CN116283280A - 氧化锆基复合陶瓷和陶瓷吸嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化锆基复合陶瓷和陶瓷吸嘴。氧化锆基复合陶瓷包括如下组分：氧化锆基体，导电金属氧化物及碳元素；其中，所述氧化锆基体的平均粒径为0.3μm～0.8μm；所述导电金属氧化物的平均粒径为1μm～2μm，其在任意面上的面积占比为30％～50％；所述碳元素在所述氧化锆基复合陶瓷中的含量为0.1wt.％～1wt.％。通过氧化锆基体、导电金属氧化物和碳元素三者之间的合理配伍，使得该氧化锆基复合陶瓷具有高表面硬度、高冲击韧性、高耐磨性和良好的导电性能，从而获得更长的使用寿命和优异的防静电效果。

Description

氧化锆基复合陶瓷和陶瓷吸嘴
技术领域
本发明涉及贴片机吸嘴的技术领域，特别是涉及一种氧化锆基复合陶瓷和陶瓷吸嘴。
背景技术
随着集成电路技术的不断升级，芯片等元器件逐渐往体积小型化、薄型化、高精密化的方向发展，其技术要求高、需求量大，因此对贴片机的贴装精度、贴片速度、使用寿命和稳定性的要求越来越高。吸嘴是贴片机上的贴装部件，其可以吸取元器件并移到指定位置进行贴放。当吸嘴吸取元器件的时候，要达到理想的情况就必须保证元器件的中心、吸嘴的中心和所获得图像的空间中心是重合的。
在高速贴片过程中，吸嘴需要反复拾放元器件，容易造成严重的磨损。并且，受元器件尺寸的限制，吸嘴头的直径非常小，有的甚至只有0.2mm的壁厚，对其耐磨性提出更高的要求。此外，在高速贴装时，吸嘴表面会产生静电，若静电得不到及时释放，会导致元器件被吸取后无法正常贴放的异常情况，并进一步损害元器件。然而，传统的吸嘴采用钨钢或塑料等材质，其耐磨性能差，使用寿命短，防静电效果不够理想，严重影响贴片的质量。
发明内容
基于此，有必要提供一种使用寿命长、防静电效果优异的氧化锆基复合陶瓷和陶瓷吸嘴。
本发明的上述目的是通过如下技术方案进行实现的：
本发明第一方面，提供一种氧化锆基复合陶瓷，包括如下组分：
氧化锆基体，导电金属氧化物及碳元素；
其中，所述氧化锆基体的平均粒径为0.3μm～0.8μm；
所述导电金属氧化物的平均粒径为1μm～2μm，其在任意面上的面积占比为30％～50％；
所述碳元素在所述氧化锆基复合陶瓷中的含量为0.1wt.％～1wt.％。
在其中一个实施例中，所述氧化锆基体和所述导电金属氧化物的质量比为(75～85)：(15～25)。
在其中一个实施例中，所述氧化锆基体的粒径分布为0.05μm～1.5μm。
在其中一个实施例中，在所述导电金属氧化物中，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为40％～90％。
在其中一个实施例中，在所述导电金属氧化物中，相邻两个粒子的平均重心间距离为0.5μm～1.5μm。
在其中一个实施例中，所述导电金属氧化物为氧化铁、氧化钴、氧化镍和氧化铬中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述氧化锆基体包括氧化锆晶体和稳定剂。
在其中一个实施例中，所述氧化锆基体满足以下条件中的一个或多个：
1)所述氧化锆晶体包括四方相氧化锆；
2)所述稳定剂选自氧化钙稳定剂、氧化镁稳定剂、氧化铝稳定剂、氧化铈稳定剂和氧化钇稳定剂中的一种或多种；
3)所述氧化锆晶体和所述稳定剂的摩尔比为(96～98)：(2～4)。
在其中一个实施例中，所述氧化锆基复合陶瓷的电阻率为105Ω·cm～109Ω·cm。
在其中一个实施例中，所述氧化锆基复合陶瓷研磨得到的表面的粗糙度满足以下条件中的一个或多个：
1)轮廓算术平均偏差为0.05μm～0.2μm；
2)峰度大于2且小于10；
3)偏度大于0。
本发明第二方面，提供一种陶瓷吸嘴，其包括上述所述的氧化锆基复合陶瓷。
