电子浆料沉淀的问题;电子浆料行业知识库

控制类悬浮液稳定性浆料球磨机上虽运动还沉淀能解决
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1楼
摘要：水基流延法传统流延法上进行改进,采用水作溶剂制备片层陶瓷基板种方法分子间作用力、静电力和空间位阻共同作用,构成水基流延浆料稳定机理;粉体颗粒尺寸和粒径分布对流延生坯性能具有重要影响;选择合适添加剂种类和加入量能极大地改善水基流延浆料流变性和稳定性,同时提高流延生坯加工性;球磨工艺和真空除泡工艺选择对于制得良好水基流延浆料也重要关键词：水基流延浆料　稳定机理　添加剂　工艺流延成型目前生产陶瓷薄片常用方法之,能制备单层或多层片式陶瓷基板,仅电子设备、电子元件微小型化及超大规模集成电路实现提供了广阔前景,而且工程陶瓷宏观结构设计和微观结构设计提供了能,材料性能优化提供了条新途径[1,2]流延法主要分传统流延法和现阶段研究应用较广泛水基流延法[3]水基流延法主要对传统流延浆料进行改进水基流延浆料采用水作溶剂,降低了传统流延法使用有机溶剂对环境污染和对工作人员健康危害,而且降低了生产成本由于水基流延浆料采用水作溶剂,因此也存着些问题,水溶剂表面张力大,对粉体浸润性差,容易产生大量气泡,除气较困难及干燥和脱脂过程坯体易变形、易开裂等[4]了制得稳定性高、流变性好水基流延浆料,通过研究流延浆料稳定机理,选择适合水基流延陶瓷粉体,控制添加剂种类和用量,并对制备工艺进行恰当设定得满足要求水基流延浆料1·流延浆料稳定机理陶瓷粉体颗粒浆料分散并均匀分布整浆料系统,主要包括3阶段:润湿、解团聚和分散颗粒稳定润湿指吸附粉体表面空气或其杂质被液体所取代过程;解团聚指通过机械或超声等方法,使较大粒径聚集体分散较小颗粒;稳定化指保证粉体颗粒液相保持长期均匀分散[5,6]获得良好分散效,需要根据各种分散机理,适当调节陶瓷粉体悬浮液粉粒度、添加剂选择及用量,并根据实验要求设定球磨工艺和真空除泡工艺陶瓷颗粒液体分散般稳定也均匀,由于微小颗粒具有较大表面能,有重新聚合成大团聚体趋势[7]些颗粒簇快速沉淀造成了浆料分散稳定,特别水基流延浆料,粉体颗粒越小,液体悬浮介质极性越强,则分散效越差定量团聚体会对流延生坯性质和进步加工性能产生良影响[8]陶瓷粉体流延浆料受作用力复杂,除分子间作用力外,还有静电力和空间位阻作用,3种力共同作用构成流延浆料稳定机理分子间作用力产生于颗粒表面原子通过永久或诱导电子/核偶极子而形成相互作用水基流延浆料,由于单粉体颗粒表面吸附层和扩散层所带电荷性质同(见图1),任意两颗粒表面所带电荷性质相同,因而产生静电力相互作用(见图2);静电力相互作用通过浆料pH值来调节,即调节粒子表面电荷密度来调节粒子间静电力[9]排斥性空间位阻作用水基流延浆料稳定机理也占据重要地位(见图3)吸附颗粒表面长链大分子相互作用,形成空间三维网状结构,阻碍粉体颗粒相互靠近而引起团聚,从而起分散粉体颗粒作用[10,11]实际水基流延浆料,颗粒间3种作用力同时存2·流延浆料粉体选择水基流延遵循流延成型粉体选择原则,从下几方面考虑:化学纯度;颗粒大小、尺寸分布和颗粒形貌;硬团聚和软团聚程度;组分均性;烧结活性;规模生产能力及制造成本[12]陶瓷粉体颗粒尺寸对颗粒堆积和浆料流变性都有重要影响对颗粒堆积影响:了能使成型素坯膜陶瓷粉体颗粒堆积致密,粉体尺寸必须尽能小,颗粒尺寸越小比表面积越大,浆料制备时所需有机添加剂越多,使得素坯膜排胶困难,干燥和烧结收缩率增加,终烧结材料密度降低般来讲,陶瓷颗粒佳尺寸1~4μm,比表面积2~5m2/g,粉体球形[13,14]对假塑性浆料流变性影响:剪切速率较小时,颗粒较小浆料系统粘度较大,表明小颗粒更易团聚原因颗粒越小,布朗运动越强烈,颗粒运动平均位移越大,小颗粒有较多机会与其颗粒碰撞而团聚而且,小颗粒有较大比表面积,通过团聚降低表面能[15]当剪切速率较大时,团聚体因剪切作用而被拆散,再决定粘度主要因素时颗粒尺寸对粘度影