用以下公式给出： t： 生坯厚度； g：重力加速度； l： 刀片厚度； ：干燥收缩率； H： 料浆液面高度； V0 载送带速度；： 密度； ： 浆料粘度； h： 刀锋间隙。1、干燥区通常采用红外线加热器或热空气。 2、干燥区域一般分为三个区域：三 干燥区 低温抽风干燥区 2530C，并控制抽风 高温抽风区 3050C， 抽风（分量交小） 高温红岗区 4060C 烘干 1、卷起干燥的陶瓷生坯。 2、调整流延带的方向，保证流延带始终保持平行运行四、收片系统 1、卷起干燥的陶瓷生坯。 2、调整流延带的方向，保证流延带始终保持平行运行四、收片系统5.3.2 料浆的配方与制备 流延成型用浆料是固体粉末的

4、悬浮液。除固体粉末外，料浆还包括粘结剂、分散剂、增塑剂和溶剂等组元。固体粉末： Al2O3， ZrO2。 粘结剂： 粘接粉末，增加坯体强度分散剂： 提高浆料分散性增塑剂： 增坯体塑性溶剂： 调节浆料粘度，便于流延成形配方包括1）固体粉末 浆料中的固相颗粒最好为球状。如果是非球状的，生坯密度沿流延方向（y方向）大于沿宽度方向（x方向），从而使生坯烧结收缩率呈现方向性。 流延生坯烧结收缩率的变化 （y方向为流延方向， x方向为流延生坯宽度方向）生坯厚度/mm2）粘结剂 它最重要的任务是包裹粉体颗粒、产生三维相互连接的树脂构架，从而固化成膜、赋予生坯一定的强度和韧性。 采用长链的高分子（MW3000

5、080000）聚合物。选择粘结剂需要考虑的因素生坯的厚度与所选溶剂的相匹配及不妨碍溶剂挥发和不产生气泡易于烧除，不留残余物能起到稳定浆料和抑制颗粒沉降的作用要有较低的塑性转变温度，以确保生坯在室温下有较好的韧性，能够接受必要的后续加工；不与衬带材料相粘，使生坯脱模容易 图 5-41 生坯中粘结剂含量与颗粒间距的关系粘结剂的含量 粘结剂含量增加，浆料的粘度增加； 粘结剂含量增加，坯体的强度增加。 含量较低时 粘结剂包覆颗粒，并使颗粒相互连接形成三维结构，三维结构中有间隙。 随粘结剂含量增加，先是使颗粒被粘结剂包覆更完整，后是逐渐填充在固体颗粒的三维结构中的间隙，直至间隙完全填满。陶瓷颗粒间距都不

6、会改变，因而坯体中固体粉末的体积分数不变，烧结时的收缩率不变。 加入量很大时 当含量超过某一临界值时，粘结剂会制造空间，使生坯表面覆盖一层粘结剂，同时固体颗粒拉开距离。 粘结剂含量越高，颗粒间距越大。陶瓷的体积分数降低，烧结时的收缩率上升。3）溶剂基本功能溶解分散剂、粘结剂和增塑剂等添加成分，使它们容易均匀分散于浆料中；赋予浆料流动性。选择溶剂主要考虑的因素在浆料中能保持化学稳定性，不与粉体发生化学反应；易于挥发与烧除；使用安全卫生，对环境污染少。 常用的溶剂分有机溶剂和水两大类 有机溶剂 常用：乙醇、甲乙酮、三氯乙烯、甲苯、二甲苯等。 挥发快，干燥时间短。 所以流延法制膜中使用有机溶剂较多。

7、 但有机溶剂易燃且有毒。 水 成本低、使用安全卫生和便于大规模生产。 缺点：对粉体颗粒的湿润性能较差，挥发慢，干燥时间长；浆料除气困难，气泡的存在会影响生坯的质量；能与其配合的粘结剂多为乳液状，市场上产品较少，使粘结剂的选择受到限制。混合溶剂 溶剂对粉体的湿润性能主要与其表面张力有关，表面张力越小，对粉体颗粒的湿润性能越好。 有机溶剂的表面张力比水要低得多，所以其湿润性能比水好。 混合溶剂的表面张力和介电常数等性能比单一组分好，且沸点较低，对分散剂、粘结剂和增塑剂的溶解性能也较佳。 为确保干燥过程中溶剂同时挥发，流延浆料中常用二元共沸混合物。最常用的有乙醇/甲乙酮、乙醇/三氯乙烯、乙醇/水和三