本发明选用平均粒径为0.3μm～0.8μm的氧化锆基体为复合陶瓷的基体，可以使复合陶瓷具有高韧性、高抗弯强度、高耐磨性和高耐蚀性的特性，不容易引起粒子脱落，有利于延长其使用寿命；以平均粒径为1μm～2μm的导电金属氧化物为复合陶瓷的第二相，且导电金属氧化物在任意面上的面积占比为30％～50％，不仅可以在不降低复合陶瓷的机械性能的前提下获得良好的导电性能，有利于释放复合陶瓷表面产生的静电，而且氧化锆基体和导电金属氧化物又能相互抑制晶粒长大，达到微晶化效果，进一步提高耐磨性能；引入适量的碳元素，能够进一步提高复合陶瓷的表面硬度、冲击韧性、耐磨性和导电性能，使复合陶瓷具有更长的使用寿命和优异的防静电效果。
附图说明
图1为实施例1中的氧化锆-氧化钇体系的相图；
图2为实施例1中的氧化锆复合陶瓷的SEM图；
图3为图2经图像解析软件image-pro处理得到的粒子解析图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
术语及定义：
当量圆直径：又称投影面积圆相当径或Heywood径，指的是与粒子的平面投影面积相当的圆的直径，用于描述粒子的粒径。
重心间距离：指的是任意两个粒子的重心之间的距离，用于表征粒子的分散程度。
电阻率：用于描述材料的电阻特性，其单位为Ω·m或Ω·cm；以Ω·m为单位时，一种材料的电阻率在数值上等于由该材料制成的长度为1m、横截面为1m2的导体的电阻。
轮廓算术平均偏差(Ra)：是表征粗糙度时最常用的国际参数，指的是在取样长度内，轮廓偏离平均线的算术平均值；Ra的数值越小，表示样品的表面越光滑。
峰度(Kurtosis,Rku)：用于描述粗糙度曲线的陡峭程度；Rku＝3时，粗糙度曲线呈正态分布；峰度越大，代表粗糙度曲线分布越陡峭，存在极端值的可能性越高，样品的表面光滑度越低。
偏度(Skewness,Rsk)：用于描述粗糙度曲线相对于平均线的对称性；Rsk＝0时，粗糙度曲线的偏度与正态分布的偏度相同；当Rsk＞0时，说明粗糙度曲线具有正偏度，其歪斜方向在平均线以下，代表粗糙度曲线分布较为均匀，极端值较少。
SEM：扫描电子显微镜。
本发明第一方面，提供一种氧化锆基复合陶瓷，其包括如下组分：
氧化锆基体，导电金属氧化物及碳元素；
其中，所述氧化锆基体的平均粒径为0.3μm～0.8μm；
所述导电金属氧化物的平均粒径为1μm～2μm，其在任意面上的面积占比为30％～50％；
所述碳元素在所述氧化锆基复合陶瓷中的含量为0.1wt.％～1wt.％。
可以理解地，所述任意面包括氧化锆基复合陶瓷的表面和截面，且所述表面包括未经研磨的表面和研磨得到的表面。
可以理解地，所述粒径指的是粒子的当量圆直径，所述平均粒径指的是平均当量圆直径。
本发明选用平均粒径为0.3μm～0.8μm的氧化锆基体为复合陶瓷的基体，可以使复合陶瓷具有高韧性、高抗弯强度、高耐磨性和高耐蚀性的特性，不容易引起粒子脱落，有利于延长其使用寿命；以平均粒径为1μm～2μm的导电金属氧化物为复合陶瓷的第二相，且导电金属氧化物在任意面上的面积占比为30％～50％，不仅可以在不降低复合陶瓷的机械性能的前提下获得良好的导电性能，有利于释放复合陶瓷表面产生的静电，而且氧化锆基体和导电金属氧化物又能相互抑制晶粒长大，达到微晶化效果，进一步提高耐磨性能；引入适量的碳元素，能够进一步提高复合陶瓷的表面硬度、冲击韧性、耐磨性和导电性能，使复合陶瓷具有更长的使用寿命和优异的防静电效果。
在一些更优选的实施方式中，一种氧化锆基复合陶瓷，包括如下组分：
氧化锆基体，导电金属氧化物及碳元素；
其中，所述氧化锆基体的平均粒径为0.3μm～0.8μm；
所述导电金属氧化物的平均粒径为1.2μm～1.8μm，其在任意面上的面积占比为30％～50％；
所述碳元素在所述氧化锆基复合陶瓷中的含量为0.5wt.％～1wt.％。
在一些实施方式中，所述氧化锆基体和所述导电金属氧化物的质量比为(75～85)：(15～25)。
通过调控原料中氧化锆基体和导电金属氧化物的质量比，既可以使该复合陶瓷兼具优异的机械性能和良好的导电性能，又能适当降低其生产成本，提高复合陶瓷的经济性。
在一些实施方式中，所述氧化锆基体的粒径分布为0.05μm～1.5μm。
可以理解地，所述粒径分布指的是当量圆直径分布。
在平均粒径为0.3μm～0.8μm的基础上，进一步限定氧化锆基体的粒径分布，可以保证氧化锆基体具有窄粒径分布的特点，能够保证复合陶瓷机械性能的均匀性，避免因局部耐磨性不良而影响其整体的使用寿命。
