電子陶瓷工藝原理復(fù)習(xí)重點整理

1、一、 陶瓷緒論1、 廣義陶瓷定義：采用原料粉碎 漿料（泥料）制備 坯體成型 高溫?zé)Y(jié)，這一工藝制備過程所制備的產(chǎn)品，稱為陶瓷。2、 新型陶瓷定義：采用人工精制的無機粉末為原料，通過結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，精確的化學(xué)計量、合適的成型方法和燒成制度而達到特定的性能，經(jīng)過加工處理使之符合要求尺寸精度的無機非金屬材料制品。3、 新型陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷的區(qū)別4、 新型陶瓷的特性與應(yīng)用(1)高度絕緣性和良好的導(dǎo)熱性(2)鐵電性、壓電性和熱釋電性(3)半導(dǎo)性或敏感性二、電子瓷瓷料制備原理1、原料評價：化學(xué)成份、結(jié)構(gòu)、顆粒度、形貌四個方面。 工業(yè)純（IR） Industrial Reagent 98.0%化學(xué)純（CP） C

2、hemical Purity 99.0%分析純（AR） Analytical Reagent 99.5%光譜純（GR） Guaranteed Reagent 99.9%電子級原料 專用 2、電子瓷原料的選擇（1）、在保證產(chǎn)品性能的前提下，盡量選擇低純度原料； 主晶相原料一般采用化學(xué)純（CP99%）或電子級粉料 摻雜原料則應(yīng)采用光譜純（GR99.9%）。（2）、各種雜質(zhì)及種類對產(chǎn)品的影響要具體分析。利：能對影響產(chǎn)品的不利因素進行克制，能與產(chǎn)品的某成份形成共熔物或固溶體從而促進燒結(jié)，降低燒結(jié)溫度，使瓷件致密。害：產(chǎn)生各種不必要的晶相及晶格缺陷，影響產(chǎn)品性能。3、原料的顆粒度 要求：愈細愈好，在10

3、m以下（稱細粉）。有利于各組份混合均勻，提高坯體的成型密度，提高粉料活性，降低燒成溫度。4、 原料的粉碎方法及原理粉碎方法：用機械裝置對原料進行撞擊、碾壓、磨擦使原料破碎圓滑。粉碎原理：機械能轉(zhuǎn)換為粉料的表面能和缺陷能，能量轉(zhuǎn)換過程。5、 球磨效率影響因素及優(yōu)缺點、粉碎程度1轉(zhuǎn)速 太快貼壁，太慢沉底。2磨球形狀 球間點接觸，柱間線接觸。3筒體直徑 常用滾筒式球磨機的直徑范圍一般在100cm200cm之間。4磨球與內(nèi)襯的質(zhì)料 氧化鋁（Al2O3）、氧化鋯（ZrO2）、瑪瑙（SiO2）、氧化鋯增韌氧化鋁、鋼球。5球磨時間 一般為2448小時，時間長雜質(zhì)混入較多。6料、球和水的配比 料/球/水=1/

4、1/(0.61)體積比。優(yōu) 設(shè)備簡單，混合料均勻，粒形好（圓形）。缺 研磨體在有限高度瀉落或拋落，產(chǎn)生撞擊力和磨剝力，作用強度較弱；筒體轉(zhuǎn)速受臨界轉(zhuǎn)速限制，即碾磨能力也受到限制；不起粉碎作用的惰性區(qū)較廣，間歇作業(yè)。粉碎程度：粗磨：5010m 細磨：102m 超細磨：< 2m6、 振磨效率影響因素及優(yōu)缺點、粉碎程度影響振磨效率的主要因素有球質(zhì)量、振磨振動頻率及振動幅度。（均正相關(guān)）優(yōu) 粉料在單位時間內(nèi)受研磨體的沖擊與研磨作用次數(shù)極大，其作用次數(shù)成千倍于球磨機，因此粉碎效率很高。粉碎粒度細，混入雜質(zhì)較少。一方面粉碎是靠疲勞破壞而粉碎，另一方面由于研磨效率高，所用時間短，因此減少了混入雜質(zhì)的可

5、能性。缺 粒形較差，呈棱角，混合效果及均勻度較球磨差。振動噪音大，機械零件易疲勞而損壞，裝料尺寸應(yīng)小于250m（60目篩）。粉碎程度：當(dāng)進料尺寸不大于250m，則成品料平均細度可達25m。7、 砂磨效率影響因素及優(yōu)缺點、粉碎程度砂磨主要以剪切、滾碾磨擦為主，故中軸轉(zhuǎn)速、磨體直徑（指球形）及數(shù)量對砂磨效率具有重要影響。優(yōu) 研磨時間短，效率高，是滾筒式球磨機的十倍。粒徑細，分布均勻，研磨粒徑可達0.5m。對環(huán)境污染小，基本沒有粉塵，連續(xù)進料出料，便于自動化大批量粉碎。缺 進料要求細。8、 氣流磨優(yōu)缺點、粉碎程度優(yōu) 干磨式粉碎，粉碎平均粒徑大約1m，粒度分布狹窄陡直。產(chǎn)量大、效率高，機械磨損少，很適

