CN1370759A

CN1370759A - 一种制备薄片形陶瓷元件坯片的方法和专用模具

Info

Publication number: CN1370759A
Application number: CN 01104148
Authority: CN
Inventors: 陈大明; 李斌太; 杜林虎; 仝建峰; 徐荣九; 周洋; 赵新英; 袁广江
Original assignee: BEIJING AVIATION MATERIAL INST
Current assignee: BEIJING AVIATION MATERIAL INST
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2021-02-22
Also published as: CN1151094C

Abstract

本发明涉及对陶瓷成形方法和成形模具的改进。本发明工艺步骤是配料—混合球磨—加入增塑剂和悬浮剂—除气—加入引发剂—组合模具准备—注模凝胶—脱模干燥。本发明解决了环境污染问题并使原材料成本大大降低;设备投资费用大幅度减少;产品质量高。

Description

一种制备薄片形陶瓷元件坯片的方法和专用模具

本发明属于无机非金属材料领域，涉及对陶瓷成形方法和成形模具的改进。

薄片式陶瓷元件生产的核心技术是高质量薄片坯体的成形。传统的陶瓷坯片成形技术主要有干压法、热压注法、轧膜法、流延法。干压法和热压注法无法制备大尺寸薄型坯片且表面光洁度较差。轧模法使坯料和粘接剂不可避免地出现定向排列，烧结时单方向收缩量大，尺寸精度不易保证，性能也会出现各向异性。目前，国内外工业化生产中均采用流延法成形薄型陶瓷坯片。

流延法(tape casting)又称为刮刀法(doctor blading)或小刀覆层法(knife coating)，是美国四十年代中期发明的技术，并于1952年获得第一个相关专利(G.N.Howatt：高绝缘陶瓷板的生产方法，U.S.Patent2582993)。该专利主要覆盖了电子和无线电领域内应用的平板陶瓷的成形。1961年美国的J.L.Park Jr.获得了关于连续流延法专利(陶瓷生产方法，U.S.Patent 2966719)，主要内容是如何用刮刀法在不渗水的有机载体上连续成形片式陶瓷坯体。该专利中首次提到至今仍在常用的粘接剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB)。1967年，H.W.Stetson和W.J.Gyurk发表了第一份关于发展用流延法制造超薄型氧化铝基片的文献“二微英寸煅烧氧化铝基片的发展”(Am.Ceram.Soc.Bull，16[4]，387，)并于1972年获得专利(氧化铝基板，U.S.Patent 3698923)，关键内容是以鱼油作分散剂，提高料浆中精细氧化铝粉含量，以便使流延法生产的薄型坯片可以直接烧结出高致密度的氧化铝基片。此后二十多年来，流延技术不断改进发展，已成为一种比较成熟的工艺技术，与该法相配套的流延生产线也日趋完善。但是，流延法成形陶瓷坯片通常需使用高挥发性有机溶剂配制料浆，最常用的有甲苯、二甲苯、三氯乙烯、正丁醇等，造成环境污染严重。同时，流延法生产设备昂贵，原材料和消耗材料价格高，烧结过程排除大量有机粘结剂效率低，能耗高。

为此，近二十年人们一直致力于水基料浆流延法的研究。1982年，美国同时授权了两项专利(M.Kemr.and H.Miguhara，柔性陶瓷带及其生产方法，U.S.Patent No.4329271；K.Kita，J.Fukuda，H.Ohmura andT.Sakai，陶瓷生坯带及其生产方法，U.S.Patent No.4353958)。但由于同样存在设备复杂昂贵，残留有机物含量高，特别是水基料浆排除水溶剂缓慢，效率低，脱水干燥过程坯片易开裂和出现表面缺陷原因，目前工业化生产仍有很大困难。