在一些实施方式中，在所述导电金属氧化物中，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为40％～90％。
可以理解地，所述粒径同样指的是粒子的当量圆直径。
在一些更优选的实施方式中，在所述导电金属氧化物中，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为50％～70％。
在一些具体的实施方式中，在所述导电金属氧化物中，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为60％。
对于导电金属氧化物，粒径≥0.6μm的粒子的个数更多，有利于更快地释放复合陶瓷表面产生的静电，避免静电累积的不良影响。
在一些实施方式中，在所述导电金属氧化物中，相邻两个粒子的平均重心间距离为0.5μm～1.5μm。
将相邻粒子的平均重心间距离控制在0.5μm～1.5μm，意味着导电金属氧化物在氧化锆基体中具有良好的分散均匀性，能够避免机械性能的局部不均匀，并顺利传导走复合陶瓷任意表面产生的静电，抗静电效果更佳。
在一些更优选的实施方式中，在所述导电金属氧化物中，相邻两个粒子的平均重心间距离为0.8μm～1.2μm。
在一些实施方式中，所述导电金属氧化物为氧化铁、氧化钴、氧化镍和氧化铬中的一种或多种。
利用反射率较低的导电金属氧化物，并与适量的碳相配合，能够让氧化锆基复合陶瓷从白色转变为黑色，有利于提高贴片过程中的图像识别精度。
在一些具体的实施方式中，所述导电金属氧化物为氧化铁。
在一些实施方式中，所述氧化锆基体包括氧化锆晶体和稳定剂。
在常压下，纯的氧化锆具有在不同温度下能够互相转变的单斜相(m-ZrO2)、四方相(t-ZrO2)和立方相(c-ZrO2)三种晶相。其中，t-ZrO2和c-ZrO2只能在高温下稳定存在，当加入适当的稳定剂可以降低t-ZrO2到m-ZrO2和c-ZrO2到m-ZrO2的相变温度，使t-ZrO2和c-ZrO2也能在室温下稳定或亚稳定存在，从而提高氧化锆基体的韧性、硬度和耐磨性，有效延长其使用寿命。
在一些实施方式中，所述氧化锆基体满足以下条件中的一个或多个：
1)所述氧化锆晶体包括四方相氧化锆；
2)所述稳定剂选自氧化钙稳定剂、氧化镁稳定剂、氧化铝稳定剂、氧化铈稳定剂和氧化钇稳定剂中的一种或多种；
3)所述氧化锆晶体和所述稳定剂的摩尔比为(96～98)：(2～4)。
将一定量的氧化钇、氧化铈等稳定剂固溶于氧化锆中，所得的氧化锆固溶粉料可烧制成在常温下稳定的、由四方相细晶粒组成的致密氧化锆基体，其抗弯强度高、断裂韧性好、硬度高、耐磨性高，使用寿命优于m-ZrO2和c-ZrO2。
在一些更优选的实施方式中，所述氧化锆基体包括四方相氧化锆和氧化钇稳定剂。
在一些更优选的实施方式中，所述四方相氧化锆和所述氧化钇稳定剂的摩尔比为97：3。
在一些实施方式中，所述氧化锆基复合陶瓷的电阻率为105Ω·cm～109Ω·cm。
将该复合陶瓷的电阻率控制在105Ω·cm～109Ω·cm，有利于将其摩擦产生的表面电荷较快地进行扩散和泄露，且电荷在泄露时形成的电流很微弱，难以产生电击现象，有利于实现防静电防爆的目的，可作为电子元器件的防护材料。
在一些实施方式中，所述氧化锆基复合陶瓷研磨得到的表面的粗糙度满足以下条件中的一个或多个：
1)轮廓算术平均偏差为0.05μm～0.2μm；
2)峰度大于2且小于10；
3)偏度大于0。
将复合陶瓷的表面进行研磨，制得Ra＝0.05μm～0.2μm、2<Rku<10、Rsk>0的表面，其可以在工作磨合后获得合适的承压表面，能够减少高速运动中接触元器件而产生的磨损量，使用寿命更长。
在一些实施方式中，所述研磨的条件为：采用300目～2000目的金刚石砂轮对所述氧化锆基复合陶瓷进行分别研磨抛光120min～480min。
在一些更优选的实施方式中，所述研磨的条件为：采用1000目～2000目的金刚石砂轮对所述氧化锆基复合陶瓷进行分别研磨抛光300min。
本发明第二方面，提供一种陶瓷吸嘴，其包括上述所述的氧化锆基复合陶瓷。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
