电子陶瓷工艺原理复习重点整理

1、陶瓷绪论1、 广义陶瓷定义：采用原料粉碎 一浆料(泥料)制备一坯体成型一高 温烧结，这一工艺制备过程所制备的产品，称为陶瓷。2、 新型陶瓷定义：采用人工精制的无机粉末为原料，通过结构上的设计， 精确的化学计量、合适的成型方法和烧成制度而达到特定的性能，经过加工处理使之 符合要求尺寸精度的无机非金属材料制品。3、新型陶瓷与传统陶瓷的区别区别传统陶瓷新型陶瓷原材料天然矿物原料人工精制合成原料成型可塑1注浆，挤压干压、等静压、挤压.轧膜、 流延、热压铸等烧成温度在13soe以下，燃料以煤、 油、气为主。结构陶瓷需很高温度烧结 (16Q0C),功能陶瓷需精确的 控制温度，燃料以电为主.加工一般不需加工

2、切割、打孔、研磨、抛光等性能以外观效果为主以内在性能为主，耐磨、耐 温、耐腐蚀、高强度及各种 敏感性.4、新型陶瓷的特性与应用(1)高度绝缘性和良好的导热性(2)铁电性、压电性和热释电性(3)半导性或敏感性二、电子瓷瓷料制备原理1、原料评价：化学成份、结构、颗粒度、形貌四个方面。工业纯(IR) Industrial Reagent %化学名屯(CB Chemical Purity %分析纯(AR Analytical Reagent %光谱纯(GR Guaranteed Reagent %电子级原料专用2 、电子瓷原料的选择(1)、在保证产品性能的前提下，尽量选择低纯度原料；主晶相原料一般采用

3、化学纯(CP99%或电子级粉料掺杂原料则应采用光谱纯(衿。(2)、各种杂质及种类对产品的影响要具体分析。禾I:能对影响产品的不利因素进行克制，能与产品的某成份形成共熔物或固溶体从而促进烧结，降低烧结温度，使瓷件致密。害：产生各种不必要的晶相及晶格缺陷，影响产品性能。3、原料的颗粒度要求：愈细愈好，在10pnO下(称细粉)。有利于各组份混合均匀，提高坯体的成型密度，提高粉料活性，降低烧成温度。4、 原料的粉碎方法及原理粉碎方法：用机械装置对原料进行撞击、碾压、磨擦使原料破碎圆滑。粉碎原理：机械能转换为粉料的表面能和缺陷能，能量转换过程。5、 球磨效率影响因素及优缺点、粉碎程度1 转速太快贴壁，太

4、慢沉底。2磨球形状球间点接触，柱间线接触。3筒体直径 常用滚筒式球磨机的直径范围一般在100cm200cm之间。4磨球与内衬的质料氧化铝（A12O3）、氧化错（ZrO2）、玛瑙（SiO2）、氧化锆增韧氧化铝、钢球。5球磨时间 一般为2448小时，时间长杂质混入较多。6料、球和水的配比 料/球/水=1/1/1）体积比。优 设备简单，混合料均匀，粒形好（圆形）。缺 研磨体在有限高度泻落或抛落，产生撞击力和磨剥力，作用强度较弱；筒体转速受临界转速限制，即碾磨能力也受到限制；不起粉碎作用的惰性区较广， 间歇作业。粉碎程度：粗磨：5010dm细磨：102dm超细磨： 2 dm6、 振磨效率影响因素及优缺

5、点、粉碎程度影响振磨效率的主要因素有球质量、振磨振动频率及振动幅度。（均正相关）优 粉料在单位时间内受研磨体的冲击与研磨作用次数极大，其作用次数成千倍于球磨机，因此粉碎效率很高。粉碎粒度细，混入杂质较少。一方面粉碎是靠疲劳破坏而粉碎，另一方面由于研磨效率高，所用时间短，因此减少了混入杂质的 可能性。缺 粒形较差，呈棱角，混合效果及均匀度较球磨差。振动噪音大，机械零件易疲劳而损坏，装料尺寸应小于250dm （ 60目筛）。粉碎程度：当进料尺寸不大于250 dm.则成品料平均细度可达25ni7、 砂磨效率影响因素及优缺点、粉碎程度砂磨主要以剪切、滚碾磨擦为主，故中轴转速、磨体直径（指球形）及数量对