响需综合考虑方面,表面溶剂化使小颗粒吸附较多液相而使自由液相减小,导致粘度增加另方面,大颗粒具有定速度梯度流体运动需较大力,也易与其颗粒碰撞、摩擦,使能耗增大,因而粘度增大所,当颗粒分布合适时,系统粘度较小[15]另外,实验应采用有定粒径分布陶瓷粉体,使其具有定粒径配比,有利于提高流延坯片致密度3·水基流延浆料添加剂选择水基流延浆料,由于极性分子水作溶剂,且绝大多数粉体带电瘠性粉体,因而水基流延浆料易沉淀分层,流变性和稳定性较差,所浆料配置过程必须添加分散剂、粘结剂、增塑剂等有机溶剂,使浆料满足流延要求3.1·分散剂选择陶瓷颗粒液体分散般稳定,微小颗粒有重新聚合成大团聚体趋势,由此产生颗粒簇快速沉淀,造成分层效应因此,大多数流延浆料要添加分散剂,控制颗粒团聚程度,尤其对于高固相含量浆料同时,了保证生坯密度,必须尽能增加浆料固含量,而固含量高低与浆料粘度密切相关随着浆料固含量升高,浆料流变性会剧烈变化,粘度急剧增高,从而使流延困难了制备适合流延陶瓷浆料,必须加入定量分散剂来改善浆料流变性能金属粒子表面性质类似于Lewisacid[16],有水存条件下,由于大多数氧化物表面能与水相互作用,金属氧化物会金属离子表层形成MOH基团(图4(a))[17]低于等电势点时,H+吸附作用使其表面带正电荷;高于等电势点时,由于OH-吸附作用使其表面带上负电荷,所采用水溶性离子型聚合物分散剂来增大陶瓷粉体表层静电和空间位阻作用力,从而达良好分散效(图4(b))水溶性有机分散剂选择主要考虑下几种因素:①溶解性要求溶解性良好水溶性分散剂②分子量分子量过小,分子链上官能团数量越少,分散要求加入分散剂量越多,生坯致密性越差,越易产生缺陷;分子量过大,分子链较长,粘度大,影响浆料流变性能,利于流延③加入量保证良好分散情况下,分散剂加入量尽能少加入量较少时,Zate电位较低,静电位阻小,达良好分散效;加入量较大时,浆料有多未被吸附高分子物质,高分子链由于静电作用具有定刚性,增加了溶液粘度;另外大量未被吸附聚电解质存于浆料,浆料渗透压较高,从而使粉体粒子聚集,产生空位絮凝效应④与其添加剂相互作用水基流延成型工艺所用分散剂按分子表面活性基团和荷电情况分离子(阴离子、阳离子和两性离子)和非离子两种般来说,阴离子表面活性剂主要用于颗粒表面带正电性或弱碱性浆料;而阳离子表面活性剂主要用于颗粒表面带负电性或弱酸性浆料目前常用分散剂聚电解质,其稳定机理静电-空间位阻稳定机制主,NH4-PA、NH4-PMA及聚丙烯酸等[18-20]3.2　粘结剂选择聚合物粘结剂通过包裹粉体颗粒,自身固化形成表面并且产生三维相互连接强树脂构架,赋予素坯定强度和韧性由于粘结剂都有相互交联链,使得其玻璃化转变温度Tg往往高于室温粘结剂加入只能保证素坯强度,能提供给素坯足够适合加工韧性[21]粘合剂流体状态陶瓷浆料能否成功流延关键,因此要求粘合剂非牛顿型假塑性流体,具有剪切变稀特性水性粘合剂典型黏度值0.1~20Pa·s(室温,剪切速率50s-1)所,选择粘结剂时应考虑:①素坯膜厚度;②所选溶剂类型及匹配性,有利于溶剂挥发和产生气泡;③易烧除,残余物较少;④有较低塑性转变温度,室温下发生凝结;⑤与基板材料相粘结和易于分离[22];⑥粘结剂流体状态满足流延工艺要求;⑦粘结剂分子量低,聚合物易发黏,膜片柔韧性降低;分子量过高,热分解温度升高,给排胶带来困难粘结剂按起作用官能团类型分非离子、阴离子和阳离子3类常用水基流延粘结剂主要有PVA、丙烯酸乳液、聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯等按水分散形态同,粘结剂分乳液型和溶液型两者大区别于分子分散形态同而引起粘度变化,乳液粘度小,大大提高陶瓷粉体固含量流延成型用聚合物乳液多阴离子型乳化剂稳定乳液,聚合物30~50nm球形乳胶颗粒均匀分散溶液,乳胶颗粒干燥阶段结合起形成聚合物网络而成膜[23,24]由于单粘结剂某些方面有些足,崔学民等[25]研究了单纯PVA体系和乳胶体系结合,单纯PVA粘结剂制备浆料粘度高、固含量低,流延片干燥速度慢,强度高;单纯乳胶粘结剂制备浆料粘度低、固含量高,流延片干燥速度快,强度较低研究还发现,二者化学相容性非常好,按照合适比例搭配使用起好效3.3　