请参阅表1，本实施例的氧化锆复合陶瓷包括如下质量百分数的组分：氧化锆基体75.0％、氧化铁24.0％和碳元素1.0％。
其中，氧化锆基体包括摩尔比为97：3的四方相氧化锆和氧化钇稳定剂，其粒径分布为0.05μm～1.5μm，其平均粒径为0.3μm；氧化铁的平均粒径为1.5μm，在测定面的面积占比为45％，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为60％，相邻两个粒子的平均重心间距离为1.2μm。
氧化锆基复合陶瓷的电阻率为107Ω·cm；将氧化锆复合陶瓷制成吸嘴头直径为5mm、壁厚为1mm的陶瓷吸嘴，并将该陶瓷吸嘴的吸附面采用1800目的金刚石砂轮进行研磨抛光300min，该研磨后的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.05μm、Rku＝4.5、Rsk＝1；利用贴片机测得该陶瓷吸嘴的使用寿命为360h。
其中，碳元素的含量可参照《ISO 12677-2003Chemical analysis of refractoryproductsby XRF-Fused cast bead method》在德国斯派克ED-XRF型号的能谱仪上进行测试。在减去碳元素的含量后，氧化锆基体的含量、氧化铁的含量，以及四方相氧化锆和氧化钇稳定剂的摩尔比可根据投料量进行推算。
氧化锆晶体的晶相可根据氧化锆和氧化钇的摩尔比、制备氧化锆基体时的固溶温度由相图推导出来。在图1的氧化锆-氧化钇体系的相图中，横坐标为0时，氧化锆的摩尔分数为100％，横坐标为100时，氧化钇的摩尔分数为100％；当氧化锆和氧化钇的摩尔比为97：3，且固溶温度为1300℃时，氧化锆晶体为四方相。
在测定氧化锆基体和氧化铁的粒径等参数时，需要通过如下方式获取一个测定面：采用1500目的金刚石砂轮对氧化锆基复合陶瓷表面研磨抛光300min。
氧化锆基体的平均粒径和粒径分布采用如下方法进行测试：利用SEM以5000的倍率进行观察和拍摄，利用图像解析软件image-pro对所得图像进行粒子解析，拍摄得到的SEM图如图2所示。图2中较小的颗粒为氧化锆基体，较大的颗粒为板状或棱柱状的氧化铁。
氧化铁的平均粒径、面积占比、粒径≥0.6μm的粒子的个数占比和平均重心间距离同样可利用图像解析软件image-pro对图2所示的SEM图进行粒子解析得到。其中，在分析氧化铁在测定面的面积占比时，利用图像解析软件image-pro对图2进行处理得到如图3所示的粒子解析图，图3中的黑色部分为氧化锆基体，白色部分为氧化铁。
电阻率参照《GB/T 1551-2009硅单晶电阻率测定方法》进行测试，测试仪器为淄博库仑分析仪器有限公司KLH100型号的电阻率仪。
粗糙度可利用激光衍射法在基恩士VKX-1000型号的激光共聚焦仪上进行测试。
使用寿命的测试方法为：利用西门子NXT M6Ⅱ型号的贴片机将尺寸为0.6mm×0.6min、厚度为0.12mm的芯片贴装于尺寸为330mm×250min、厚度为1.2mm的印刷电路板(PCB)，其贴片速度为10s/片，贴片精度为±67.5μm/3σ；如果监测到吸嘴存在表面磨损、容易损伤芯片，或者吸嘴无法正常拾取、放置芯片时，贴片机会自动报警，此时认为该吸嘴已经损坏，使用寿命终止，需要及时更换新的吸嘴。
实施例2
请参阅表1，本实施例的氧化锆基复合陶瓷的参数及其测试方法与实施例1基本相同，不同之处主要在于：氧化锆基体的平均粒径为0.8μm。
氧化锆复合陶瓷包括如下质量百分数的组分：氧化锆基体75.0％、氧化铁24.1％和碳元素0.9％。其中，氧化锆基体包括摩尔比为97：3的四方相氧化锆和氧化钇稳定剂，其粒径分布为0.05μm～1.5μm，其平均粒径为0.8μm；氧化铁的平均粒径为1.5μm，在测定面的面积占比为45％，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为60％，相邻两个粒子的平均重心间距离为1.0μm。