1991年美国橡树岭国家实验室发明了一种新的陶瓷坯体精密成形技术—水基注凝法(Janney M A，Omatete O O.陶瓷粉末的水基注凝成形方法，U.S.Pat.5028362)。其原理是将可形成水凝胶的有机单体和交联剂配制成预混液，与陶瓷粉料混合后配制成水基陶瓷料浆，在一定条件下使之原位聚合，形成交叉链结构的凝胶体而使陶瓷坯体定型，因此可适用于各种复杂形状陶瓷零件的成形。但是，至今未见到用水基注凝法制备薄片形陶瓷元件方面的研究报道，其主要困难在于薄片形陶瓷元件的生产与一般陶瓷零件不同。它首先要求成形大尺寸的坯片，然后根据元件形状不同将坯片裁条并用相应冲模进行冲切加工，最后进行叠片烧结和整平处理。这就要求所生产的坯片具有柔韧性和尺寸稳定性，以便可以进行冲切加工和保证烧成后的尺寸精度。上述U.S.Patent 5028362专利成形的坯体在其水分干燥前虽有一定柔性，但脱除水分后则变得硬而脆，无法进行冲切加工，含水量高时冲切会粘模，含水量低时冲切易破裂，同时，脱水干燥过程中坯体尺寸是变化的，靠控制坯片中的水含量来保证冲切烧成后元件的尺寸精度困难较大，而且仅靠坯片残存水分其柔韧性也难满足含有小孔，刀缝等复杂形状薄片式元件冲切加工的要求。

本发明的目的是，克服有机料浆流延法成形陶瓷坯片设备复杂昂贵，原材料成本高，能耗大，环境污染严重的问题，改进水基注模凝胶法的陶瓷料浆制备和成形方法，获得脱水干燥后仍具有良好柔韧性和冲切加工性能的坯片，降低薄片形陶瓷元件的制备成本。本发明的另一个目的是为提高生产效率和保证成形坯片厚度的均匀一致性，提出了适应于这一工艺特点的坯片成形组合模具设计方案。

本发明的技术方案是：一种制备薄片形陶瓷元件坯片的方法，其特征在于，

1、配料，根据所制备的陶瓷坯片的成分要求，准确称量各种陶瓷粉体；按规定比例称量去离子水或者蒸馏水；称取分散剂，它是下列物质之一：聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、羰酸盐、柠檬酸盐，其加入量是陶瓷粉体重量的0.5～2.0％；称取增塑剂，它是下列物质之一：丙三醇、聚乙二醇、丁卞基酞酸酯，其加入量是陶瓷粉体重量的0.5～5％；称取悬浮剂，它是下列物质之一：聚乙烯醇，聚丙烯酰胺、阿拉伯树胶，其加入量是陶瓷粉体重量的0.1～0.5％；称取有机单体和交联剂，有机单体是水溶性丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，交联剂是亚甲基双丙烯酰胺或多乙二醇二甲基丙烯酸，有机单体和交联剂的比例可在10∶1～30∶1之间选取，总加入量为水重量的10～30％；

2、混合球磨，

将上述陶瓷粉体、去离子水或蒸馏水、分散剂、有机单体和交联剂放入球磨机中充分球磨，形成陶瓷料浆，球磨时间为2～30h，球料比为1∶1～2∶1；

3、加入增塑剂和悬浮剂，将混磨均匀的陶瓷料浆从球磨机取出后，加入增塑剂和悬浮剂，搅拌混合均匀；

4、除气，对陶瓷料浆进行真空搅拌或振动除气，加入料浆总量0.5～2％的消泡剂；

5、加入引发剂，向真空搅拌除气后的陶瓷料浆中加入引发剂过硫酸铵水溶液，搅拌均匀，引发剂的加入量为有机单体重量的0.2～0.6％；

6、组合模具准备，模具材料选用平板状玻璃、金属、高分子(塑料)等不渗水且表面平整光洁的材料，模板之间安放所需厚度的密封条以控制坯片厚度，可采用上注法或下注法专用模具。