8、氯乙烯/甲乙酮等。4）分散剂 浆料中的小颗粒有重新聚合成大团聚体的趋势，这些颗粒簇的快速沉淀可能引起分层效应。 分散剂的功能 能够控制颗粒团聚的程度和团聚体的强度。 分散剂的分散机理 电斥稳定机理（胶团结构） 空间位阻稳定机理 电斥稳定+空间位阻结合结合常用分散剂：三乙醇氨 颗粒在浆料中的分散状态影响浆料的粘度，而分散剂会影响颗粒在浆料中的分散状态。 分散剂含量对浆料粘度的影响 左起颗粒的构型：团聚、分散、絮凝5）增塑剂增塑剂的功能 粘结剂都有相互交联的链，使得其玻璃化温度Tg往往高于室温。即使粘结剂能够保证生坯的强度却不能使生坯具有足够适合于加工的韧性。 增塑剂的加入能够调节温度Tg，使其接

9、近或低于室温，提高生坯的韧性。 增塑剂的软化机制可描述为当增塑剂将自身附着于由粘结剂链的结点所造成的活性中心时，粘结剂分子内键合产生断裂。 使用原则 要易烧除，不留残余物，并且在化学和物理上是稳定的，且便宜、无毒。 (a） (b) (c) 增塑剂的原理(a)粘结剂聚合物；(b)增塑剂；(c)增塑聚合物（分子间距离增大） 增塑剂的用量根据实际的需求而改变，在保证增塑效果的前提下尽量少用。 产品为薄片状，不需要再进行变形加工时，可以适当地增加生坯的强度，即减少增塑剂的用量；当需要制备如卷曲型的陶瓷样品时，需要生坯有很好的柔韧性，增加增塑剂的用量。增塑剂用量：溶剂粉体分散剂球磨粘结剂增塑剂混磨除泡流

10、延成型6）浆料的制备工艺浆料制备工艺流程5.3.4 流延生坯的要求与评价1）要求 对生坯的实际要求为：呈现小的各向异性、没有宏观缺陷（如伤痕或裂纹）；表面应当平整光滑；生坯顶部与底部的微观结构没有差异。2）评价方法 主要依赖现场经验，尚未制定完全的评价方法。下述方法通常在实际中使用，被视为有效的生坯质量控制方法。表面粗糙度 采用表面粗糙度仪测量。 生坯的表面粗糙度反映了原料粉的固体颗粒尺寸和聚集、生坯中原料的分散性、树脂成分的含量、浆料的粘度性质和干燥条件等因素。 生坯若没有充分校平，表面粗糙度增大。 增加树脂成分的含量，且分散均匀，可使生坯表面光滑。 拉伸试验 测量流延生坯的不拉伸强度和延伸

11、率。 透气性(a)(e)(d)(b)(c)(d)(e)(f)图19 生坯质量随PVB含量的变化图。(a)2g、(b)3g、(c)4g、(d)4.5g、(e)5g、(f)6g夹具细砂式样砂桶图20 拉伸强度测量示意图(a)(c)图21 生坯样品 (a)标准式样示意图 (b)拉伸前 (c)拉伸后(b)(a)(b) 图22 生坯最小卷曲半径测量图 5-44 粘结剂聚合度对生坯力学性能影响（1）聚合程度较高；（2）聚合程度较低图 5-45 粘结剂、增塑剂比例对生坯力学性能影响图 5-46 有机物含量对生坯力学性能影响图 5-48有机物含量对生坯透气性的影响图 5-49 分散剂含量对浆料粘度、生坯光泽度

12、的影响图 5-50 浆料中含水量与生坯密度之间的关系图 5-51 浆料中含水量与生坯的拉伸强度之间的关系生坯的拉伸强度/gf/cm2图 5-52 浆料中含水量与生坯的延伸率之间的关系图 5-53 生坯存储湿度与其性能之间的关系 5.3.5 流延成型特点 特别适合成型0.05mm1mm厚度的片状连续坯体 生产速度快、自动化程度高、效率高 产品组织结构均匀、质量好。 5.3.6 应用 一种陶瓷基片的专用成型方法 多层叠层共烧技术基础5.3.6 应用 一种陶瓷基片的专用成型方法 多层叠层共烧技术基础 将固体粉末与有机物混合制备成浆料（或称之为油墨）；油墨由丝网模透过网孔漏出，在承印物上形成规定图形和

13、厚度的膜层。 图5-54 丝网图5-55 丝网印刷原理示意 丝网上有些孔被堵塞，有些孔未被堵塞，未被堵塞孔形成某种图形。具有这种图形的丝网成为丝网印版（或称之为网模）。 5. 4 丝网印刷图5-56 丝网印刷原理示意图5-57 丝网印刷过程示意（这里基板就是承印物）影响丝网质量的主要因素图5-57 丝网印刷过程示意图影响丝网质量的主要因素图5-57 丝网印刷过程示意图影响丝网质量的主要因素图5-57 丝网印刷过程示意图 印刷时，将承印物放在丝网印版下，但两者不相接触。在丝网印版一端上倒入油墨，用刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端移动。油墨在移动中被刮板从漏孔中挤压到承

