粉末成型第五章：流法成型

第五章流法成型什么是流法成型？在粉末中添加溶剂，使其成为具有较好流动性的浆料，然后使其成型的方法。流法成型的概念

注浆成型流延成型丝网印刷喷墨打印

常用的流法成型工艺有:5.1浆料的制备原理在粉末中添加具有悬浮能力的溶剂，制备成具有流动能力的浆料，然后采用不同成型方法制备出不同形状的粉末制品。流法成型的概念粘接剂加入溶剂粘接剂加入溶剂5.1.1浆料的基本性能（1）对浆料性能的主要要求良好的流动性以便流动充模。良好的悬浮性（稳定性）在一定时间的储存过程中不出现分层现象。

适当固化速度以便控制空心坯件的壁厚和防止坯件开裂。固化后坯件易于与模壁脱开以便脱模。坯件有足够的强度和尽可能大的密度

显然，在上述要求中，流动性和稳定性最为重要。

（2）浆料流变学基础假定某液体中有两块平板呈上下正对平行配置。上面的平板在剪切应力τ作用下以速度v运动，带动周边液体运动，离其距离越远运动越慢，与其相距为x处的液体刚好静止不动。如果下面的平板正好距离上面的平板x，它也不会运动。图5-1流体切变模型

两板间的剪切应变速率γ为：

γ=v/x

剪切应力τ

与剪切应变速率γ的关系为：

η=τ/γ

其中常数η定义为液体的粘度。显然，粘度可以看为液体对剪切的阻碍作用。当粘度与剪切应变速率无关，该液体称为牛顿流体，否则称为非牛顿流体。

像水、丙三醇、矿物油那样分子量小的液体为牛顿流体。绝大多数浆料为非牛顿流体。

牛顿流体与非牛顿流体图5-2主要流体类型的流变曲线牛顿型假塑性型塑性型膨胀型tdts剪切应力剪切应变1Poise(P泊)=1

1Poise=100centipoise（cP厘泊）1Pascal•second=1000centipoise

粘度单位

dyne/cm2sec-1

Glass 100,000,000,000,000,000,000,000cPBitumen（沥青） 1,000,000,000,000cPPolymerMelt 1,000,000cPHoney 10,000cPGlycerine（甘油） 1,000cPOliveOil 100cPBabyOil 10cPWater 1cPAir 0.01cP典型液体的大概粘度值

塑性流体

1)切应力<τs，体系不发生流动，

τs——静切力或屈服值；

2)切应力>τs时，体系的边缘先变形，中间部分未变形或处于渐变之中，即体系不能被均匀剪切，这一段称为紊流；

3)随着剪切力增加，体系由紊流变为层流，直至切应力达到一定值，体系变成牛顿流体。塑性型tdts剪切应力剪切应变紊流层流td—使体系的粘度变为常数所需的最低切应力，称为动切力

塑性流体

塑性型tdts剪切应力剪切应变紊流层流塑性流体流变曲线的直线部分的方程为:

τ-τd=ηpl·γηpl

称为塑性粘度。塑性流体内部的固体颗粒一般形成点接触，阻碍流动发生；要使体系发生流动，就必须破坏这种结构，这就是产生屈服值的原因。在结构完全破坏之后，在（τ–τd）作用下，体系与牛顿流体一样。塑性流体大量存在，如油墨、沥青、油漆、中等浓度的粘土-水悬浮体等。流体产生屈服的原因

假塑性流体的流变曲线类似于塑性流体，但它没有屈服值。其流动的特点可用指数定律描述：

τ=kγmk——剪切速率无关常数；m——幂律指数，为大于零小于1的常数，代表流体的特性。该式称为幂律公式。

假塑性流体假塑性型剪切应力剪切应变

假塑性流体的粘度一般可表示为：

η=τ/γ=kγm-1称为表观粘度。表观粘度与剪切速率、幂律指数有关。由于m<1，假塑性流体的粘度随剪切速率增加而减小，即表现为“剪切变稀”，可以通过加大剪切力把较稠的流体的粘度调整到较低的水平。

涨流型流体流动的特点也可用幂律定律描述：

τ=kγm其幂律指数大于1，即粘度随剪切速率增加而增大，即表现为“剪切增稠”。膨胀型剪切应力剪切应变

固体粉末加入量液体的粘度一般较小，但当加入粉末后，形成悬浮液的粘度会变得更大。描述浆料的粘度有两种方法，即粘度和相对粘度。图5-3单一粒径的玻璃球加入到液体中对悬浮液相对粘度的影响3）影响浆料粘度的因素相对粘度:

悬浮液的粘度与纯液体的粘度之比。

悬浮液的粘度随固体粉末含量变化呈明显的非线性增大。固体粉末含量达到某一极限，相对粘度达无穷大。此时悬浮液由于太坚硬而被认为不具有流动性。对于单一粒径的球构成的粉体，此极限固体粉末含量对应于随机紧密堆积密度，此时固体粉末含量为63.4%。由单一粒径的球形颗粒构成的粉体，在流体中随机分散形成悬浮液；若颗粒在悬浮液中不作布朗运动且粉末体积分数足够小，从而可以忽略颗粒之间的相互作用。爱因斯坦据此推导出粉末体积分数对悬浮液粘度的影响的基本公式：

ηr=1+2.5Ф式中ηr为相对粘度，Ф为固体粉末的体积分数。

该式仅适用于粉末体积分数小于15%的情形。对于多数成型浆料，粉末体积分数大于15%，属浓缩悬浮液。爱因斯坦公式不能解释浓缩悬浮液中粉末体积分数对浆料粘度的影响。故很多人针对属浓缩悬浮液提出了新的粘度影响模型。

表5-1关于浓缩悬浮液的粘度与固体粉末含量的模型ηr=A(1-Фr)-nηr=Aexp[2.5Ф/(1-kФ)]ηr=AФ/(1-BФ)ηr=AФr

1/3/(1-Фr1/3)ηr=AФ2/(1-Фrn)ηr=1+AФr+BФr2ηr=(1+A1+AФr)/(1-Фr)ηr=(1-Ф-AФ2)nηr—相对粘度，Ф—固体粉末的体积分数，Фr—固体粉末的体积分数与极限固体粉末的体积之比，A、B、k、n—

为体系的相关系数任何一种模型都必须满足以下三个普遍规则：纯液体的相对粘度为1.0LimitФ→0

[ηr]=1.0

在固体粉末体积分数趋于零时，粘度对固体粉末体积的一阶导数应为2.5（根据爱因斯坦公式）。

LimitФ→0[dηr/dФ]=2.5

随着固体粉末含量增加，在含量达到极限值时，相对粘度应为无穷大。

LimitФ→Фm[ηr]=∞

粉末的特性颗粒大小颗粒小，粉体比表面积大，粘度提高。

图5-4橡胶颗粒悬浮液的粘度在给定固体体积分数时，颗粒粒径越大，则浆料粘度越小。亚微米粒径的粉体对粘度影响很大。

颗粒形状颗粒呈球状时，浆料粘度最小。图5-6玻璃颗粒形状对玻璃粉在水中的悬浮液的粘度的影响原因：浆料流动时，不同形状的颗粒遇到的阻力不同。颗粒形状球形椭圆形长轴/短轴=4层片状长/厚=12.5棒状20x6x3形状系数2.54.85380

颗粒形状离球形越远（长短径相差越大）,形状系数越大，粘度越大。

在稀悬浮液中，有经验公式：

η

＝η0(1＋KC)

表5-2颗粒的形状系数η、η0——浆料和液体介质的粘度，

C——浆料中固相的浓度，

K——颗粒的形状系数。

颗粒级配大小颗粒搭配使用（级配）可以提高粉体的松装密度，也可以降低浆料的粘度。

在大颗粒中添加小颗粒时，相对粘度降低，并有一最小值。图5-5不同粒径比的粉体对浆料粘度的影响R/r=21R/r=10R/r=15

颗粒团聚

颗粒团聚时，浆料的粘度高于颗粒不团聚时。

当每一团聚体中颗粒数增多时，悬浮液的粘度增大消除颗粒团聚十分重要，否则将导致浆料粘度不均匀、稳定性不好。图5-7粉体团聚体大小对悬浮液的粘度的影响

剪切速率液体粘度对剪切速率不敏感与不敏感根据条件而变。条件变了，原来对剪切速率不敏感的浆料也可以对剪切速率十分敏感。

粘度高的浆料在剪切速率低时也有一屈服点；当剪切应力高于屈服应力后，浆料产生剪切变形。浆料的粘度变化分三个阶段：图5-8浆料的粘度与剪切速率的一般关系

有些流体，在一定的切变速率下，粘度随时间减小。这种流体称为触变型流体。溶液在搅动或其它机械作用下，粘度随时间逐渐变小；静置一段时间后，溶液的粘度又恢复到原来较高水平。

触变性图5-10典型的触变流变曲线

触变性图5-10典型的触变流变曲线触变性产生的原因：静止时，溶液中的粒子间搭接成三维网络结构。对溶液施加剪切力，使溶液流动起来，将粒子的三维网络结构拆散，故粘度下降。当剪切力停止使用时，布朗运动使粒子重新恢复网络结构，原有的粘度得以恢复。(4)浆料的稳定性稳定性的含义是指浆料长期放置时不产生分层现象。固体颗粒的密度一般大于液体，在液体中有下沉的趋势。在重力作用下，颗粒在液体中作下沉运动。假设颗粒为球形，描述其沉降速度有斯托克什方程：

