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1、硅酸盐通报2001年第5期综合述评＊陶瓷材料流延成型研究现状黄勇向军辉谢志鹏杨金龙(清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京100084)摘要简要概括了陶瓷坯体流延成型的工艺过程,比较了水基流延成型与传统流延成型技术相比的优点和不足之处,着重介绍了陶瓷材料新型流延成型工艺的研究现状,并指出了陶瓷坯体水基流延成型工艺的发展方向。关键词陶瓷水基流延成型冲片或打孔。最后经过烧结得到成品。1前言流延成型的主要优点是适于成型大型薄板陶瓷或金属部件。这类部件几乎不可能或很难通过流延成型(Tape-casting,亦称Doctor-blading或压制或挤制成型,而通过流延成型制造各种尺寸Kn
2、ife-coating)是薄片陶瓷材料的一种重要成型方和形状的坯体则是十分容易的,而且可以保证坯法,该工艺是由GlennN.Howatt首次提出并应用体质量。据报导目前已有流延机能够成型厚度为[1,2][3]于陶瓷成型领域,并于1952年获得专利。流3μm的产品。另有研究者在普通的流延成型机[3]延成型自出现以来就用于生产单层或多层薄板陶上成型了厚度为12μm～3mm的薄膜。瓷材料。现在,流延成型已成为生产多层电容器传统的流延成型工艺不足之处在于所使用的和多层陶瓷基片的支柱技术,同时也是生产电子有机溶剂(如甲苯、二甲苯等)具有一定的毒性,使元件的必要技术。此外,流延成型工艺还可用于生产
3、条件恶化并造成环境污染,且生产成本较高。[3]造纸、塑料和涂料等行业。此外,由于浆料中有机物含量较高,生坯密度低,流延成型工艺包括浆料制备、球磨、成型、干脱脂过程中坯体易变形开裂,影响产品质量。针燥、剥离基带等过程。该工艺的特点是设备简单,对上述缺点,研究人员开始尝试用水基溶剂体系[4～14]工艺稳定,可连续操作,生产效率高,可实现高度替代有机溶剂体系。使用水作溶剂可以相自动化。应降低有机物的使用量,而且浆料粘度低,使用合通常,流延成型的具体工艺过程是将陶瓷粉适的分散剂可大大提高浆料的固相体积分数,有末与有机结合剂、增塑剂、悬浮剂、润湿剂等添加利于提高生坯密度,同时还具有不燃、无毒、成
4、本剂在有机溶剂中混合,形成均匀稳定悬浮的浆料。低等优点,应用前景十分看好。成型时浆料从料斗下部流至基带之上,通过基带与刮刀的相对运动形成坯膜,坯膜的厚度由刮刀2水基流延成型工艺控制。将坯膜连同基带一起送入烘干室,溶剂蒸发,有机结合剂在陶瓷颗粒间形成网络结构,形成水基溶剂流延成型使用水基溶剂替代有机溶具有一定强度和柔韧性的坯片,干燥的坯片连同剂,因此在浆料配制、流延、干燥等各工序上与传基带一起卷轴待用。在储存过程中使残留溶剂分统工艺有很大不同。需要在诸如有机添加剂的选布均匀,消除湿度梯度。然后可按所需形状切割、择,陶瓷粉末在水基浆料中的分散,水基浆料的流＊863计划(863-715-06
5、-0100)项目资助.作者简介:黄勇(1937～),男,教授,博士生导师.22硅酸盐通报2001年第5期综合述评变特性、干燥性能等各方面进行深入研究。的用量尽可能少;在保证浆料稳定悬浮的前提下在流延成型中,通常要使用结合剂、塑化剂、使分散剂的用量尽可能少。分散剂等有机添加剂以保证浆料良好的流变性目前水基流延陶瓷成型工艺中常用的结合剂能,并使流延成型的生坯具有一定的强度和柔韧有2类:纤维素和乙烯或丙烯酸类聚合物。通常性。在传统的流延成型工艺中,溶剂和添加剂都纤维素有离子型和非离子型之分。前者属聚合电属于有机物,不存在相溶性问题。而在以水为溶解质,可同时起到结合剂和分散剂的作用;后者主剂的
6、体系中,由于水分子是极性分子,与有机物之要起结合剂作用。可用于水基流延成型的纤维素[15]间存在着相溶性问题,因此在添加剂的选择上,必列于表1。乙烯类添加剂是C-C长链结构,端须选择水溶性或能够在水中形成稳定乳浊液的有部有自由基可以结合其它原子。若结合2个官能机物以保证形成均一稳定的浆料。同时还应在保团则形成丙烯酸结构。一些可用于水基流延成型[15]证生坯强度和柔韧性的前提下使结合剂、塑化剂的乙烯和丙烯酸类添加剂列于表2。表1水基流延成型中可用作结合剂的纤维素衍生物官能团化合物XYZ纤维素-OH-OH-OHMC甲基纤维素-OCH3-OCH3-OCH3HEC羟乙基纤维素-OC2H4OC2
7、H4OH-OC2H4OH-OC2H4OC2H4OHHPMC羟丙基纤维素-OC3H6OH-OCH3-OCH3HBMC羟丁基纤维素-OC4H8OH-OCH3-OCH3表2水基流延成型中可用作结合剂的过程中比有机溶剂浆料更容易产生开裂、卷曲、有乙烯和丙烯酸类聚合物机物及细小颗粒偏析导致起皮现象等缺陷,尤其官能团是在干燥速度较快的情况下更为明显。因此,应化合物XY根据坯片的厚度、固相体积分数、粘结剂及增塑剂乙烯-H等有机物的含量,精确控制温度、相对湿度