6、砂磨效率具有重要影响。优 研磨时间短，效率高，是滚筒式球磨机的十倍。粒径细，分布均匀，研磨粒径可达科ml对环境污染小，基本没有粉尘，连续进料出料，便于自动化大批 量粉碎。缺 进料要求细。8、 气流磨优缺点、粉碎程度优一干磨式粉碎，粉碎平均粒径大约1dm粒度分布狭窄陡直。产量大、效率高，机械磨损少，很适合对坚硬物料（莫氏硬度）的加工。缺 粉尘多、噪音较大，对环境有污染。9、 研磨粉料饱和极限及助磨剂原理极限：电子瓷粉料通常都是无机氧化物或含氧的酸、碱性盐类，属离子晶体，破碎后小粒的外层都带有电荷，即破碎后粉粒表面均带有电荷。还有些颗粒在粉碎过程中获得能量被极化而产生电偶极矩，它们依赖极化作用力而

7、聚合。同时粉料研磨达到一定细度后，其表面增大，活性增强，表面吸附力也加大，表面吸附力增加 到一定程度也导致粉粒的聚合。助磨剂：一般都是呈酸性或碱性的有机液体，且为极性基团（ 官能团 ） 的极性分子。（类似肥皂机理）分散作用 润滑作用 劈裂作用三、电子瓷的成型1、成型概念：由坯料（泥料）加工成坯体的工序称为成型。典型成型方法：干压（片状）、挤压（圆柱、圆筒状）、轨膜（薄片状）、注浆、热压铸、车坯（较为复杂的形状）、流延、印刷（膜 状）。2、干压：将造好粒的料（坯料）装入钢模中施以压力，同时排出气体，通过粘合剂的 作用，粉粒变形相互接触相嵌，达到预期的几何形状和密度。接触情况有球形接触和尖顶接 触

8、。加压前期是粉粒填充堆积空隙，加压后期是刚性碎片填隙、塑性形变填隙。优点一工艺简单、操作方便，只要有合适的模具和压床就可进行小批量试制，周期短、工效高，容易实行机械自动化生产。 粉料中含水量或其它胶合剂量较少，成型坯体比较密实、尺寸比较精确，烧成后收缩小，机械强度高。缺点一坯体压制密度不均匀。压坯需要钢制模具，每一类产品就需要一套模具，制作 工艺要求高，结构复杂时不容易办到。干压时模具的磨损率较大。3、等静压：它是一种利用液体不可压缩性和均匀传递压力特性的一种成型方法，如同高压容器中的试样所受的压力和同处同一深度的静水中所受的压力情况一样。湿式：连胶套全浸入传压液；干式：半固定胶套，干式取填。

9、优点 一对成型模具无特殊严格的要求。坯体均匀致密，烧结收缩特别小，各向均匀一致，烧成后的产品具有特别高的机械强度。缺点 一设备复杂，操作繁琐（特别是湿式），生产效率不高。目前仍只限于生产具有特殊要求的电子元件以及宇航或其它具有高温强度要求的材料制品。4、常用成型方法特点项目干压法挤制法轧膜法注浆法热压精法成型 产品种类形状茴单，尺 寸柿璃.体积 不大、囱片妖詈状、棒状、 断面和中孔一 地薄状形状复杂、精 度妾求不岛中小型、影状 Q枭、粕我要求岛对坯料 的娈求有一定缴前的 场状和曲折少的胶黏剂坯科较过程空 蚣理.界处良 好混料均匀,具 有一定面K菜料的旅动 忡*稳定性能好治料经过加 烧.制料尢

10、水分主堂设备冲小机.油JLK 机真空拼机.蜷加式带坯机轧暗机、冲J： 机聚到茶，沈紫 机热Lt怯机.馍 桨机.空压 福机模具金麻模余属机需金属冲模石日候县或其 他笫礼模具金用模塑化剂K林 程制水.眼乙却酷 聚落石就水、糊精、甲 基纤维素.聚维乙就标, 覆 乙酸乙燥脂、 甘油*玻晦，芬打 昵校伯则放石燃.油酸、 硬胭酸,蜂睛生产效率产星火,易机 械化与自动此 操作，幔具春 旗大产是大.勃机 械化与自动化 掘作.需切割产量火、混料 与成膜在同 设街上亢成展自用意大，生产周1硼任产号大*模具 磨损小.使用 石蜡每，排喈 时间长5、流延法成型溶剂周唐题料抗熊聚剂隐泡剂烧结他进剂增军,洞消病T|粘j剂混

11、摩卜H再混磨f叵豆除三ff病烘干卷轴特用流延成型用浆料的制备方法是，先将通过细磨、煨烧的熟粉料加入溶剂，必要时添加抗 凝聚剂、除泡剂、烧结促进剂等进行湿式混磨，再加入粘合剂、增塑剂、润滑剂等进行湿磨, 最后经过真空除气以形成稳定的，流动性良好的浆料。优点一可连续操作，生产效率高，自动化水平高，坯膜性能均匀一 致，易于控制，能够流延出极薄的坯膜。缺点一要求用很细的粉料，溶剂和粘合剂含量较多，坯膜密度不大，烧结收缩率可达20%四、烧结工艺1、概念烧结(sintering) 是粉末或压坯在低于主要组分熔点温度下加热，使颗粒间产生连接， 以提高制品性能的方法。烧结过程中会发生一系列物理和化学的变化，粉