6、合對堅硬物料（莫氏硬度9.5）的加工。缺 粉塵多、噪音較大，對環(huán)境有污染。9、 研磨粉料飽和極限及助磨劑原理極限：電子瓷粉料通常都是無機氧化物或含氧的酸、堿性鹽類，屬離子晶體，破碎后小粒的外層都帶有電荷，即破碎后粉粒表面均帶有電荷。還有些顆粒在粉碎過程中獲得能量被極化而產(chǎn)生電偶極矩，它們依賴極化作用力而聚合。同時粉料研磨達到一定細度后，其表面增大，活性增強，表面吸附力也加大，表面吸附力增加到一定程度也導(dǎo)致粉粒的聚合。助磨劑：一般都是呈酸性或堿性的有機液體，且為極性基團(官能團)的極性分子。（類似肥皂機理） 分散作用 潤滑作用 劈裂作用三、電子瓷的成型1、成型概念：由坯料（泥料）加工成坯體的工序

7、稱為成型。 典型成型方法：干壓（片狀）、擠壓（圓柱、圓筒狀）、軌膜（薄片狀）、注漿、熱壓鑄、車坯（較為復(fù)雜的形狀）、流延、印刷（膜狀）。2、干壓：將造好粒的料（坯料）裝入鋼模中施以壓力，同時排出氣體，通過粘合劑的作用，粉粒變形相互接觸相嵌，達到預(yù)期的幾何形狀和密度。接觸情況有球形接觸和尖頂接觸。加壓前期是粉粒填充堆積空隙，加壓后期是剛性碎片填隙、塑性形變填隙。優(yōu)點 工藝簡單、操作方便，只要有合適的模具和壓床就可進行小批量試制，周期短、工效高，容易實行機械自動化生產(chǎn)。粉料中含水量或其它膠合劑量較少，成型坯體比較密實、尺寸比較精確，燒成后收縮小，機械強度高。缺點 坯體壓制密度不均勻。壓坯需要鋼制模

8、具，每一類產(chǎn)品就需要一套模具，制作工藝要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜時不容易辦到。干壓時模具的磨損率較大。3、等靜壓：它是一種利用液體不可壓縮性和均勻傳遞壓力特性的一種成型方法，如同高壓容器中的試樣所受的壓力和同處同一深度的靜水中所受的壓力情況一樣。濕式：連膠套全浸入傳壓液；干式：半固定膠套，干式取填。 優(yōu)點 對成型模具無特殊嚴格的要求。坯體均勻致密，燒結(jié)收縮特別小，各向均勻一致，燒成后的產(chǎn)品具有特別高的機械強度。缺點 設(shè)備復(fù)雜，操作繁瑣（特別是濕式），生產(chǎn)效率不高。目前仍只限于生產(chǎn)具有特殊要求的電子元件以及宇航或其它具有高溫強度要求的材料制品。4、常用成型方法特點5、流延法成型流延成型用漿料的制備方法是，

9、先將通過細磨、煅燒的熟粉料加入溶劑，必要時添加抗凝聚劑、除泡劑、燒結(jié)促進劑等進行濕式混磨，再加入粘合劑、增塑劑、潤滑劑等進行濕磨，最后經(jīng)過真空除氣以形成穩(wěn)定的，流動性良好的漿料。 優(yōu)點 可連續(xù)操作，生產(chǎn)效率高，自動化水平高，坯膜性能均勻一致，易于控制，能夠流延出極薄的坯膜。缺點 要求用很細的粉料，溶劑和粘合劑含量較多，坯膜密度不大，燒結(jié)收縮率可達20%。四、燒結(jié)工藝1、概念燒結(jié)(sintering)是粉末或壓坯在低于主要組分熔點溫度下加熱，使顆粒間產(chǎn)生連接，以提高制品性能的方法。燒結(jié)過程中會發(fā)生一系列物理和化學(xué)的變化，粉末顆粒的聚集體變?yōu)榫Я５木劢Y(jié)體。2、預(yù)燒概念及作用是粉末在成型前為獲得特定