14、印物上。漏出的油墨在承印物上形成一个与漏孔尺寸相当的油墨滴，由于油墨的内聚作用，油墨滴不发生漫流，固着于原来的区域。 在印刷过程中，刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触。在刮板的作用力下，丝网印版局部产生向下的变形，同时丝网的张力产生对刮板的反作用力，这个反作用力称为回弹力。由于回弹力的作用，使丝网印版与承印物接触线随刮板移动。只有接触线附近，才有油墨漏出，漏出的油墨与丝网印版粘连。在接触线以外区域，丝网印版与承印物为脱离状态，没有油墨漏出。而在刮板前移时，原来接触线附近固着在承印物上的油墨与丝网发生断裂， 保证了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。当刮板刮过整个版面后抬起时，丝网印版也抬起，与承印物

15、完全脱离接触。用刮刀将油墨轻刮回初始位置，至此完成一个印刷行程 。图5-58 刮刀对油墨的压力分布，采用丝网印刷制造制品的主要工艺流程为： 油墨设计与制备丝网模设计与制备印刷干燥烧成 从膜层的厚度来看，采用丝网印刷制备的膜层厚度在1-100m范围内，属于厚膜。区别于薄膜(厚度小于1 m的膜层材料)。5.4.1丝网印刷分类1）根据承印物的质地 纸张类印刷塑料类印刷陶瓷类印刷玻璃类印刷线路板印刷金属类印刷纺织类印刷2）按操作方法分 手工印刷 指印物的续与收、印版的移动、刮扳刮印均为手工操作。机械印刷 指印刷过程由机械动作完成。 其中又分为半自动和全自动印刷，半自动指承印物放入和取出由人工操作，印刷

16、由机械完成；全自动是指整个印刷过程均由机械完成。 丝网印刷由五大要素构成，即印版、刮板、油墨、印刷台以及承印物，关键是印版和油墨。5.4.2.丝网印版的制作 (1) 丝网选择： 选择丝网材料、网孔大小。丝网材料尼龙丝网 强度高，耐磨性较高，耐碱性较高，耐酸性稍差，油墨透过性好，丝 线直径小，弹性好，印迹鲜明。 涤纶丝网 稳定性好，强度高，耐腐蚀，性能优于尼龙丝网，绷网张力高，适合 高精印刷。 不锈钢丝网 强度高，稳定性好，丝径小，网目高，耐抗性好，寿命长，弹性 差，受冲击易破裂，适合精密印刷，不适合曲面印刷。 镀镍涤纶丝网 镀镍涤纶丝网综合了涤纶丝网和不锈钢丝网的长处，适用性广，价格适中， 耐

17、腐蚀性差。 丝网网目数 常用 30 目（孔 厘米）、40 目、60 目厘米、80 目厘米、120 目厘米、140 目厘米和 160 目厘米等几种。 一般情况下，网目数大，网丝直经小。 细丝密网，分辨率高；粗丝粗网，分辨率低。一般选择原则 印刷曲面时，选用弹性大的丝网，如尼龙网；印刷吸收性大承印物时，用网孔面积大的丝网； 印刷光滑面时，用高弹力、高张力的丝网； 印刷粗糙 面时，用低网目的丝网； 印刷精度高的印刷品时，用低延伸率、高张力的丝网；2）绷网 将丝网绷在网框上。 绷网要求丝网张力适当，均匀稳定，丝向一致，避免斜拉，经纬丝各自平行。关键是调整丝网的张力。丝网张力/N/cm丝网张力/N/cm

18、蚕丝网尼龙网聚脂丝网（单线）1624 2028 2432聚脂丝网（多线）聚脂丝网（单线/多线）不锈钢丝网1624 16242832表5-6常用绷网张力表(3) 制版 将丝网上的一些孔堵起来，使未堵的孔形成印制图形。分直接法、间接法、混合法三类。 丝网直接制版 在丝网上直接制备要印制的图形。 流程为：丝网清洗涂感光胶晒版显影质检。底版 用于制备丝网印版的原版，用透明薄胶片制备，其上绘有要印制的图形形状，有图形的地方不透光，无图形的地方透光。 底版可以人工绘制或通过照相法获得。 晒版 将涂感光胶均匀涂敷在丝网上，堵塞丝网的所有网孔。 将底版粘附在涂有干燥的感光胶的丝网上，使丝网通过底版接受某种光线