V=(ρ1-ρ2)gd/18ηρ1、ρ2：——

固体和液体的密度，

η——

液体的粘度，

d——

颗粒的直径，

g——

重力加速度。

颗粒越大沉降越快。

稳定的基本思路密度大于液体的固体颗粒能够在液体中悬浮，需要满足两个条件：布朗运动为主要运动形式

颗粒越小，布朗运动越明显。要使布朗运动成为固体颗粒的主要运动方式，颗粒必须小于一定尺度。

颗粒在水中还受到作热运动的液体分子对它的撞击，使它们作布朗运动。布朗运动的方向是随机的，它可以使固体颗粒随机分布在液体的各个部分。

图5-11颗粒在作布朗运动时的轨迹避免颗粒碰撞

布朗运动可以使小颗粒均匀分布于液体中，也会使颗粒相撞。颗粒相撞的结果可能使小颗粒结合成大颗粒，大颗粒不再以布朗运动为主，而是以下沉运动为主，导致浆料分层。

阻挡颗粒靠近的两种模式形成胶团结构

颗粒在溶液中带电，同时吸引溶液中异号带电离子在其周围，成为胶团。使颗粒接近成为胶团。而胶团接近并导致双方的扩散层部分重叠时，产生静电斥力，使胶团相分离。图5-12胶团结构示意图5-13颗粒相碰时首先是胶团的带电的扩散层相交

颗粒相遇时，首先是胶团的带电扩散层接触，由于两个颗粒的扩散层带有同样的电性，交叠时产生很强的静电排斥，阻止组成胶团的颗粒的直接碰撞。

空间位阻。浆料中含有水溶性的长链聚合物，颗粒吸附长链聚合物在其表面，聚合物的链条在空间伸展阻碍颗粒相互靠近。图5-14聚合物的空间位阻而产生斥力5.1.2胶体化学基础1）颗粒在液体中带电液体中的小颗粒往往带有电荷而形成胶团。带电的原因有以下三种：离解有些离子本身含有可离解的基团，如蛋白质分子中有可以离子化的的羧基与胺基，在低pH值胺基的离子化占优势，形成的NH3+使蛋白质带正电；在高pH值羧基的离子化占优势，蛋白质带负电；在某个pH值，蛋白质分子的净电荷为零，此pH值称为该蛋白质的等电点。无机胶体也有类似情形。

硅溶胶质点随溶液中的pH值的变化可以带正电或负电。

SiO2+H2O==H2SiO3--→HSiO-+H+

--→SiO32-+2H+--→HSiO2++OH-

吸附从水中吸附离子而带电。根据所吸附的离子的正、负，而带正、负电荷。通常，阳离子的水化能力比阴离子大得多，因此悬于水中的固体粒子容易吸附阴离子而带负电。

将粉末分散在水中制成悬浮液，将此悬浮液注入一定形状的模腔中，通过模具的吸水作用使悬浮液固化，制得具有一定形状的生坯。传统的注浆成型采用石膏模具，依靠石膏的吸水使坯体固化。图5－17石膏模注浆成型

5.2注浆成型基本工艺流程为：粉末→浆料→注浆→脱模→干燥→型坯注浆成型是一种传统的陶瓷成型方法，也是一种经典的流法成型方法。注浆成型的应用：制备复杂形状的型坯。一般而言,凡形状复杂、不规则、薄壁、体积较大且尺寸要求不严的器件都可用注浆法成型,

如日用陶瓷中的花瓶、茶壶、杯把、椭圆形盘等都可采用此法成型。SiO2坩埚5.2.1注浆成型的浆料1）注浆成型对浆料基本要求

流动性好即泥浆的粘度要小，能保证泥浆在输送管道内畅流并可分到

稳定性要好

具有适当的触变性

含水量要少在保证流动性的前提下，尽可能地减少泥浆的含水量，这样可缩短注浆时间，增加坯体强度，降低干燥收缩，缩短生产周期，延长石膏的使用寿命。

滤过性要好

形成坯体要有足够的强度注浆成型后坯体要容易脱模泥浆中尽量少含气泡2）原料浆料是固相颗粒在水中的分散体系。浆料的基本成分是固相颗粒和水。一般在满足浆料各种性能要求的基础上，固相的体积分数愈大愈好。通常固相的体积分数在30-65%范围内。