10、物相分（前驅(qū)體）而設(shè)置的熱處理過程。溫度通常低于燒結(jié)溫度。作用：提高原料純度、減少燒結(jié)中收縮、形成穩(wěn)定結(jié)晶相。3、燒結(jié)動力來源粉末燒結(jié)系統(tǒng)自由能的降低。表面張力、原子擴散、飽和蒸氣壓差。4、液相燒結(jié)條件：（1） 潤濕性。<120°（2） 溶解度。溶于液相可改善潤濕性、進行物質(zhì)遷移、析出時改善表面平整度。（3） 液相數(shù)量。一般不超過體積35%過程：（1）液相流動顆粒重排。密度增大。（2）固相溶解與再析出。小顆粒變小，大顆粒變大。（3）固相燒結(jié)。致密化減慢。5、降低燒結(jié)溫度方法使用小粒徑原料q采用化學(xué)工藝q添加低熔點玻璃或氧化物q添加能形成低溫共晶相的物質(zhì)五、LTCC集成工藝1、分

11、類q微晶玻璃 (玻璃陶瓷 )q陶瓷 /玻璃復(fù)相材料q無玻璃陶瓷材料2、殘留碳對介電常數(shù)影響3、熱膨脹系數(shù)各向同性立方體： V 3 l各向異性立方體： V a + b + c一個正方體,設(shè)邊長為a,則其體積為V=a3,如果它的線膨脹系數(shù)為,那么溫度升高t,它的線膨脹就是at,每邊都膨脹如此,則體積變?yōu)閂'=.（a+at)3=a3+3a3t+3a32t2+a33t3.因非常小,可視為無窮小量,其中3a32t2是二級無窮小,a33t3是三級無窮小,可舍去.則3a3t這項就是體膨脹的量,3a3t/a3t=3,是的三倍.4、提升表層強度讓表層材料熱膨脹系數(shù)適當(dāng)小于胚體材料，表層收縮小，受壓應(yīng)力，

12、抑制表層微裂紋產(chǎn)生和發(fā)展。5、流延厚度生片厚度與刀鋒間隙、傳送帶運行速率和液面高度有關(guān)6、生瓷帶性能要求以及提高性能方法Ø要求：厚度均勻一致Ø 各向異性小，沒有宏觀缺陷Ø 表面平整光潔，頂部和底的微觀結(jié)構(gòu)無顯著差異Ø優(yōu)異的拉伸強度和延率Ø良好的外形尺寸穩(wěn)定性 方法：（1）流延后在約50 下?lián)]發(fā)溶劑和濕氣 （2）經(jīng)幾兆帕壓力減少孔隙和改善結(jié)構(gòu)均勻性（3）在特定溫度和濕度下經(jīng)時處理7、匹配共燒兩種物質(zhì)并不能反應(yīng)，兩種收縮率大致一樣。不一樣產(chǎn)生大應(yīng)力 添加共燒添加劑增強界面附著力。提高微觀組織性能方式就是加入適量基板材料的陶瓷粉料（兄弟粉），粉料會以

13、自身為核心向外生長，形成互鎖結(jié)構(gòu)，增強附著力。8、電極精度保證（1）限制燒結(jié)（2）自限制燒結(jié)XY工作平面零收縮Z有收縮六、陶瓷金屬化和封接1、概念：陶瓷的金屬化：為了在陶瓷的表面制備一層導(dǎo)電相以及實現(xiàn)陶瓷與金屬之間的焊接，需在陶瓷的表面牢固地粘附一層金屬膜，這個過程稱為陶瓷的金屬化。2、常用金屬化工藝：（1）被銀法 瓷件預(yù)處理->凈化（肥皂水+清水、洗滌劑+超聲波）烘干銀漿配制-> Ag2CO3、Ag2O、Ag+熔劑+粘合劑涂敷->手工、機械、浸涂、噴涂及絲網(wǎng)印刷燒銀->除粘合劑（室溫350）、還原金屬銀（350500Ag2O3、Ag2O分解）、銀和陶瓷粘合（500最高燒滲溫度）、冷卻（注意熱穩(wěn)定性防開裂）（2）鉬錳法 電子陶瓷件常用的鉬錳法工藝流程其金屬化多在立式或臥式氫氣爐中進行，采用還原氣氛，僅需要微量氧化氣體，如空氣、水汽等，也可采用H2、N2及H2O的三元混合氣體。金屬燒結(jié)的溫度一般比瓷件的燒成溫度低100200。（3）電鍍待鍍瓷件-清水清洗-稀硫酸液清洗-清洗-掛在陰極棒上鍍銅銀鎳-流水清洗-烘干（4）浸錫法 該工藝適宜于被銀、鍍銅瓷件的熱浸錫。將預(yù)熱好的產(chǎn)品裝入不銹鋼籃內(nèi)并一起放入錫鍋浸錫。取出工件后在離心機中甩去多余錫，再將產(chǎn)品放入振動臺