19、照射，丝网上的感光胶有的地方得不到曝光（与底版有图形的地方接触处），有的地方曝光（不与底版有图形的地方接触的其余地方）。晒版显影经晒版的丝网用特殊溶液（显影液）清洗，未曝光的感光胶从丝网上清除掉，出现通透，而已曝光的感光胶仍然留在丝网上，阻塞网孔。 显影 不同的感光胶对应不同的显影液。 清洗尽显影液后，干燥后，便得到一个丝网印版。包括以下项目： 版膜质量 对照底版检查其精细部分在丝网印版上的再现程度如何。 通孔质量 版膜的适应能力丝网印版的质量检查 激光烧蚀直接制版 先在金属丝网上涂布丝网感光胶，然后用计算机控制激光烧穿感光层，使图形部分网孔 通透。 此法只能用于金属网。 激光曝光直接制版 先

20、在丝网上涂感光胶，用计算机控制激光器在网版上成像，然后冲洗掉未感光的感光胶，制造通孔。 这种制版方法使用专用感光胶，曝光系统价格高。 喷墨成像系统 先在丝网上涂感光胶，用计算机控制喷墨系统把阻光墨喷到图文部 分感光层上，然后用紫外线对丝网全面曝光。冲洗掉感光的感光胶，使印刷图形区域形成通孔。 间接法 在其它地方按照印刷图形刻蚀好一个膜片（称作掩膜），再将掩膜贴到预备的丝网上。 混合法 在丝网贴一张膜片，在膜片上涂感光胶，然后对膜片进行刻蚀。5.4.2 油墨的配方与制备1)油墨的基本性能 要求 为了获得边缘整齐、图形清晰的印刷膜层，油墨应满足以下基本要求： 粘度适中 粘度要求与印刷参数关系很密切

21、。 粘度越低，油墨越容易漏过，印刷速度越快；承印物结构疏松，粘度要求小；粘度过大的油墨对承印物的润湿性差，不易通过丝网转移到承印物上，造成印刷困难，印迹缺墨；粘度过小，会造成印迹扩大，致使印刷线条合并，成为废品。 不同的印刷产品对油墨的粘度要求不同。对普通印刷品而言，粘度要求大约为4-12Pas；导体油墨约为1.7x102-3x102Pas，对电阻油墨粘度为2x102-3x102Pas，对介质油墨粘度为1.2x102-2x102Pas触变性 指搅动时粘度变小，但放置一段时间粘度后又恢复到原来的较大的状态。 由于触变性，在受到刮板运动产生的剪切应力作用下，油墨粘度降低，容易漏过网孔；在承印物上的

22、油墨，由于剪切力除去，粘度升高，不再流动。 图5-59 丝网印刷过程油墨粘度的变化 在印刷之前，要充分搅拌油墨，使粘度减小，然后进行印刷。油墨沉积到承印物上之后，粘度变大。 流平性 刚印刷完毕沉积在承印物上的油墨，在极短的时间内产生相互连接、流平，形成连续的膜层，以消除丝网痕迹。 屈服值 指加一定外力，油墨开始流动所必须施加的最低应力。 屈服值太大，油墨发硬，不易打开，输墨不便，流平性差；屈服值太小，印刷细线和网点再现性差。 网印墨层较厚时，屈服值不能太低。 弹性 指油墨涂层在变形后又重新恢复其原有状态而不爆裂的能力。 干燥性 既要网板上的油墨能够长时间不干燥结膜，又要求承印物上的油墨涂层干燥

23、速度快。 以保持印迹的清洁，节省场地，加快印刷速度。 硬度 油墨涂层的硬度。 粘附强度 油墨对承印物又良好的粘附性能。2）油墨的组成 依其用途的不同，油墨的组成相差很大。但从原理上，油墨的组成物由四部分组成：功能相、粘结剂、溶剂与助剂。功能相 赋予油墨层特定的使用性能。 功能相的成分因油墨层的使用性能而异，如果油墨层是为了彩绘，功能相应该为颜料粉或染料粉；如果油墨层是为了形成导电线路或绝缘层，功能相应该为某种导电粉末或绝缘材料粉末。粘结剂 按化学属性分为两部分：无机粘结剂 通常是一些玻璃粉，经烧结后，它能够将功能相粉末颗粒拉近，并固定在承印物上。 只在油墨膜层需要烧制时才使用无机粘结剂 。如在

24、各种厚膜电路、陶瓷表面的彩釉制备工艺中，其丝网印刷浆料就需要含一定量的无机粘合剂。在印层烧成的温度下，这些无机粘合剂成为液体，润湿功能相颗粒，并将功能相拉近，使功能相连续；液相向承印物表面的微孔中渗透或与与承印物表层反应形成过度层，将功能相固定在承印物表面。 如果印刷膜不需烧结，不采用无机粘结剂。有机粘结剂 使固体物质（包括功能相和无机粘合剂）粘合起来，赋予印刷膜基本性能和赋予油墨基本印刷性能的有机物。 有机粘结剂是所有油墨都必须具有的组元。 有机粘结剂是指具有复杂结构、大分子量的、非晶态的有机化合物（树脂）。它能溶解在有机溶液中，其溶液在溶剂挥发后即形成膜。 用于油墨的有机粘结剂有以下两类：