7、注模凝胶，可以采用下述两种方法其中之一：

7.1、向陶瓷料浆中加入催化剂四甲基乙二胺，搅拌均匀后浇注进由平板材料制成的单层或叠层组合模具待其自然凝胶化，催化剂的加入量为有机单体重量的0.05～0.5％；

7.2、将陶瓷料浆浇注进由平板材料制成的单层或叠层组合模具后，加热至40～80℃使陶瓷料浆凝胶化；

8、脱模干燥，陶瓷料浆凝胶化完成后，脱模揭下每层模板上的陶瓷凝胶坯片，放置于透气的网筛上或平整的石膏板上使其脱水干燥，干燥方式可采用自然干燥、吹风干燥或加热干燥。

在选择原料时，对于易发生水合反应增加料浆粘度的粉体如MgO、CaO等，应使用它们在水中更加稳定的物质如MgCO₃、CaCO₃等，或将它们预先合成为所需成分的稳定化合物，如将MgO和Al₂O₃、Y₂O₃和La₂O₃分别合成MgAlO₃、LaYO₃后使用。

一种用于如权利要求1所述的制备薄片形陶瓷元件坯片方法的专用组合模具，其特征在于，模具由两块外模板1、位于两个外模板1之间、互相叠靠的若干块内模板2、位于相邻两块模板之间的密封条3和夹紧器4组成，各模板为外形尺寸基本相同的正方形或者矩形，每块内模板2的上边缘有一个弧形凹槽，密封条3沿模板周边放置，其厚度由所需浇注坯片的厚度决定，内模板2下边缘的密封条与两个侧边缘的密封条严密配合，在内模板2上边缘弧形凹槽的两侧各有一个密封条3，它与侧边缘的密封条保持5～10mm的间隙，由若干个夹紧器4将全部模板夹持成为一个整体。

另一种用于如权利要求1所述的制备薄片形陶瓷元件坯片方法的专用组合模具，其特征在于，模具由一块外模板1、一块在下部一角带有浇注口的外模板1a、位于两个外模板1和1a之间、互相叠靠的若干块内模板2、位于相邻两块模板之间的密封条3和夹紧器4组成，各模板为外形尺寸基本相同的正方形或者矩形，每块内模板2与外模板1a上的浇注口对应的位置开有通孔，在该通孔的对角处有一个圆弧形凹槽，密封条3为4片平整光洁的薄条，其厚度由所需浇注坯片的厚度决定，沿内模板2的周边放置，两密封条结合处严密配合，由若干个夹紧器4将全部模板夹持成为一个整体。

本发明解决了可冲切加工的陶瓷坯片的成形技术，并提出了专用的组合模具，使之可适应于工业化生产要求。其优点主要表现为：

1、与国内外目前通用的有机料浆流延法相比，用去离子水取代了甲苯、二甲苯、三氯乙烯，正丁醇等高挥发性有毒溶剂，其它有机物(粘结剂、增塑剂、分散剂、悬浮剂等)也仅为有机流延料浆的1/3～1/4，基本解决了环境污染问题并使原材料成本大大降低。

2、水基注凝法省去了复杂昂贵的流延机生产线装置，而改用叠层组合模具，制造方便，生产效率高，且通过垫条厚度的改变即可方便灵活的生产0.2mm以上各种厚度的坯片，坯片厚度一致性好，在相同生产能力的条件下，设备投资费用大幅度减少。

3、水基注凝法所生产的陶瓷坯片系先凝胶定形脱模后自然脱水干燥，

3、水基注凝法所生产的陶瓷坯片系先凝胶定形脱模后自然脱水干燥，不同于流延法需先加热挥发出料浆中的有机溶剂后才能揭片，同时，坯片中残存有机物含量低，坯片密度高，烧结过程残存有机物排除容易，收缩量小，不易出现开裂现象，因此装炉量提高(叠片数量增加)，烧结时间缩短(有机物烧除过程很短)，烧结温度降低(坯片密度高)，节能降耗效果十分显著。

