CN1108904C

CN1108904C - 薄片陶瓷器件坯片的水基凝胶流延连续成型方法及装置

Info

Publication number: CN1108904C
Application number: CN 00102922
Authority: CN
Inventors: 黄勇; 向军辉; 谢志鹏; 杨金龙; 陈少荣
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: CN1263812A

Abstract

本发明涉及一种薄片陶瓷器件坯片的水基凝胶流延连续成型方法，首先有机单体和交联剂与水混合溶解，制成预配液，将陶瓷粉末与分散剂加入预配液将配制好的浆料球磨混合、除泡，再加入单体聚合引发剂和催化剂，搅拌均匀，在流延机上固化成型得到本发明的薄片陶瓷器件坯片。本发明还设计了成型装置。本发明的优点是：有机物的使用量少，环境污染小，降低成本；浆料成膜速度快；实现了连续生产；缩短干燥周期，生产成本低。

Description

薄片陶瓷器件坯片的水基凝胶流延连续成型方法及装置

技术领域

本发明涉及一种薄片陶瓷器件坯片的水基凝胶流延连续成型方法及装置，属材料科学技术领域。

背景技术

流延成型(Tape Casting)是一种能够获得高质量、超薄型陶瓷基片的成型方法。目前已经能够成型厚度在3μm以上的薄片陶瓷材料。其特点是设备简单，工艺稳定，生产效率高，可实现高度自动化。传统的流延成型工艺不足之处在于所使用的溶剂(苯、甲苯、二甲苯等)具有一定的毒性，环境污染严重且成本较高。此外，浆料中有机物含量较高，生坯密度低，脱脂过程中坯体易变形开裂，影响产品质量。针对上述缺点，研究人员开始尝试用水基溶剂体系替代有机溶剂体系。目前有快速凝固流延成型方法来替代传统的流延成型工艺。其工艺过程是：在有机单体水溶液中加入固体粉料和分散剂，制备成高固相含量(大于50vol％)且具有一定流动性的悬浮体浆料，加入单体聚合引发剂和催化剂并使之在浆料中均匀分散，进行流延成型，在40～80℃引发单体聚合反应，聚合物形成网络结构使浆料固化成膜，达到成型目的。由于有些聚合反应存在氧气阻聚的问题，在成型过程中采取惰性气体保护或使用覆盖物隔绝空气的办法保证聚合反应顺利进行。这种工艺方法的不足之处是需要进行气氛保护，因此不能在通常的流延机上完成成型过程。

发明内容

本发明的目的是提出一种薄片陶瓷器件坯片的水基凝胶流延连续成型方法及装置，使有机物的使用量少，环境污染小，降低成本；浆料成膜速度快；实现了连续生产；缩短干燥周期，生产成本低。

本发明的薄片陶瓷器件坯片的水基凝胶流延连续成型方法，包括以下步骤：

(1)有机单体和交联剂与水混合溶解，制成预配液。有机单体可以是丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、2-羧乙基甲基丙烯酸酯等。交联剂可以是N，N’-亚甲双丙烯酰胺、乙二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯等。水∶有机单体∶交联剂＝100∶10～30∶0.05～1(文中除特别说明外均为质量比)。

(2)将陶瓷粉末与分散剂加入预配液，制备出高固相含量且具有流动性的稳定悬浮的浆料。陶瓷粉末在预配液中的固相含量大于50％。分散剂可以是柠檬酸铵、四甲基氢氧化铵、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚丙烯酸铵等。预配液∶分散剂＝100∶0.5～5。

(3)将配制好的浆料球磨混合4～80小时，然后抽真空或振动除泡10～30min。

(4)在除泡后的浆料中加入单体聚合引发剂和催化剂，搅拌均匀。引发剂可以是过氧化二苯酰、偶氮二异丁晴、过硫酸钾、过硫酸铵、双氧水等。催化剂可以是N，N，N’，N’-四甲基乙二胺等。预配液∶引发剂∶催化剂＝100∶0.5～3∶0.1～2。

(5)启动连续式水基凝胶流延机，在保护气罩内通入惰性气氛。惰性气氛可以是氮气、氩气等。

(6)流延的坯膜在惰性气氛保护下40～80℃完成聚合反应，固化成型得到本发明的薄片陶瓷器件坯片。

本发明针对上述的水基凝胶流延成型方法，专门设计了成型装置，该装置包括：包括基板、料斗、刮刀和保护气罩，所述的基板架于带轮上方，基带从一侧带轮通过基板缠绕到另一侧带轮上，基板下设置有加热用电阻丝，基板上方为保护气罩，侧部布置有料斗和刮刀，保护气罩上开有通气口。

本发明提出的薄片陶瓷器件坯片的水基凝胶流延连续成型方法及装置，其优点是：有机物的使用量少，环境污染小，降低成本；浆料成膜速度快；实现了连续生产；缩短干燥周期，生产成本低。