25、天然树脂: 主要有松香、松香衍生物、沥青、达马树脂、虫胶、生漆等；合成树脂: 热塑性树脂: 塑料树脂、丙烯树脂、聚合树脂聚酰胺树脂等； 硬化树脂: 指因化学反应而硬化的树脂， 常温固化型:、加热固化型、光硬化型，主要有醇胺树脂、氨化树脂、环氧树脂、氨基甲酸树脂、光硬化树脂等。表5-8丝网印刷油墨用主要树脂 溶剂 分散固体粉末，溶解树脂，并赋予油墨基本的流动性等印刷性能。 包括 油脂、有机溶剂等。 油脂 分动物油、植物油、矿物油三大类。 常用的植物油有桐油、亚麻仁油、豆油、蓖麻油。 矿物油是从石油分馏而得到的系列溶剂的总称。 常用的矿物油有：汽油、高沸点煤油（油墨油）和润滑油。有机溶剂 主要作用

26、是溶解树脂形成溶液。 印刷后，通过挥发逸出墨膜。 表5-8丝网印刷油墨用主要溶剂 助剂 为了提高油墨的各种印刷性能而添加的各种辅助物。 常有以下几种：减粘剂，目的是降低粘性；稀释剂，降低粘性与粘度；增稠剂，增加粘度；催干剂，又名干燥剂，目的是加速结膜；防干剂，延缓结膜；增塑剂，使油墨印层柔软；防脏剂，防止印品上的油墨蹭脏其它印品；消泡剂，除去油墨中的泡沫；分散剂，促进功能相在油墨中均匀分布；均匀剂，改善印层平滑性。3）油墨的配方示例 应用于各种厚膜电路的油墨的大致成分：导体浆料导体材料+玻璃粘结剂 75-80%有机粘合剂 25-20%电阻浆料电阻材料 75%有机粘合剂 25%电容介质浆料电容介

27、质 材料 70-75%有机粘合剂 30-35%表5-9 RuO2-Ag玻璃釉电阻浆料的组成与厚膜的性能4）浆料制备 图5-60 丝网印刷油墨制备工艺流程 为了适应印刷工艺的要求、保证印制品的重复性，对于要烧结的印制品还要有利于烧结，油墨中的固体组元必须是很细的粉末。 常用导体浆料中的粉末的平均粒径见下表。表5-10厚膜电子浆料中固体粒子的平均尺寸 印刷的图形越精细，固体粉末的粒度应越细。 固体粉末应均匀地分散于有机粘合剂中，理想状态是每个粒子均为有机粘合剂所包围。如果固体粉末不是单一成分，则应把不同的固体粉末预先混合均匀。 颗粒细化、混合以及制浆通常均采用球磨方式。5.4.3 印刷工艺 印刷质

28、量优良厚膜，应该是位置准确（印刷精度），厚度适中（转移比），形状正确（转移比），印刷稳定（重复性）。 某导体厚膜的质量见图5-61与图5-62。图5-61印刷质量的好与坏(a)好（无流渗）；(b)坏（有流渗）图5-62 丝网印刷导体的截面（a)有显著的跑墨（b)无显著的跑墨 据资料介绍，影响印刷质量的因素达38项之多，但这些因素的重要程度并非完全一样，这里只介绍几个主要影响因素。这些因素影响主要体现在对膜层的厚度及均匀性方面的影响。而膜层的厚度及均匀性对厚膜元件是极为重要的，如膜层的厚度增加，则厚膜电阻的阻值减小、厚膜电容的容量减小。1）浆料的粘度和固体含量 油墨的转移过程，是油墨在外力作用下

29、通过网孔到达承印物表面的过程。 网孔的转移（漏印）油墨量Q 满足公式： Q=r4p/8l 其中： p丝网两面的压力差，实为刮印压力； r丝网孔径； l网版厚度； 丝网油墨粘度。 由上式可以看出，网版转移油墨量与油墨的粘度成反比，与丝网的厚度成反比。 网版的厚度在制版之后一般没有大的变化，所以影响油墨转移量的关键因素就是油墨的粘度。 显然，粘度越小，油墨转移量越大，印层的厚度越大。 油墨的粘度对印刷图案清晰程度的影响。 粘度太高，图案边缘不平齐；粘度太低，线条变粗。所以粘度要适宜。 为了保证膜层的一致性，在重复印制过程中，油墨的粘度变化特性也应一致。 油墨的粘度可以通过改变有机粘合剂的组成加以调