12、末颗粒的聚集体变为晶粒的聚结体。2、预烧概念及作用是粉末在成型前为获得特定物相分(前驱体)而设置的热处理过程。温度通常低于烧结温度。作用：提高原料纯度、减少烧结中收缩、形成稳定结晶相。3、烧结动力来源粉末烧结系统自由能的降低。表面张力、原子扩散、饱和蒸气压差。4、液相烧结 条件：(1)润湿性。<120°(2)溶解度。溶于液相可改善润湿性、 进行物质迁移、析出时改善表面平整度。(3)液相数量。一般不超过体积 35%过程：(1)液相流动颗粒重排。密度增大。(2)固相溶解与再析出。小颗粒变小，大颗粒变大。(3)固相烧结。致密化减慢。5、降低烧结温度方法使用小粒径原料采用化学工艺添加低

13、熔点玻璃或氧化物添加能形成低温共晶相的物质五、LTCCS成工艺1、分类微晶玻璃(玻璃陶瓷)陶瓷/玻璃复相材料无玻璃陶瓷材料2、残留碳对介电常数影响3000-2000-1000-0 2g 40。 8g 800 Aesidual carbon (ppm)3、热膨胀系数各向同性立方体：a V3 al各向异性立方体：a Va a + a b + a c一个正方体,设边长为a,则其体积为V=aA3,如果它的线膨胀系数为a ,那么温度升高t, 它的线膨胀就是a at,每边都膨胀如此，则体积变为V'=.(a+a at)A3=aA3+3aA3 a t+3aA3aA2tA2+aA3 “ a3tA3.因“

14、非常小，可视为无穷小量，其中3aA3 “ A2tA2是二级无穷小，a3 a a3tA3是三级无穷 小，可舍去.则3aA3 “ t这项就是体膨胀的量,3aA3 “血人3t=3 a ,是“的三倍 .4、提升表层强度让表层材料热膨胀系数适当小于胚体材料，表层收缩小，受压应力，抑制表层微裂纹产生和发展。5、流延厚度生片厚度与刀锋间隙、传送带运行速率和液面高度有关6、生瓷带性能要求以及提高性能方法要求：厚度均匀一致各向异性小，没有宏观缺陷表面平整光洁，顶部和底的微观结构无显著差异优异的拉伸强度和延率良好的外形尺寸稳定性方法：(1)流延后在约50 c下挥发溶剂和湿气(2)经几兆帕压力减少孔隙和改善结构均匀

15、性(3)在特定温度和湿度下经时处理7、匹配共烧两种物质并不能反应，两种收缩率大致一样。不一样产生大应力添加共烧添加剂增强界面附着力。提高微观组织性能方式就是加入适量基板材料的陶瓷粉料(兄弟粉)，粉料会以自身为核心向外生长，形成互锁结构，增强附着力。8、电极精度保证(1)限制烧结(2)自限制烧结XYG：作平面零收缩Z有收缩六、陶瓷金属化和封接1、概念：陶瓷的金属化：为了在陶瓷的表面制备一层导电相以及实现陶瓷与金属之间 的焊接，需在陶瓷的表面牢固地粘附一层金属膜，这个过程称为陶瓷的金属化。2、常用金属化工艺：(1)被银法瓷件预处理，净化(肥皂水+清水、洗涤剂+超声波)烘干银浆配制-> Ag2

16、CO3 Ag2Q Ag+熔齐1J +粘合剂涂敷-> 手工、机械、浸涂、喷涂及丝网印刷烧银，除粘合剂(室温350C)、还原金属银(350500C Ag2Q、Ag2。分解)、 银和陶瓷粘合(500c最高烧渗温度)、冷却(注意热稳定性防开裂)(2)铝镒法电子陶瓷件常用的铝镒法工艺流程其金属化多在立式或卧式氢气炉中进行，采用还原气氛，仅需要微量氧化气体，如空气、水汽等，也可采用H2、N2M H2O的三元混合气体。金属烧结的温度一般比瓷件的烧成温度低100200C。(3)电镀待镀瓷件-清水清洗-稀硫酸液清洗-清洗-挂在阴极棒上镀铜银馍-流水清洗-烘干(4)浸锡法该工艺适宜于被银、 镀铜瓷件的热浸锡。 将预热好的产品装入不锈钢