连续式水基凝胶流延成型装置与普通流延机的不同之处是在基带之上增加了保护气罩。该保护气罩内既可以控制气氛也可以控制温度梯度，具有气氛保护和干燥坯体的双重功能。在成型过程中可以根据实际需要决定是否通入保护气氛，并可以通过调节电热丝设定保护气罩内的温度梯度，使浆料顺利干燥成坯。基于上述特点，该设备既可进行凝胶流延成型，又可进行普通的流延成型。

附图说明

图1是本发明设计的装置的结构示意图。

图1中，1是基带，2是基板，3是料斗，4是进料口，5是刮刀，6是保护气罩，7是通气口，8是电阻丝，9是成坯，10是带轮。

具体实施方式

如图1所示，本发明设计的水基凝胶流延成型装置，包括基板2、料斗3、刮刀5和保护气罩6，所述的基板2架于带轮10上方，基带1从一侧带轮10通过基板2缠绕到另一侧带轮10上，基板下设置有加热用电阻丝8，基板上方为保护气罩6，侧部布置有料斗3和刮刀5，保护气罩上开有通气口7。用本发明的装置制备坯片时，浆料从进料口4进入料斗3，随着基带上的传动，料浆均匀地分布在基板上，经刮刀5后，成为均匀的薄片，并进入保护气罩6内，在保护气氛下，由电阻丝8加热，通过调节电流电压，根据成型需要设定保护气罩内的温度梯度，流延的坯膜在惰性气氛保护下完成聚合反应，即可得到本发明的薄片陶瓷器件坯片。

下面是本发明的实施例。

实施例1：95氧化铝陶瓷基片水基凝胶流延成型

在100毫升水中加入10克丙烯酰胺单体和0.01克亚甲基双丙烯酰胺制成预配液，加入400克95氧化铝粉末，加入1克柠檬酸铵作分散剂；将配制成的浆料球磨混合40小时；加入0.5毫升过硫酸铵溶液及0.3毫升四甲基乙二胺溶液；在连续式水基凝胶流延机上使用氮气保护60℃完成流延成型后得到固化的坯片，干燥后厚度为0.2毫米。

实施例2：碳化硅薄片水基凝胶流延成型

在100毫升水中加入11克甲基丙烯酰胺单体和0.01克亚甲基双丙烯酰胺制成预配液，在预配液中加入340克碳化硅粉末，加入0.3毫升四甲基氢氧化铵作分散剂；将配制成的浆料球磨混合20小时；加入0.6毫升过硫酸钾溶液；在连续式水基凝胶流延机上在80℃使用氩气保护完成聚合反应，得到固化的坯片，干燥后厚度为0.5毫米。

实施例3：锆钛酸铅(PZT)陶瓷电容器薄片器件水基凝胶流延成型

使用化学反应合成的锆钛酸铅粉料，粒度为0.5～2微米，密度为7.6g/cm³。在实施例(2)的预配液中加入一定量的锆钛酸铅粉料，同时加入1％的聚丙烯酸作分散剂，制成55vol％的悬浮浆料；球磨60小时；按100∶1加入过硫酸铵溶液；在连续式水基凝胶流延机上流延成型，使用氮气保护在60℃完成聚合反应，得到厚度为0.8毫米的坯片。

实施例4：氮化硅薄片水基凝胶流延成型

在实施例(1)的预配液中加入300克氮化硅粉末，加入0.5毫升四甲基氢氧化铵作分散剂；将配制成的浆料球磨混合60小时；加入0.8毫升偶氮二异丁晴溶液；在连续式水基凝胶流延机上在50℃使用氮气保护完成聚合反应，得到固化的坯片，干燥后厚度为0.4毫米。

Claims

1、一种薄片陶瓷器件坯片的水基凝胶流延连续成型方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)有机单体和交联剂与水混合溶解，制成预配液，其质量比为：水∶有机单体∶交联剂＝100∶10～30∶0.05～1，其中的有机单体为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，交联剂为N，N’-亚甲双丙烯酰胺：

(2)将陶瓷粉末与分散剂加入预配液，制备出高固相含量且具有流动性的稳定悬浮的浆料，其质量比为：预配液∶分散剂＝100∶0.5～5，陶瓷粉末在预配液中的固相含量大于50％，分散剂为柠檬酸铵、四甲基氢氧化铵、聚丙烯酸中的任何一种；

(3)将配制好的浆料球磨混合4～80小时，然后抽真空或振动除泡10～30min；

(4)在除泡后的浆料中加入单体聚合引发剂和催化剂，其质量比为：预配液∶引发剂∶催化剂＝100∶0.5～3∶0.1～2，搅拌均匀，引发剂为偶氮二异丁晴、过硫酸钾、过硫酸铵中的任何一种；催化剂为N，N，N’，N’-四甲基乙二胺；

(5)启动水基凝胶流延连续成型装置，在保护气罩内通入惰性气氛；

2、一种薄片陶瓷器件坯片的水基凝胶流延连续成型装置，其特征在于，该装置包括基板、料斗、刮刀和保护气罩，所述的基板架于带轮上方，基带从一侧带轮通过基板缠绕到另一侧带轮上，基板下设置有加热用电阻丝，基板上方为保护气罩，侧部布置有料斗和刮刀，保护气罩上开有通气口。