30、整。但是调整粘度，必须注意到油墨的流变性非常复杂这一事实，往往是粘度达到了要求值，其他性质又发生了改变。这一现象表明，既使油墨的粘度相同，其印刷膜质量也可能不同；而且印刷参数的改变，也将会影响厚膜的性能。油墨的屈服值对厚膜图案的清晰度的影响 屈服值太低，图案边缘不清晰；屈服值太高，膜层中有丝网的痕迹。 油墨的固体含量直接影响厚膜的厚度 含量高则膜厚。 膜厚的改变则会改变厚膜的性能。2）丝网与承印物间的距离-离网高度 一般来讲，脱离高度增加，印刷墨层厚度增加。 但离网高度太大，则膜层又薄，重复性差，丝网的寿命缩短。 如果脱离高度太小，承印物容易被丝网粘住，使印出的图案模糊不清。 图5-62某厚膜

31、电阻的阻值变化与脱离高度的关系 从该图可见，当脱离高度小于1mm时，阻值变化很大；若脱离高度选在1-2mm，阻值变化可控制在5%左右。3）印刷压力、印刷速度、刮板的断面与角度印刷压力（刮刀的压力） 印刷压力增大，漏过丝网的油墨量增多，故膜层增厚。 通常，印刷力过大，容易产生流渗；反之，印刷压力过小，可能导致漏过丝网的油墨量太少，印刷图形模糊。 有一个最佳印刷压力范围。图5-63某厚膜电阻的阻值变化与印刷压力的关系刮板的断面 刮板的断面增大，膜层增厚。印刷速度（刮板的移动速度） 取决于印刷时间和油墨的黏度。 一般而言，降低印刷速度会增加印刷时间和适印性。然而，当印刷速度快时，油墨的黏度下降，通过

32、丝网孔口的流动性就得到改善（这取决于油墨的触变性指数）。 图5-64油墨的滚动现象 当贴放于丝网上的被刮板推向孔口时，转动力施加在油墨上，油墨开始转动（见图5-64），油墨的黏度下降，使它更容易推过孔口，提高油墨的转移质量。 不过，也有实验表明，印刷速度由50.8mm/s增加到203.2mm/s时，印刷膜厚度平均值略有减小，但影响不很大。故有人认为印刷速度影响不大。刮板角度（刮板与丝网所成角度） 是控制印刷膜厚度的重要因素。 角度越小，把油墨压下丝网的压力越大，漏过的浆料就越多，膜厚越大。 刮板角度在30- 40间变化时，阻值变化较小，是较理想的刮板角度。图5-65某厚膜电阻的阻值变化与刮板角

33、度的关系4）丝网目数、丝网张力、掩膜厚度 丝网目数 主要影响膜厚和图案的清晰度。 一般来说，丝网目数越小，印出的膜较厚，图案清晰度较低。表5-11厚膜电阻特性与丝网目数的关系配方编号（杜邦公司）目数（目/cm）膜厚（um）阻值（欧姆/）加热到125时的电阻温度系数（106/ ）干燥后烧后782641657012841.728.319.19.925.116.811.49.11533135321034662646594547782741657012839.428.720.814.223.919.614.07.11245148020513953404405319229782841657012837.

34、627.721.314.825.018.514.77.92.651033.521034.721037.86103148124812.8783241657012840.432.825.118.527.919.113.48.95.561036.431038.2310313.1810365583119丝网张力 是衡量丝网绷紧程度的一个指标。 其大小可用张力测定计测量。测量时，在绷紧的丝网中心的一小块面积上，加一已知力，丝网受力下垂，下垂的距离表示丝网绷紧的程度。下垂的距离越大，张力越大。 不同材料的丝网，既使目数相同，其张力也不一定相同。 丝网张力直接影响印刷图案的清晰度和膜厚。 随着丝网张力增加，

35、膜层厚度增加。 为了获得清晰的图案，丝网张力必须具有一定的数值。张力太小丝网变松，图案清晰度变坏。 张力太大，丝网容易变形和磨损。掩膜厚度 主要影响膜厚。 掩膜越厚，则图案孔的深度越大，能容纳的油墨（穿过丝网过来的）就越多，沉积层厚度越大。 但是掩膜厚度对膜厚的影响是有限的，当掩膜厚度达到某一上限值时，对膜厚无影响。该上限值与印刷条件、丝网参数、油墨的流变性有关。5）图案的几何形状和尺寸 一般来说，如果图案开孔区较宽，印刷时线形变化较大，印出的膜层较薄，膜层的厚度受网孔大小控制；如果开孔区较窄，则印出的膜层较厚。其原因是，开孔区影响了局部区域网孔处可利用的油墨的多寡，而膜层厚度主要取决于丝网上