氧化锆基复合陶瓷的电阻率为107Ω·cm；将氧化锆复合陶瓷制成吸嘴头直径为5mm、壁厚为1mm的陶瓷吸嘴，并将该陶瓷吸嘴的吸附面采用2000目的金刚石砂轮进行研磨抛光300min，该研磨后的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.02μm、Rku＝4.5、Rsk＝1；利用贴片机测得该陶瓷吸嘴的使用寿命为360h。
实施例3
请参阅表1，本实施例的氧化锆基复合陶瓷的参数及其测试方法与实施例1基本相同，不同之处主要在于：氧化锆基体的平均粒径为0.5μm。
氧化锆复合陶瓷包括如下质量百分数的组分：氧化锆基体75.0％、氧化铁24.1％和碳元素0.9％。其中，氧化锆基体包括摩尔比为97：3的四方相氧化锆和氧化钇稳定剂，其粒径分布为0.05μm～1.5μm，其平均粒径为0.5μm；氧化铁的平均粒径为1.5μm，在测定面的面积占比为45％，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为60％，相邻两个粒子的平均重心间距离为1.2μm。
氧化锆基复合陶瓷的电阻率为107Ω·cm，说明其具有良好的防静电性能。将氧化锆复合陶瓷制成吸嘴头直径为5mm、壁厚为1mm的陶瓷吸嘴，并将该陶瓷吸嘴的吸附面采用1800目的金刚石砂轮进行研磨抛光300min，该研磨后的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.05μm、Rku＝4.5、Rsk＝1，说明其表面光滑平整，耐磨性良好。利用贴片机测得该陶瓷吸嘴的使用寿命为360h。
实施例4
请参阅表1，本实施例的氧化锆基复合陶瓷的参数及其测试方法与实施例3基本相同，不同之处主要在于：氧化铁的平均粒径为1.2μm。
氧化锆复合陶瓷包括如下质量百分数的组分：氧化锆基体75.0％、氧化铁24.2％和碳元素0.8％。其中，氧化锆基体包括摩尔比为97：3的四方相氧化锆和氧化钇稳定剂，其粒径分布为0.05μm～1.5μm，其平均粒径为0.5μm；氧化铁的平均粒径为1.2μm，在测定面的面积占比为45.9％，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为60％，相邻两个粒子的平均重心间距离为1.2μm。
氧化锆基复合陶瓷的电阻率为107Ω·cm；将氧化锆复合陶瓷制成吸嘴头直径为5mm、壁厚为1mm的陶瓷吸嘴，并将该陶瓷吸嘴的吸附面采用1800目的金刚石砂轮进行研磨抛光300min，该研磨后的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.05μm、Rku＝4.5、Rsk＝1；利用贴片机测得该陶瓷吸嘴的使用寿命为360h。
实施例5
请参阅表1，本实施例的氧化锆基复合陶瓷的参数及其测试方法与实施例3基本相同，不同之处主要在于：氧化铁的平均粒径为1.8μm。
氧化锆复合陶瓷包括如下质量百分数的组分：氧化锆基体75.0％、氧化铁24.2％和碳元素0.8％。其中，氧化锆基体包括摩尔比为97：3的四方相氧化锆和氧化钇稳定剂，其粒径分布为0.05μm～1.5μm，其平均粒径为0.5μm；氧化铁的平均粒径为1.8μm，在测定面的面积占比为45.2％，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为55％，相邻两个粒子的平均重心间距离为1.2μm。
氧化锆基复合陶瓷的电阻率为107Ω·cm；将氧化锆复合陶瓷制成吸嘴头直径为5mm、壁厚为1mm的陶瓷吸嘴，并将该陶瓷吸嘴的吸附面采用1500目的金刚石砂轮进行研磨抛光300min，该研磨后的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.07μm、Rku＝4.5、Rsk＝1；利用贴片机测得该陶瓷吸嘴的使用寿命为360h。
实施例6
请参阅表1，本实施例的氧化锆基复合陶瓷的参数及其测试方法与实施例3基本相同，不同之处主要在于：氧化铁在测定面的面积占比为49.5％、碳元素含量为0.6wt.％。