附图说明。

图1为包含了本发明的制备薄片陶瓷元件的工艺流程图。

图2为本发明设计的上注法组合模具装配图。

图3为上注法组合模具中间模板及密封条摆放方式。

图4为本发明设计的下注法组合模具装配图。

图5为下注法组合模具中间模板及密封条摆放方式。

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1给出制备薄片陶瓷元件的完整工艺流程，本发明的采用水基注凝法制备薄片形(厚度0.2～3mm)陶瓷元件坯片的工艺流程到脱水干燥为止。本发明方法的工艺要点为：

一、配料。

按照所需陶瓷材料的成分要求，准确称量各种陶瓷粉体。对于易发生水合反应增加料浆粘度的粉体如MgO、CaO等，应使用它们在水中更加稳定的物质如MgCO₃、CaCO₃等，或将它们预先合成为所需成分的稳定化合物，如将MgO和Al₂O₃、Y₂O₃和La₂O₃分别合成MgAlO₃、LaYO₃后使用。

按配方称取所用的去离子水或蒸馏水，加入量为陶瓷粉料体积的30～60vol％，为减少水的用量和提高陶瓷料浆流动性，应同时加入原料重量0.5～2.0％的不引入杂质且在煅烧时可以完全烧除的各类分散剂，如聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、羰酸盐、柠檬酸盐等有机电解质分散剂。为使坯片脱水后仍保持柔韧可冲切性，应加入陶瓷粉体重0.5～5％的增塑剂，如丙三醇、聚乙二醇、丁卞基酞酸酯等。为进一步提高料浆的悬浮稳定性兼提高成形坯片的强韧性，还需加入陶瓷粉料重量0.1～0.5％的有机聚合物如聚乙烯醇，聚丙烯酰胺、阿拉伯树胶等。有机单体选用水溶性丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，交联剂选用亚甲基双丙烯酰胺或多乙二醇二甲基丙烯酸，有机单体和交联剂的比例可在10∶1～30∶1之间选取，总加入量为去离子水重量的10～30％。

二、混合球磨。

首先将上述陶瓷粉体原料、去离子水或蒸馏水、分散剂、有机单体和交联剂放入球磨机中充分球磨，保证陶瓷粉料进一步细化和混料均匀。球磨机中滚筒内衬和磨球应采用与所生产陶瓷材质相近或不引入杂质的耐磨有机聚合物材料。球料比可根据磨细和混匀的原则在1∶1～2∶1之间选取。

三、加入增塑剂和悬浮剂。

混磨均匀的陶瓷料浆从球磨机取出后，按照上述比例加入增塑剂和有机悬浮剂，搅拌混合均匀。

四、除气。

在加入增塑剂和悬浮剂之后或者在加入的同时进行真空搅拌或振动除气，并加入占陶瓷料浆总重量0.5～2％的消泡剂，例如正丁醇与乙二醇的混合液，保证球磨和放料过程中存在于料浆中的微小气泡彻底排除，以免造成随后成形坯片表面出现气孔或针眼缺陷。

五、加入引发剂

将真空搅拌除气后的料浆中加入引发剂如过硫酸铵水溶液，搅拌均匀，引发剂的加入量为有机单体重量的0.2～0.6％。

六、组合模具准备

1、上注法组合模具装配图见图2，由两块外模板1、若干块内模板2、密封条3、夹紧器4组成。紧固器5压紧各模板使之成为一体。外模板1为正方形或矩形平板，尺寸可根据所需制备坯片的大小决定。内模板2的数量可为1～50块平板，其外形尺寸与两侧模板基本相同。每块内模板2的上边缘开出一个宽度不超过模板宽度1/2，深度约10～30mm的圆弧形凹槽。模板的材料选用平板状玻璃、金属、高分子(塑料)等不渗水且表面平整光洁的材料制作。密封条一般由5片平整光洁，宽度为5～20mm的薄条组成，其厚度由所需浇注坯片的厚度决定。密封条3沿内模板2的周边放置，在下边缘平放一底条，两个侧边缘边各垂直摆放一侧条，侧条必须与底条严密配合。在内模板2上边缘圆弧形凹槽的两侧各放一个密封条，每条长度不超过底条的1/3，其摆放位置应与侧条留有5～10mm的间隙。上述密封条可以在合模时临时摆放，也可预先固定在内模板2上，如图3所示。

