TW201602053A - 多晶系透明陶瓷基板之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明為多晶系透明陶瓷基板之製造方法,其包括下列步驟:提供配方材料;形成漿料;成型生胚體;以及形成多晶系透明陶瓷基材,其中形成多晶系透明陶瓷基材又包括有進行燒除;進行預燒;及進行燒成之步驟將生胚體製造成為多晶系透明陶瓷基材。本發明之製造方法,具有系統架構簡單且架設容易之優勢,且以本發明之製造方法所製造出之多晶系透明陶瓷基材比起玻璃基材有較高硬度、有較強的抗折強度,有較佳的導熱性與散熱性,有較好的耐酸鹼能力,對可見光又具有高透光率。

Description

多晶系透明陶瓷基板之製造方法
本發明係關於一種陶瓷基材之製造方法,特別是關於一種多晶系透明陶瓷基材之製造方法。
近年來隨著行動裝置產業的蓬勃擴展,世界各國相繼投入輕薄、高效率及長壽命的新式行動裝置的開發。面板產品也因具備輕薄之需求,而成為多個國主要產業發展之重點。其對於耐用耐刮及高透光的要求也越來越高。
然而,現今的顯示面板於螢幕透光板的部份,大多使用玻璃製成,於使用一段時間後,經常會有刮傷或因掉落或碰撞而破裂的情形。而時下使用的螢幕保護貼,又幫助有限,僅能替代接受輕微刮損,於使用中的碰撞或摔落,仍然會使面板的螢幕碎裂。另一方面,其價錢也經常不便宜。
針對前述以玻璃使用為螢幕透光板的缺點,產業界又發展出藍寶石透明基板(或稱藍寶石基板)。但是,由於藍寶石為單晶結構,其可製作之基板面積受到嚴格的限制,而且製作成本 亦高。
因此,如何開發出一種顯示面板使用之螢幕用基材,相較於現有面板的螢幕,不但製造簡單,且具有硬度高不易刮傷或破裂、光學上之可見光高透光率、價錢相對便宜等優勢,便成為顯示面板技術與製造產業上一個重要的發明創新思考及突破方向。
本發明為一種多晶系透明陶瓷基板之製造方法,其包括下列步驟:提供配方材料;形成漿料;成型生胚體;以及形成多晶系透明陶瓷基材。製造方法中形成多晶系透明陶瓷基材步驟又包括有進行燒除;進行預燒;及進行燒成之子步驟,以將生胚體製造成為多晶系透明陶瓷基材。本發明之製造方法之實施,具有系統架構簡單且架設容易之優勢,且以本發明之製造方法所製造出之多晶系透明陶瓷基材比起玻璃基材有較高硬度、有較強的抗折強度,有較佳的導熱性與散熱性,有較好的耐酸鹼能力,對可見光又具有高透光率。
本發明係提供一種多晶系透明陶瓷基材之製造方法,其包括下列步驟:提供配方材料,其中配方材料係包括氧化鋁(Al2O3)粉末及一粉末狀燒結助劑;形成漿料,其係將配方材料與一混和劑進行混合以形成漿料(slurry);成型生胚體,其係將漿料製作成生胚體;以及形成多晶系透明陶瓷基材,其係依序執行進行燒除(debinder)製程、進行預燒(pre-sintering)製程及進行燒成(sintering)製程等子步驟,將生胚體製造成為多晶系透明陶瓷基材。
藉由本發明之實施,至少可以達到下列進步功效:
一、製造方法之系統架構簡單且架設容易,不需複雜昂貴的元件,亦不需精準校正即可使用,大幅節省人力、物力與時間。
二、所製造出之多晶系透明陶瓷基材的厚度可以自由調整,大幅增加產品應用範圍。
三、所製造出之多晶系透明陶瓷基材對可見光具有高透光率。
四、所製造出之多晶系透明陶瓷基材,有較佳的導熱性與散熱性、有較好的耐酸鹼能力,硬度高,不易刮傷。
五、所製造出之多晶系透明陶瓷基材,可製造出較藍寶石基板面積更大且成本亦較低之基板。
為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施,且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式,任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點,因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。
S100‧‧‧多晶系透明陶瓷基材之製造方法
S10‧‧‧提供配方材料
S20‧‧‧形成漿料
S30‧‧‧成型生胚體
S40‧‧‧形成多晶系透明陶瓷基材
S41‧‧‧進行燒除(debinder)
S42‧‧‧進行預燒(pre-sintering)
S43‧‧‧進行燒成(sintering)
第1圖係為本發明實施例之一種多晶系透明陶瓷基材之製造方法之步驟流程圖。
第2圖係為本發明實施例之一種形成多晶系透明陶瓷基材之子步驟流程圖。
第3A圖係為本發明實施例之一種進行燒除製程之溫度與時間對應表。
第3B圖係為本發明實施例之一種進行燒除製程之溫度與時間關 係曲線圖(temperature profile)。
第4A圖係為本發明實施例之一種進行預燒製程之溫度與時間對應表。
第4B圖係為本發明實施例之一種進行預燒製程之溫度與時間關係曲線圖(temperature profile)。
第5A圖係為本發明實施例之一種進行燒成製程之溫度與時間對應表。
第5B圖係為本發明實施例之一種進行燒成製程之溫度與時間關係曲線圖(temperature profile)。