氧化锆复合陶瓷包括如下质量百分数的组分：氧化锆基体75.0％、氧化铁24.4％和碳元素0.6％。其中，氧化锆基体包括摩尔比为97：3的四方相氧化锆和氧化钇稳定剂，其粒径分布为0.05μm～1.5μm，其平均粒径为0.5μm；氧化铁的平均粒径为1.5μm，在测定面的面积占比为49.5％，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为60％，相邻两个粒子的平均重心间距离为1.0μm。
氧化锆基复合陶瓷的电阻率为107Ω·cm，说明其具有良好的防静电性能。将氧化锆复合陶瓷制成吸嘴头直径为5mm、壁厚为1mm的陶瓷吸嘴，并将该陶瓷吸嘴的吸附面采用1500目的金刚石砂轮进行研磨抛光300min，该研磨后的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.05μm、Rku＝4.5、Rsk＝1，说明其表面光滑平整，耐磨性良好。利用贴片机测得该陶瓷吸嘴的使用寿命为360h。
对比例1
本对比例为空白对照组。请参阅表2，将实施例1中的陶瓷吸嘴更换为株洲三鑫硬质合金生产有限公司的钨钢吸嘴，该钨钢吸嘴的吸嘴头的直径为5mm，壁厚为1mm；按实施例1所述方法，测得钨钢吸嘴的电阻率为103Ω·cm，钨钢吸嘴的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.05μm、Rku＝4.5、Rsk＝1，利用贴片机测得该钨钢吸嘴的使用寿命为72h。
对比例2
本对比例为空白对照组。请参阅表2，将实施例1中的陶瓷吸嘴更换为东莞市博华电子科技有限公司的塑料吸嘴，该塑料吸嘴的吸嘴头的直径为5mm，壁厚为1mm；按实施例1所述方法，测得塑料吸嘴其电阻率为1013Ω·cm，塑料吸嘴的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.05μm、Rku＝4.5、Rsk＝1，利用贴片机测得该塑料吸嘴的使用寿命为36h。
对比例3
本对比例的氧化锆基复合陶瓷的参数及其测试方法与实施例1基本相同，不同之处主要在于：氧化锆基体的平均粒径为0.2μm，且不含有碳元素。
氧化锆复合陶瓷包括如下质量百分数的组分：氧化锆基体75.0％和氧化铁25.0％。其中，氧化锆基体包括摩尔比为97：3的四方相氧化锆和氧化钇稳定剂，其粒径分布为0.05μm～1.5μm，其平均粒径为0.2μm；氧化铁的平均粒径为1.5μm，在测定面的面积占比为45％，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为55％，相邻两个粒子的平均重心间距离为1.2μm。
氧化锆基复合陶瓷的电阻率为109Ω·cm；将氧化锆复合陶瓷制成吸嘴头直径为5mm、壁厚为1mm的陶瓷吸嘴，并将该陶瓷吸嘴的吸附面采用1500目的金刚石砂轮进行研磨抛光300min，该研磨后的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.05μm、Rku＝4.5、Rsk＝1；利用贴片机测得该陶瓷吸嘴的使用寿命为150h。
对比例4
请参阅表2，本对比例的氧化锆基复合陶瓷的参数及其测试方法与实施例1基本相同，不同之处主要在于：氧化锆基体的平均粒径为0.2μm。
氧化锆复合陶瓷包括如下质量百分数的组分：氧化锆基体75.0％、氧化铁24.0％和碳元素1.0％。其中，氧化锆基体包括摩尔比为97：3的四方相氧化锆和氧化钇稳定剂，其粒径分布为0.05μm～1.5μm，其平均粒径为0.2μm；氧化铁的平均粒径为1.5μm，在测定面的面积占比为45％，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为55％，相邻两个粒子的平均重心间距离为1.2μm。
氧化锆基复合陶瓷的电阻率为104Ω·cm。将氧化锆复合陶瓷制成吸嘴头直径为5mm、壁厚为1mm的陶瓷吸嘴，并将该陶瓷吸嘴的吸附面采用1500目的金刚石砂轮进行研磨抛光300min，该研磨后的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.05μm、Rku＝4.5、Rsk＝1；利用贴片机测得该陶瓷吸嘴的使用寿命为200h。
对比例5