组合模具夹紧器4是带有紧固器5的刚性槽型装置，其槽宽大于全部模板(含密封条)总厚度5～20mm，当夹紧器4卡住模板后，紧固器5应处于密封条所在的位置。紧固器5是一个便于拧动的螺栓，夹紧器4卡住模板后，拧紧螺栓，顶住模板即完成紧固作用。每套组合模具使用2～3个夹紧器4。浇注时可将组合模具立放在平台上，从内模板2的弧形凹槽处注入料浆。料浆体积应准确称量，保证浇注完成后料浆能充满每一块模板间且可在弧形凹槽处流平。这种模具的优点是操作简便，对于较厚的坯片没什么困难，但要求操作过程平稳连续不断流，以免裹入气泡。

2、下注法组合模具装配图见图4，由外模板1、一块外模板1、一块在下部一角带有浇注口的外模板1a、位于两个外模板1和1a之间、互相叠靠的若干块内模板2、位于相邻两块模板之间的密封条3和夹紧器4组成。两块外模板1和1a为正方形或矩形平板，尺寸可根据所需制备坯片的大小决定。其中外模板1a需在其一角处钻一个φ10～20mm的通孔，还可以在该孔内嵌一内径为5～15mm空心圆形浇注口。内模板2的数量可为1～50块平板，其外形尺寸与外模板基本相同。在内模板2的一角与外模板1a上通孔相对应的位置，需钻一个通孔，孔径与通孔或者空心圆形浇注口内径相同。在另一对角处开出一深度和半径为10～30mm的圆弧形凹槽。密封条3为4片平整光洁的薄条，其厚度由所需浇注坯片的厚度决定，宽度为5～20mm，沿内模板周边放置，要求互相接触处严密配合。上述密封条可以在合模时临时摆放，也可预先固定在内模板2上，如图5所示。夹紧器4与紧固器5与上注法组合模具图2所述情况一样。

浇注时可将组合模具垂直侧转45°立放在一槽形支架上，使浇注口位于下方。将料浆导管塞入浇注口，使料浆自下向上流动，直至充满模板间隙，最后在内模板2圆弧形凹槽处流平。这种模具的优点是可以加压浇注或从上方抽气吸注，对浇注比较薄的坯片(＜0.5mm)有利。同时，底注法可以避免裹入气泡，坯片质量高。但该法操作相对繁琐，浇注结束后需关闭阀门，并将组合模具放倒凝胶化以免料浆流出。

七、注模凝胶。

可以采用以下述两种方法中的任一种方法进行注模凝胶操作：

第一种，加入催化剂四甲基乙二胺，加入量为有机单体重量的0.05～0.5％，搅拌均匀后浇注进组合模具待其自然凝胶化。催化剂的加入量多少会影响料浆凝胶化时间，通常以完成浇注操作后5～20分钟能实现凝胶化为宜。

第二种，将料浆注入组合模具后加热至40～80℃使陶瓷料浆凝胶化，加热方式可以采用电加热，水浴加热等方式。

八、脱模干燥。

料浆凝胶化完成后，脱模揭下每层模板上的水凝胶坯片，放置于透气的网筛上或平整的石膏板上使其脱水干燥，干燥方式可采用自然干燥、吹风干燥或加热干燥，但要求整片坯片均匀脱水，避免坯片发生严重变形。坯片脱水干燥后即可得到具有足够柔韧性、表面光洁平整，厚度均匀一致可满足冲切加工的陶瓷坯片。