36、网孔可利用的油墨的多寡。 对于中等尺寸的开孔区，印刷时丝网线不变形，膜层厚度适中，膜厚主要取决于网孔大小和掩膜的厚度。图5-66图案开孔尺寸对膜厚的影响6）印刷次数 印刷次数不同，膜厚不同；印刷次数越多，膜越厚。 通过控制印刷次数，可以控制膜厚。但膜后与印刷次数不呈线形关系。 印刷参数的改变膜厚变化脱离高度增大增大刮板压力增大增大刮板速度增大增大丝网张力增大增大掩膜厚度增大增大表5-12 改变膜厚的方法小结5.4.4 膜厚的计算 油墨通过网孔转印到承印物瞬间形如小柱，小柱的底面形状与丝网孔形状相同，高度等于丝网高度与掩膜厚度之和。对于目数为N、丝网线径为d、掩膜厚度为e 丝网模，印出的每一个油

37、墨小柱的底面积为(1/N-d)2,高为h=ad+e,其中a为线间系数，尼龙丝网的a=2,不锈钢丝网的a=2.3-2.6。图5-67丝网参数 每个油墨小柱的体积为： v=(1/N-d)2(ad+e) 单位面积内油墨小柱的总体积为： V=vN2=(1/N-d)2(ad+e)N2 当油墨小柱形成连续膜的厚度为t时，因为连续膜的体积与各小柱的总体积相等（忽略挥发损失），有： t= (1/N-d)2(ad+e)N2 由该式可见网膜尺寸对膜厚的影响。表5-13不锈钢丝网尺寸对膜厚的影响 表中的掩膜厚度为25.4m,网孔率是网孔面积占总丝网面积的百分率，干膜是指烧结后的膜。5.4.5干燥与烧成 1）干燥 图

38、案印好后，为使图案的几何尺寸固定下来，同时又方便下一次印刷或下一工序的进行，需要对膜层进行干燥。 在干燥过程中，膜层中有机溶剂挥发，使膜层逐渐固化。 干燥包括自然干燥与加热干燥。自然干燥 将刚印好的厚膜在常温、常压下放置一段时间。 刚印出来的图案，其表面还留有丝网的痕迹，在自然干燥的早期，油墨还具有一定的流动性，借助这有限的流动性，使膜层平整，从而获得均匀的厚度。 自然干燥时间不宜过长，通常几分钟即可。否则会出现油墨的渗透，使图案变得模糊。加热干燥 干燥在开放型干燥炉中进行，也可在普通烘箱中进行，采用真空干燥或红外干燥，效果较好。 厚膜元件的印刷涂层往往需要加热干燥。 干燥温度通常采用120-

39、150，干燥时间一般取15-60分钟。2）烧成 通过高温，使印刷膜层不是通过有机物，而是通过无机物粘结在承印物上，并使膜层致密化。 并不是所有印刷膜层都需要烧成。 烧成的机制一般为液相烧结。其液相来自于油墨中的无机粘结剂（玻璃粉）。1）厚膜导体与材料 是厚膜电子元件及厚膜混合电路的一个重要组成部分，主要用作电路的内部互连线（包括多层布线）、外贴元器件及外引线的焊区、电容器电极及电阻器引出端头、厚膜电感器、低阻值电感器厚膜微带及包封等方面。厚膜导体材料的种类 种类很多。 从导体浆料的组成来看，有含玻璃粘结剂的，也有不含玻璃粘结剂的。 功能相为导电材料，从导电材料的使用情况来看，有采用金属粉末的，

40、也有采用金属有机化合物的有采用贵金属的，也有用贱金属的；有用单一金属的，但更多是用二元或三元合金的。5.4.6 应用举例图5-68 在基板上形成厚膜电阻与厚膜导体的截面图 还可以按烧成温度对其分类，分高于1000的、低于1000的、在100-300的之间三类，后者又称导电胶。图5-69 运用激光束对厚膜电阻进行微调原理表5-14厚膜导体按烧成温度分类表5-15厚膜导体的种类和一般特性图5-70各种导体油墨的片电阻值导电厚膜对基片的附着机理 一般采用Al2O3陶瓷等基片。 浆料中含有无机粘结剂，无机粘结剂通常为玻璃与氧化物中的任一种。烧成之后导电的功能相被无机粘结剂固结在基片上.玻璃粘结型 厚膜

41、导体中的玻璃相、导电金属、基片间均无反应，厚膜导体对氧化铝基片的粘附基本上是机械结合。 在导体膜烧结过程中，玻璃熔化成为熔体，对金属颗粒产生一定程度的润湿，通过毛细管力将金属颗粒拉近，形成连续的金属网；另一方面玻璃熔体润湿基片表面，并渗入基片的晶界，从而形成紧密的粘合，使膜层具有一定附着强度。 玻璃在膜层中的分布是不均匀的，在接近膜的表层，金属成分过剩，金属颗粒结成连续的网状结构，少量玻璃填充其空隙之中；而在膜层底部则有玻璃的富集。图5-71玻璃粘结型导体膜结构示意图图5-72氧化铝基板低温型厚膜金属化示意图（1）玻璃粘结型；（2）化学粘结型 如果玻璃与金属界面之间的相互扩散是理想的，则粘合的