请参阅表2，本对比例的氧化锆基复合陶瓷的参数及其测试方法与实施例3基本相同，不同之处主要在于：氧化铁在测定面的面积占比为65％。
氧化锆复合陶瓷包括如下质量百分数的组分：氧化锆基体75.0％、氧化铁24.0％和碳元素1.0％。其中，氧化锆基体包括摩尔比为97：3的四方相氧化锆和氧化钇稳定剂，其粒径分布为0.05μm～1.5μm，其平均粒径为0.5μm；氧化铁的平均粒径为1.5μm，在测定面的面积占比为65％，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为60％，相邻两个粒子的平均重心间距离为1.2μm。
氧化锆基复合陶瓷的电阻率为103Ω·cm；将氧化锆复合陶瓷制成吸嘴头直径为5mm、壁厚为1mm的陶瓷吸嘴，并将该陶瓷吸嘴的吸附面采用1500目的金刚石砂轮进行研磨抛光300min，该研磨后的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.05μm、Rku＝4.5、Rsk＝1；利用贴片机测得该陶瓷吸嘴的使用寿命为200h。
对比例6
请参阅表2，本对比例的氧化锆基复合陶瓷的参数及其测试方法与实施例3基本相同，不同之处主要在于：该氧化锆基复合陶瓷不含碳元素。
氧化锆复合陶瓷包括如下质量百分数的组分：氧化锆基体75.0％和氧化铁25.0％。其中，氧化锆基体包括摩尔比为97：3的四方相氧化锆和氧化钇稳定剂，其粒径分布为0.05μm～1.5μm，其平均粒径为0.5μm；氧化铁的平均粒径为1.5μm，在测定面的面积占比为50％，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为60％，相邻两个粒子的平均重心间距离为1.2μm。
氧化锆基复合陶瓷的电阻率为109Ω·cm；将氧化锆复合陶瓷制成吸嘴头直径为5mm、壁厚为1mm的陶瓷吸嘴，并将该陶瓷吸嘴的吸附面采用1800目的金刚石砂轮进行研磨抛光300min，该研磨后的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.05μm、Rku＝4.5、Rsk＝1；利用贴片机测得该陶瓷吸嘴的使用寿命为200h。
对比例7
请参阅表2，本对比例的氧化锆基复合陶瓷的参数及其测试方法与实施例3基本相同，不同之处主要在于：氧化铁的平均粒径为2.2μm。
氧化锆复合陶瓷包括如下质量百分数的组分：氧化锆基体75.0％、氧化铁24.0％和碳元素1.0％。其中，氧化锆基体包括摩尔比为97：3的四方相氧化锆和氧化钇稳定剂，其粒径分布为0.05μm～1.5μm，其平均粒径为0.5μm；氧化铁的平均粒径为2.2μm，在测定面的面积占比为45％，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为55％，相邻两个粒子的平均重心间距离为2.2μm。
氧化锆基复合陶瓷的电阻率为109Ω·cm；将氧化锆复合陶瓷制成吸嘴头直径为5mm、壁厚为1mm的陶瓷吸嘴，并将该陶瓷吸嘴的吸附面采用1800目的金刚石砂轮进行研磨抛光300min，该研磨后的吸附面的粗糙度为：Ra＝0.05μm、Rku＝4.5、Rsk＝1；利用贴片机测得该陶瓷吸嘴的使用寿命为180h。
表1.实施例1～6的氧化锆基复合陶瓷和陶瓷吸嘴的相关参数
Figure BDA0004151518310000161
Figure BDA0004151518310000171
表2.对比例1～7的相关参数
Figure BDA0004151518310000172
/>
Figure BDA0004151518310000181
由表1可知，将实施例1～6中的氧化锆基复合材料制成陶瓷吸嘴后，这些陶瓷吸嘴的使用寿命均能达到360h，说明在氧化锆基体的平均粒径、氧化铁的平均粒径、氧化铁在测定面上的面积占比以及碳元素含量这些参数的协同作用下，陶瓷吸嘴具有优异的耐磨性能，在高速贴装过程中不易造成脱粒，因而大大延长了其使用寿命。同时，陶瓷吸嘴的电阻率均为107Ω·cm，具有良好的防静电性能，并且其吸附面光滑平整，能够有效避免对芯片造成损伤。