随后，可按一般片式陶瓷元件的生产方法，先将上述方法生产的柔韧性坯片在冲床上用模具冲出所需的形状。为提高生产效率，片式元件陶瓷坯片一般采用叠层烧结，叠层时需在每片之间撒敷一层耐高温且不与该片式陶瓷材料发生反应的隔离粉。在一定的烧结工艺条件下烧结成瓷后，用抛磨或吹砂的办法清除隔离粉，再次叠层后用平整光滑的耐火板压住，在低于烧结温度但可使片式陶瓷元件蠕变的温度下进行整平处理，最后就获得所需的薄片形陶瓷元件。

实施例。

实施例1，96％氧化铝电子陶瓷基片的制备

原材料采用纯度大于99.5％、平均粒径2.84μm的α-Al₂O₃粉，助烧剂采用CaCO₃、高岭土及粒径为30nm的SiO₂粉，其配比为Al₂O₃∶CaO∶SiO₂＝96.7∶1.5∶1.8。将上述原料及料重15％去离子水、2.5％丙烯酰胺、0.125％亚甲基双丙烯酰胺及1％自行配制的分散剂加入球磨机，并用氨水调节料浆pH＝9，共混磨20h，出料至真空搅拌罐中，加入1.5％丙三醇、1.0％聚乙二醇、0.5％聚丙烯酰胺，同时按1000ml料浆加入1ml的消泡剂(正丁醇与乙二醇混合液)，抽真空至1KPa以下搅拌0.5h，即得到具有良好流动性和悬浮稳定性的料浆。按照每1000ml料浆加入2ml四甲基乙二胺和2ml预先配制的8％过硫酸铵水溶液，搅拌均匀后注入图2所示的15层玻璃板制成的组合模具中，自然放置约10分钟后即凝胶化。脱模后揭下凝胶坯片置于尼龙布网筛上自然脱水干燥即得到柔韧性好、可进行冲切加工的坯片。

上述坯片按氧化铝陶瓷基片基本相同的生产工艺进行裁条和冲模加工、撒砂、叠层、烧结致密化、抛磨清除隔离砂、整平处理，即完成了陶瓷基片的生产。应该指出，上述坯片最多叠层至50片且最终经1520℃保温3h烧结后密度即可达3.77g/cm³，这是流延法生产的坯片所无法达到的。表1列出了所生产的1mm厚氧化铝陶瓷基片的实测性能。

表1 氧化铝陶瓷(96瓷)基片主要性能

项目			国家标准GB/T 14619-93	日本京瓷标准	航材院实测
项目			国家标准GB/T 14619-93	日本京瓷标准	航材院实测	状态			细密
颜色			白色			状态			细密
颜色			白色			体积密度	g/cm³		≥3.70	3.70	3.77
抗弯强度	MPa		274	314	296.5	体积密度	g/cm³		≥3.70	3.70	3.77
抗弯强度	MPa		274	314	296.5	线膨胀系数	℃^-1(20～500℃)		(6.5～7.5)×10^-6	7.2×10^-6	6.62×10^-6
℃^-1(20～800℃)		(6.5～8.0)×10^-6	7.9×10^-6	7.2×10^-6			℃^-1(20～500℃)		(6.5～7.5)×10^-6	7.2×10^-6	6.62×10^-6
℃^-1(20～800℃)		(6.5～8.0)×10^-6	7.9×10^-6	7.2×10^-6	热导率		W/mK		≥20.9	27	28.9
击穿强度	kv/mm		≥12	12	热导率	50	W/mK		≥20.9	27	28.9
击穿强度	kv/mm		≥12	12	体积电阻率	50	Ωcm(20℃)		≥10¹⁴	＞10¹⁴	3.4×10¹⁶
Ωcm(300℃)		≥10¹¹	10¹⁰	1.4×10¹⁴			Ωcm(20℃)		≥10¹⁴	＞10¹⁴	3.4×10¹⁶
Ωcm(300℃)		≥10¹¹	10¹⁰	1.4×10¹⁴		Ωcm(500℃)		≥10⁹	10⁸	4.7×10¹⁰
介电常数(1MHz)			9～10	9.4		Ωcm(500℃)		≥10⁹	10⁸	4.7×10¹⁰	9.8
介电常数(1MHz)			9～10	9.4	介质损耗角正切(1MHz)			3×10^-4	4×10^-4	1.5×10^-4	9.8
表面粗糙度Ra		μm	0.3～0.8	0.2～0.75	介质损耗角正切(1MHz)			3×10^-4	4×10^-4	1.5×10^-4	0.45～0.75
表面粗糙度Ra		μm	0.3～0.8	0.2～0.75	翘曲度			0.05/25(长)	0.08/25(长)	0.003～0.02/40	0.45～0.75