42、失效部位应发生在玻璃层内。这时附着强度就是玻璃的强度。 为了使玻璃富集基片表面并扩散到其晶界，玻璃与基片的润湿角应小于玻璃与金属的润湿角。 通常，在厚膜导体材料中添加Bi2O3， Bi2O3在高温下溶入玻璃中，可改善玻璃对基片的润湿性能；Bi2O3还与基片中的Al2O3反应，形成固溶体（Bi，Al）2O3，这也提高了厚膜对基片的附着强度。 玻璃的线膨胀系数应与基片相等或略小，以使膜层有较高的机械强度，从而有利于膜层在基片上的牢固粘附。化学粘结型 又称反应结合或氧化物粘附型。 最常用的粘结剂是氧化物CuO或Cu2O，通过烧结与Al2O3反应生成尖晶石铝酸盐（或与BeO生成铍酸盐），与基片间构成化

43、学键，故具有很高的附着强度。混合物粘结型 浆料中的无机粘结剂是氧化物与玻璃的混合物。图5-73 厚膜电容器经典工艺流程2）厚膜电容器图5-74 厚膜电容器的横截面图5-75厚膜电容器各结构层印刷图形 图5-76单层介质厚膜电容器结构示意图5-77 多层介质厚膜电容器结构示意 图5-78 厚膜电感器的印刷方法 1-基片；2，4-铁氧体层；3-导体层3）厚膜电感器 利用丝网印刷法可以制成单层（单面或双面）平面厚膜电感器和多层平面厚膜电感器。4321图5-79双面单层 厚膜电感器的结构图5-80 交叉布线结构示意图4）交叉布线图5-81具有填补绝缘层的交叉布线结构示意图图5-82交叉布线结构的等效电

44、路图5-83 厚膜PTC热敏电阻器的结构5）其它图5-84厚膜型CdS-CdTe太阳能电池制造工艺简图(a)检测头结构 (b)气敏特性 图5-83 厚膜气体传感器 A、D加热器引线； B、 C器皿元件引线填孔及引线制备方法(a)检测头结构 (b)气敏特性 图5-83 厚膜气体传感器 A、D加热器引线； B、 C器皿元件引线5.5 思考题1）何谓流法成型？据你所知，哪些成型方法属于流法成型？2）浆料有哪些流体形式，各具有哪些特点？3）什么叫触变性，如何表征？4）何谓浆料的稳定性？浆料稳定的基本原理是什么？5）何谓电位？ 电位在浆料稳定性方面有何意义？6）何谓注浆成型，其基本工艺路线是什么？7）注

45、浆成型用石膏模具如何制备？8）何谓流延成型，其基本工艺路线是什么？9）何谓丝网印刷，其基本工艺路线是什么？10）丝网印刷浆料如何组成？ 两相对电子的亲和力不同 在非水系中，电离理论不便应用，但确有实验证明在非水分散体系中也有电动现象，因此有人提出，在非水介质中质点表面电荷来自两相对电子的亲和力不同。 质点的热运动相当于质点与介质间的摩擦，在碰撞过程中电子可以从一相流入另一相，犹如用玻璃棒摩擦毛皮可以生电一样。 Coehn曾提出一条经验规则：两个非导体组成的分散系中，介电常数大一相带正电，另一相带负电。2）胶体稳定性的DLVO理论 胶体质点之间存在着van der Waals吸引作用，而质点相互

46、接近时又由于胶体质点外围带电层（胶团）的重叠而产生排斥作用，胶体的稳定性就取决于质点间吸引力与排斥力的相对大小。a) 质点间的van der Waals吸引能 分子之间存在着van der Waals作用，指的是以下三种涉及偶极子的长程相互作用： 两个永久偶极子之间的相互作用 永久偶极子与诱导偶极子之间的相互作用 诱导偶极子之间的色散相互作用上述三种作用全系负值，即表现为吸引，其大小与分子间距离的六次方成反比。除了少数的极性分子之外，对大多数分子，色散相互作用在三类作用中占支配地位。 胶体质点可以看作是大量分子的集合体。Hamaker假设，质点间的相互作用等于组成它们的分子对之间的相互作用的加和，对于两个彼此平行的平板质点，得出单位面积上的相互作用能为：A =-A/(12 D2)D：为两板之间距离；A：为Hamaker常数， 对于同一物质的半径为a球形质点，相距H,它们之间的相互作用能为: A =-Aa/(12 H)物质 A/10-20J A/10-20J （宏观法） 微观法水 3.06.1 3.36.4离子晶体 5.811.8 15.841.8金属 22.1 7.615.9石英 8.08.8 11.018.6碳氢化合物 6.3 4.610 聚苯乙烯 5.66.4 6.