由表2可知，对比例1～7中的吸嘴的使用寿命最高只有200h，使用寿命远低于实施例1～6中的陶瓷吸嘴，说明这些吸嘴的耐磨性能都不够理想，在高速贴装中磨损较为严重，使用寿命大幅度降低。其中，对比例2中的塑料吸嘴的使用寿命最短，其耐磨性能最差，并且塑料吸嘴的电阻率偏高，无法有效释放积累的静电，容易损伤芯片。对比例1中的钨钢吸嘴的使用寿命略高于塑料吸嘴，耐磨性能也很差，并且钨钢吸嘴的电阻率偏小，容易在高速运动时产生静电，也容易损伤芯片。
在对比例3中，由于没有碳元素含量的帮助，复合陶瓷材料的导电性能和机械性能都有所降低，导致陶瓷吸嘴的耐磨性能较差；再加上氧化锆基体的平均粒径过小，难以抑制氧化铁晶粒的长大，无法实现微晶化的目的，在使用过程中容易引发脱粒现象，耐磨性能进一步降低，极大地缩短了陶瓷吸嘴的使用寿命。在对比例4中，虽然添加了适量的碳元素，但氧化锆基体的粒径过小还是容易造成氧化铁晶粒的脱落，耐磨性能较差，使用寿命较低；同时，氧化锆基体粒径过小，在与氧化铁晶粒的共同作用下烧结更加致密，使得电阻率有所下降，再加上与碳元素的协同作用，导致复合陶瓷材料的电阻率明显降低，无法很好的实现防静电的功能。
对于对比例5，氧化铁在测定面的面积占比过高，使复合陶瓷材料的电阻率大幅度降低，并进一步降低复合陶瓷材料的机械性能，导致其使用寿命短、防静电效果不佳。在对比例6中，由于复合陶瓷材料没有添加碳元素，其导电性能和力学性能均有所降低，导致陶瓷吸嘴的耐磨性能较差，使用寿命明显降低。在对比例7中，氧化铁的粒径过大，不仅会导致烧结后复合陶瓷材料的致密度降低，电阻率略微增大，防静电效果有所下降，而且其在反复贴装过程中容易脱落，耐磨性能较差，故使用寿命缩短了一半；并且，氧化铁晶粒的脱落会导致陶瓷吸嘴的电阻率增大，图像识别精度降低，不能满足芯片贴装的需求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。

Claims (11)

1.一种氧化锆基复合陶瓷，其特征在于，包括如下组分：
氧化锆基体，导电金属氧化物及碳元素；
其中，所述氧化锆基体的平均粒径为0.3μm～0.8μm；
所述导电金属氧化物的平均粒径为1μm～2μm，其在任意面上的面积占比为30％～50％；
所述碳元素在所述氧化锆基复合陶瓷中的含量为0.1wt.％～1wt.％。
2.如权利要求1所述的氧化锆基复合陶瓷，其特征在于，所述氧化锆基体和所述导电金属氧化物的质量比为(75～85)：(15～25)。
3.如权利要求1所述的氧化锆基复合陶瓷，其特征在于，所述氧化锆基体的粒径分布为0.05μm～1.5μm。
4.如权利要求1所述的氧化锆基复合陶瓷，其特征在于，在所述导电金属氧化物中，粒径≥0.6μm的粒子的个数占比为40％～90％。
5.如权利要求4所述的氧化锆基复合陶瓷，其特征在于，在所述导电金属氧化物中，相邻两个粒子的平均重心间距离为0.5μm～1.5μm。
6.如权利要求1所述的氧化锆基复合陶瓷，其特征在于，所述导电金属氧化物为氧化铁、氧化钴、氧化镍和氧化铬中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的氧化锆基复合陶瓷，其特征在于，所述氧化锆基体包括氧化锆晶体和稳定剂。
8.如权利要求7所述的氧化锆基复合陶瓷，其特征在于，所述氧化锆基体满足以下条件中的一个或多个：
1)所述氧化锆晶体包括四方相氧化锆；
2)所述稳定剂选自氧化钙稳定剂、氧化镁稳定剂、氧化铝稳定剂、氧化铈稳定剂和氧化钇稳定剂中的一种或多种；
3)所述氧化锆晶体和所述稳定剂的摩尔比为(96～98)：(2～4)。
9.如权利要求1～8中任一项所述的氧化锆基复合陶瓷，其特征在于，所述氧化锆基复合陶瓷的电阻率为105Ω·cm～109Ω·cm。
10.如权利要求9中任一项所述的氧化锆基复合陶瓷，其特征在于，所述氧化锆基复合陶瓷研磨得到的表面的粗糙度满足以下条件中的一个或多个：
1)轮廓算术平均偏差为0.05μm～0.2μm；
2)峰度大于2且小于10；
3)偏度大于0。
11.一种陶瓷吸嘴，其特征在于，包括如权利要求1～10中任一项所述的氧化锆基复合陶瓷。
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