实施例2，叠层结构SiC陶瓷复合材料的制备。

原材料采用平均粒径为1.4μm的SiC粉，并以Y₂O₃和La₂O₃粉作为助烧剂，三者比例为8∶1∶1，Y₂O₃和La₂O₃粉混合均匀高温煅烧合成为YLaO₃后使用。加入上述料重量30％的去离子水，外加去离子水重量15％的有机单体丙烯酰胺，0.8％的交联剂亚甲基双丙烯酰胺，2％的分散剂JA-281，以四甲基氢氧化铵调整料浆pH＝8，放入行星式球磨机，球∶料＝1.5∶1，混磨3h，出料后加入2％的增塑剂丙三醇，经真空搅拌除气，再加入料浆重量0.5％的引发剂(预先配制好的5％过硫酸铵水溶液)，搅拌均匀后注入如图3所示的5层金属板制成的组合模具中，关闭浇注口阀门后平放进50℃烘箱，约15分钟后全部凝胶化，脱模揭下凝胶坯片置于平整的石膏板上自然脱水干燥，制得0.4mm厚柔韧性坯片。

将此坯片切割成所需形状，喷涂夹层料浆(由BN、SiC、Al₂O₃加乙醇混磨而成)，干燥后逐片放入石墨模具中，于1820℃氮气保护条件下热压烧结2h，得到主层0.2mm，夹层0.02mm的叠层结构陶瓷复合材料，经测试其室温抗弯强度σ_f ^RT＝677MPa，断裂韧性K_IC＝20.9MPa·m^1/2，1250℃高温抗弯强度σ_f ^1250℃＝482MPa。

实施例3，PTC片式热敏元件的制备。

称取200g以Y₂O₃掺杂的(Ba_0.85Pb_0.15)Ti_1.01O₃的PTC粉料，再加入26ml去离子水，4g甲基丙烯酰胺，0.6g亚甲基双丙烯酰胺，15ml自行配制的多组元中性分散剂，保持料浆为中性(pH＝7)。于行星式球磨机混磨2h，出料至玻璃烧杯中，加入3ml丙三醇，0.5g阿拉伯树胶，置于超声振荡器振荡除气10分钟，然后加入0.5ml预先配制好的5％浓度过硫酸铵水溶液，搅拌均匀后注入如图2所示的3层塑料板制成的组合模具中，垂直浸入70℃热水浴中约5分钟凝胶化。脱模后凝胶坯片置于尼龙布网筛上脱水干燥，制得1.35mm厚柔性坯片。

将此坯片裁成坯条，置于刚玉坩埚内叠层埋粉，先敞盖于600℃保温1h脱除有机物。再加盖以适当的烧结工艺致密化和半导化，即得到大片状1.2mm厚的PTC陶瓷，将其在金刚石砂轮切割机上切成70×3mm形状，两面烧渗A1电极材料，最终测得此PTC热敏元件的电阻值为15.5Ω，居里温度约180℃。