首先請參考如第1圖所示,為實施例之一種多晶系透明陶瓷基材之製造方法S100,其包括下列步驟:提供配方材料(步驟S10);形成漿料(步驟S20);成型生胚體(步驟S30);以及形成多晶系透明陶瓷基材(步驟S40)。
如第1圖所示,提供配方材料(步驟S10),其係以氧化鋁(Al2O3)粉末結合粉末狀之燒結助劑作為配方材料。其中氧化鋁粉末之純度可以為4N(99.99%),且氧化鋁粉末之平均粒徑不大於0.5微米。
所述之粉末狀燒結助劑,可以為純度為4N且平均粒徑不大於0.5微米之氧化鎂(MgO)粉末,此時所使用之氧化鎂粉末與氧化鋁粉末之重量百分比,可以調整為50~3000ppm之間,亦即MgO/Al2O3=50~3000ppm。
另一方面,粉末狀燒結助劑亦可以為純度為4N且平 均粒徑不大於0.5微米之氧化鎂粉末及氧化鈦(TiO2)粉末之混合粉末,且所使用之氧化鎂粉末及氧化鈦粉末加總之重量,與氧化鋁粉末之重量的重量百分比為50~3000ppm之間,亦即(MgO+TiO2)/Al2O3=50~3000ppm。
請再參考如第1圖所示,形成漿料(步驟S20),其係將配方材料與一混和劑進行混合以形成漿料(slurry)。所使用之混和劑可以為粘結劑、分散劑、塑化劑或溶劑,或前述二種以上之混和物,又其中所使用之粘結劑可以為聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或壓克力溶劑。
同樣如第1圖所示,成型生胚體(步驟S30),其係將形成漿料(步驟S20)製成之漿料製作成生胚體。成型生胚體(步驟S30)之方法可以是先以流延法(tape casting,或稱帶鑄法)成型技術將漿料製作成至少一生胚薄帶,再對生胚薄帶進行裁切、堆疊、加溫及加壓以成型生胚體。其中之加溫係可以為將溫度升溫至攝氏50~75度之間,而加壓係可以為將壓力升壓至2000~10000psi之間,且加溫及加壓係可同時進行。
接著請參考如第1圖及第2圖所示,形成多晶系透明陶瓷基材(步驟S40),其係依序執行進行燒除(debinder)製程(步驟S41)、進行預燒(pre-sintering)製程(步驟S42)及進行燒成(sintering)製程(步驟S43),將成型生胚體(步驟S30)所成型之生胚體製造成為多晶系透明陶瓷基材。
如第2圖、第3A圖及第3B圖所示,進行燒除(debinder)製程(步驟S41),係可以控制溫度斜率及時間的方式,將生胚體內所含有的混和劑以控制升溫的方式除去。如第3A圖所示 為控制溫度過程中數個重要時間點的溫度與時間對應表,如第3B圖所示為進行燒除(debinder)製程(步驟S41)所使用之溫度曲線(temperature profile)之實施例。
如第2圖、第4A圖及第4B圖所示,進行預燒(pre-sintering)製程(步驟S42),係對進行燒除(debinder)製程(步驟S41)之後的生胚體,進行預燒(pre-sintering,或稱為一次燒結),除去殘餘的雜質。進行預燒(pre-sintering)製程(步驟S42)係可以於大氣爐中進行,並且生胚體係置放於大氣爐中以氧化鋁(Al2O3)或氧化鋯(ZrO2)形成之透氣承載治具(breathable setter)上,而且進行預燒(pre-sintering)製程(步驟S42)時,可以將大氣爐中之溫度升高至介於攝氏900~1100度間。
如第4A圖及第4B圖所示,為進行預燒(pre-sintering)製程(步驟S42)實施例之溫度與時間之關係表及進行預燒(pre-sintering)製程(步驟S42)實施例所使用之溫度曲線(temperature profile)。
如第2圖、第5A圖及第5B圖所示之進行燒成(sintering)製程(步驟S43)子步驟,係可以於具有氮氫混和氣體之氣氛爐中進行,並且進行預燒(pre-sintering)製程(步驟S42)後之生胚體係置放於氣氛爐中以氮化硼(BN)、鎢(W)或鎢(W)合金形成之承載治具(setter)上來實施進行燒成(sintering)製程(步驟S43)。
於氣氛爐中實施進行燒成(sintering)製程(步驟S43)子步驟之時,氣氛爐中之壓力可以為0.5~1000atm,而氮氫混和氣體之比例可以為H2/N2=0~25wt%(亦即,H2與N2之重量百分比為0~25%),氣氛爐中之溫度則可以升高至介於攝氏1300~2200度之 間。
如此,藉由實施多晶系透明陶瓷基材之製造方法S100之提供配方材料(步驟S10);形成漿料(步驟S20);成型生胚體(步驟S30);以及形成多晶系透明陶瓷基材(步驟S40)等步驟,其所製成之多晶系透明陶瓷基材,其內之晶粒的平均直徑係介於15~100微米(um,micro-meter)之間,而所製成之多晶系透明陶瓷基材之厚度係可以介於0.15~1.5毫米(mm)之間,不但質地堅硬不易刮傷或碎裂,可製作出較單晶系的藍寶石基板更大的基板,更具有甚高的可見光透光率。在所製成之多晶系透明陶瓷基材經研磨拋光處理後,其表面粗糙度(Ra)小於150nm(奈米),於厚度不大於0.2毫米(mm)時,其對可見光之透光率可達88%以上。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點,其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施,而非限定本發明之專利範圍,故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改,仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