增塑剂选择由于加入粘结剂只能保证素坯强度而能使生坯具有足够加工韧性,而且还会使有机物玻璃化转变温度Tg高于室温了改变种情况,加入定量增塑剂降低粘结剂玻璃化转变温度Tg[26,27],从而降低整浆料体系玻璃化温度Tg,使粘结剂室温或室温下都具有良好流动性和成膜性;另外,增塑剂对粉体颗粒还起润滑和桥联作用,有利于浆料分散稳定[28]增塑剂作用机理增塑剂分子插入粘结剂聚合物分子链之间,削弱聚合物分子链间应力,从而增加聚合物分子链移动性,降低聚合物分子链结晶度,使聚合物塑性增加[29]了使生坯满足生产要求,选择增塑剂应考虑:①对浆料体系粘度影响大,对陶瓷颗粒之间Zeta电位影响大;②仅能降低粘结剂玻璃化转变温度Tg,而且能增加生坯柔韧性;③增塑剂加入量越多,素坯膜柔韧性越好,孔隙率降低增塑剂加入量过多会导致陶瓷颗粒之间距离增大,从而降低素坯膜密度;④浆料增塑剂与粘结剂比值吴音等[30]研究发现,通过改变增塑剂和粘结剂比值R调节浆料粘度浆料粘度随R值增大而降低,随R值增大,素坯粘度减小,陶瓷薄片密度减小R值控制0.6~0.8之间有利于提高流延生坯成品率及烧结体质量FLi等[31]对非水基羰基镍料浆流变行进行了研究,发现料浆粘结剂和增塑剂含量及其含量比对流延料浆和流延膜性质有大影响DHKmi等[32]研究表明,用低分子量增塑剂制备悬浮液粘度降低,素坯韧性得改进常用增塑剂有聚乙二醇、邻苯二甲酸酯、乙二醇等,们对料浆流变性影响作用甚相同邻苯二甲酸酯能润滑粉体颗粒,降低料浆粘度,而聚乙二醇则粉体颗粒间形成有机桥,增加料浆粘度[33]流延成型水溶性增塑剂包括醇类丙三醇(甘油),聚合物聚乙二醇(PEG)或聚丙烯醇(PPG),酞酸类添加剂苯甲基丁基酞酸(BBP)和双丁基酞酸(DBP)4·制备工艺对水基流延浆料影响4.1　球磨工艺影响球磨工艺水基流延浆料制备过程具有重要作用[34]Nisanart[35]研究发现,球磨时间仅对粉体粒径和分布有影响,而且对浆料稳定性及流变性也有影响随着球磨时间延长,粉体粒径逐渐减小,其粒径分布也趋于致;随着球磨时间进步延长,当达特定时间时,粉体粒径迅速增大由于高能球磨机上由于长时间球磨积累能量,使粉体趋于团聚致使颗粒增大随着球磨时间延长,水基流延浆料稳定性和流变性逐渐增强,达定时间稳定性和流变性变差,能与粉体粒径变化有关4.2　真空除泡工艺影响由于水基流延浆料球磨会产生大量微小气泡,气泡能从浆料里面排除,会成型坯片内部形成针孔、破裂等缺陷,严重影响坯片表面成型质量[36]除去浆料残存气泡,浆料置于密封容器内,采用抽真空方法,降低浆料表面大气压力,同时搅拌浆料,使得其内部气泡快速溢出表面,并大气压力作用下迅速破裂,排除气泡[37]除泡过程要考虑真空除泡体系真空度和除泡时间由于低真空度下,水沸点降低,使得水挥发比常温常压下快,所除泡时间过长时,浆料水分挥发量非常大,导致浆料流动性急剧下降,黏度明显上升了得具有良好性能水基流延浆料,减少流延生坯气孔、开裂等缺陷,必须对制备流延浆料进行真空除泡5·结语水基流延法其对环境友好性和生产低成本性越来越受关注由于水基流延浆料对各种工艺参数敏感性使其应用范围较窄通过对水基流延浆料制备过程各工艺参数进行控制,得满足要求水基流延浆料水基流延浆料制备过程,粉体特征、制备工艺选择对浆料性能影响大,添加剂(分散剂、粘结剂、增塑剂)选择却更重要种恰当水溶性离子型聚合物分散剂能增加浆料粉体间静电力,还能使粉体间具有空间位阻作用,极大地改善了浆料稳定性粘结剂使用使得流延坯片具有定强度,而增塑剂加入使瘠性物料具备塑性虽现阶段研究人员对水基流延法进行了大量研究,对影响浆料性能各因素之间相互作用研究却少,因此,对各影响因素间相互作用机理做深入研究,进而制备高性能水基流延浆料提供理论指导