Claims

1、一种制备薄片形陶瓷元件坯片的方法，其特征在于，

1.1、配料，根据所制备的陶瓷坯片的成分要求，准确称量各种陶瓷粉体；按规定比例称量去离子水或者蒸馏水；称取分散剂，它是下列物质之一：聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、羰酸盐、柠檬酸盐，其加入量是陶瓷粉体重量的0.5～2.0％；称取增塑剂，它是下列物质之一：丙三醇、聚乙二醇、丁卞基酞酸酯，其加入量是陶瓷粉体重量的0.5～5％；称取悬浮剂，它是下列物质之一：聚乙烯醇，聚丙烯酰胺、阿拉伯树胶，其加入量是陶瓷粉体重量的0.1～0.5％；称取有机单体和交联剂，有机单体是水溶性丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，交联剂是亚甲基双丙烯酰胺或多乙二醇二甲基丙烯酸，有机单体和交联剂的比例可在10∶1～30∶1之间选取，总加入量为水重量的10～30％；

1.2、混合球磨，

1.3、加入增塑剂和悬浮剂，将混磨均匀的陶瓷料浆从球磨机取出后，加入增塑剂和悬浮剂，搅拌混合均匀；

1.4、除气，对陶瓷料浆进行真空搅拌或振动除气，加入料浆总量0.5～2％的消泡剂；

1.5、加入引发剂，向真空搅拌除气后的陶瓷料浆中加入引发剂过硫酸铵水溶液，搅拌均匀，引发剂的加入量为有机单体重量的0.2～0.6％；

1.6、注模凝胶，可以采用下述两种方法其中之一：

1.6.1、向陶瓷料浆中加入催化剂四甲基乙二胺，搅拌均匀后浇注进由平板材料制成的单层或叠层组合模具待其自然凝胶化，催化剂的加入量为有机单体重量的0.05～0.5％；

1.6.2、将陶瓷料浆浇注进由平板材料制成的单层或叠层组合模具后，加热至40～80℃使陶瓷料浆凝胶化；

1.7、脱模干燥，陶瓷料浆凝胶化完成后，脱模揭下每层模板上的陶瓷凝胶坯片，放置于透气的网筛上或平整的石膏板上使其脱水干燥，干燥方式可采用自然干燥、吹风干燥或加热干燥。

2、根据权利要求1所述的制备薄片形陶瓷元件坯片的方法，其特征在于，按照所需陶瓷材料的成分要求，准确称量各种陶瓷粉体，对于易发生水合反应增加料浆粘度的粉体如MgO、CaO等，应使用它们在水中更加稳定的物质如MgCO₃、CaCO₃等，或将它们预先合成为所需成分的稳定化合物，如将MgO和Al₂O₃、Y₂O₃和La₂O₃分别合成MgAlO₃、LaYO₃后使用。

3、一种用于如权利要求1所述的制备薄片形陶瓷元件坯片方法的专用组合模具，其特征在于，模具由两块外模板[1]、位于两个外模板[1]之间、互相叠靠的若干块内模板[2]、位于相邻两块模板之间的密封条[3]和夹紧器[4]组成，各模板为外形尺寸基本相同的正方形或者矩形，每块内模板[2]的上边缘有一个弧形凹槽，密封条[3]沿模板周边放置，其厚度由所需浇注坯片的厚度决定，内模板[2]下边缘的密封条与两个侧边缘的密封条严密配合，在内模板[2]上边缘弧形凹槽的两侧各有一个密封条[3]，它与侧边缘的密封条保持5～10mm的间隙，由若干个夹紧器[4]将全部模板夹持成为一个整体。

4、一种用于如权利要求1所述的制备薄片形陶瓷元件坯片方法的专用组合模具，其特征在于，模具由一块外模板[1]、一块在下部一角带有浇注口的外模板[1a]、位于两个外模板[1]和[1a]之间、互相叠靠的若干块内模板[2]、位于相邻两块模板之间的密封条[3]和夹紧器[4]组成，各模板为外形尺寸基本相同的正方形或者矩形，每块内模板[2]与外模板[1a]上的浇注口对应的位置开有通孔，在该通孔的对角处有一个圆弧形凹槽，密封条[3]为4片平整光洁的薄条，其厚度由所需浇注坯片的厚度决定，沿内模板[2]的周边放置，两密封条结合处严密配合，由若干个夹紧器[4]将全部模板夹持成为一个整体。