S100‧‧‧多晶系透明陶瓷基材之製造方法
S10‧‧‧提供配方材料
S20‧‧‧形成漿料
S30‧‧‧成型生胚體
S40‧‧‧形成多晶系透明陶瓷基材

Claims (13)

  1. 一種多晶系透明陶瓷基材之製造方法,其包括下列步驟:提供配方材料,其中該配方材料係包括氧化鋁(Al2O3)粉末及一粉末狀燒結助劑;形成漿料,其係將該配方材料與一混和劑進行混合以形成該漿料(slurry);成型生胚體,其係將該漿料製作成該生胚體;以及形成多晶系透明陶瓷基材,其係依序執行一進行燒除(debinder)製程、一進行預燒(pre-sintering)製程及一進行燒成(sintering)製程等子步驟,將該生胚體製造成為該多晶系透明陶瓷基材。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該氧化鋁粉末之純度為4N(99.99%),且平均粒徑不大於0.5微米。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製造方法,其中該粉末狀燒結助劑為一氧化鎂(MgO)粉末,其純度為4N且平均粒徑小於或等於0.5微米,又該氧化鎂粉末與該氧化鋁粉末之重量百分比為50~3000ppm(亦即MgO/Al2O3=50~3000ppm)。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之製造方法,其中該粉末狀燒結助劑為氧化鎂粉末及氧化鈦(TiO2)粉末之混合粉末,氧化鎂粉末及氧化鈦粉末之純度為4N且平均粒徑不大於0.5微米,又該氧化鎂粉末及該氧化鈦粉末加總之重量與該氧化鋁粉末之重量的重量百分比為50~3000ppm(亦即(MgO+TiO2)/Al2O3=50~3000ppm)。
  5. 如申請專利範圍第1項之製造方法,其中該混和劑為一粘結 劑、一分散劑、一塑化劑或一溶劑,或前述二種以上之混和物,且其中該粘結劑為一聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或一壓克力溶劑。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該成型生胚體步驟係先以流延法(tape casting)成型技術將該漿料製作成至少一生胚薄帶,再對該生胚薄帶進行裁切、堆疊、加溫及加壓以成型該生胚體,又其中之加溫係將溫度升溫至攝氏50~75度,加壓係將壓力升壓至2000~10000psi。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該預燒(pre-sintering)製程係於一大氣爐中進行,並且該生胚體係置放於該大氣爐中以氧化鋁(Al2O3)或氧化鋯(ZrO2)形成之一透氣承載治具(breathable setter)上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之製造方法,其中該預燒(pre-sintering)製程係將該大氣爐中之溫度升高至介於攝氏900~1100度間之溫度下進行。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該燒成(sintering)製程係於具有氮氫混和氣體之一氣氛爐中進行,並且該生胚體係置放於該氣氛爐中以氮化硼(BN)、鎢(W)或鎢(W)合金形成之一承載治具(setter)上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之製造方法,其中該燒成(sintering)製程係於壓力為0.5~1000atm、氮氫混和氣體比例H2/N2=0~25wt%(H2與N2之重量百分比為0~25%)及將溫度升高至介於攝氏1300~2200度之下進行。
  11. 如申請專利範圍第1項至第10項中之任一項所述之製造方法,所製成之該多晶系透明陶瓷基材,其厚度係介於0.15~1.5毫米 (mm)之間。
  12. 如申請專利範圍第1項至第10項中之任一項所述之製造方法,所製成之該多晶系透明陶瓷基材經研磨拋光後之表面粗糙度係小於150奈米(nm),且於厚度不大於0.2毫米(mm)時,其對可見光之透光率係為88%以上。
  13. 如申請專利範圍第1項至第13項中之任一項所述之製造方法,其所製成之該多晶系透明陶瓷基材,其內之晶粒的平均直徑係介於15~100微米(um,micro-meter)之間。
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