用于制浆的固相原料，可以分为三类：塑形原料容易制备成浆料的原料，如粘土。其特点是可塑性好，颗粒较细、脱水时收缩率较大，是制备浆料的必备组分。减粘原料粘性较弱的原料，如粗颗粒的粘土，其特点是颗粒较粗，可塑性较小，孔隙率大，脱水收缩率较小。因为具有疏松的结构，可容许水分的渗透，所以能够缩短吃浆的时间，增强浆料的成型能力。非可塑性原料3）浆料中的颗粒用于制备浆料的粉末的粒度必须小于一定的数值，才可能制备悬浮液。浆料中的颗粒粒度越小，浆料的稳定性越好好，但浆料的粘度越大，干燥时水分不容易排除，容易形成塌活现象，同时由于收缩率大，成型坯容易产生变形开裂现象。浆料中的颗粒的粒度通常为10，000孔/厘米2筛上的筛余为1.5-3%。对于件小且薄的制品，颗粒的粒度通常为10，000孔/厘米2筛上的筛余为1%以下（0.005-1%）。表5-4某厂制备注浆成型浆料所用颗粒粒度与工艺图5-17某厂制备注浆成型浆料所用工艺4）浆料稳定的常用方法调整浆料的PH值该方法一般用于两性氧化物（如氧化铝、氧化铁、氧化铬等）的悬浮。这类氧化物的表面与水反应形成氢氧化物MOH,MOH在介质中会发生如下离解反应。在酸性介质中：MOHM++OH-

离解的M+离子吸附在氧化物颗粒上，使颗粒带正电。在碱性介质中：MOHMO-+H+

离解的MO-离子吸附在氧化物颗粒上，使颗粒带负电。→

改变溶液的PH值，可以改变MOH在水中的离解程度，进而改变ζ电位。

陶瓷浆料——

以氧化铝为例。

氧化铝颗粒表层在酸性介质（如HCl水溶液）中，发生如下反应：

Al2O3+6HCl——→2AlCl3+3H2OAlCl3+H2O==AlCl2OH+HClAlCl2OH+H2O==AlCl(OH)2+HCl AlCl2OH和AlCl(OH)2在水中解离为AlCl2+、AlCl2+和OH-，Al2O3颗粒优先吸附含铝的AlCl2+和AlCl2+

，形成带正电的胶粒；胶粒再吸引OH-形成一个庞大的胶团。图5－18在HCl水溶液中的氧化铝胶团

当料浆中添加HCl时（PH值降低），Cl－离子增多，Cl－离子会进入吸附层取代OH－离子。由于Cl－离子水化能力大于OH－离子，水化后的体积较大，实际挤进吸附层的负离子浓度不是增加了，而是减少了，使胶粒的正电荷增加；胶粒的正电荷数增大，吸引更多的负离子在其周围，使扩散层增厚。导致ζ电位增大。 但是，如果料浆中HCl添加量过大（即PH值过低）时，大量的Cl－离子被压入吸附层，使胶粒的正电荷降低，扩散层变薄，导致ζ电位降低。 故有一个最佳的PH值范围。

Al2O3+NaOH==2NaAlO2+H2ONaAlO2==Na++AlO2－

Al2O3颗粒优先吸附AlO2－，使胶粒带负电，再吸引Na+离子形成一个胶团。调整溶液中的NaOH浓度（改变PH值），能够改变胶团的ζ电位。

氧化铝颗粒在碱性介质（如NaOH水溶液）中，表层发生如下反应：图5－19在NaOH水溶液中的氧化铝胶团表5－5常用氧化物注浆的PH值原料氧化铝氧化铬氧化铍氧化铀氧化钍氧化锆PH值3—42—343.53.5以下2.3

粘土和水的泥浆的PH值范围约为5到8，即在中性附近。而注浆时PH值调整到7.5-8.5，注浆性能最好。

金属浆料以不锈钢为例。将不锈钢粉末分散于含有3％聚乙烯醇、0.5%藻肮酸钠和0.5%正锌醇的水介质中，制成浆料。当PH值为10－10.5左右时，浆料的粘度最低，悬浮性能最好。图5-20不锈钢料浆的粘度与PH值1－料浆密度3.87±0.01,液/固=0.182－料浆密度3.79±0.01,液/固=0.193－料浆密度3.72±0.01,液/固=0.196

加入有机表面活性剂对于不与酸反应的陶瓷瘠性粉料，在其水溶液中加入聚合物电解质或有机胶体，可改善悬浮性能。聚合物电解质水溶性的聚合物电解质吸附在颗粒表面，使颗粒带电形成胶团。

聚合度为50的聚合物电解质，具有稀释能力，即使料浆的粘度下降；

聚合度为5000的聚合物电解质，具有稠化能力，即使料浆的粘度上升；

聚合度为500，000的聚合物电解质则使颗粒聚沉

因此：用于注浆成型料浆的是具有稀释能力的聚合物电解质。 用于注浆成型料浆的聚合物电解质应为线性高分子。 常用的聚合物电解质有：

聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素和木质素磺酸盐等。

有机胶 以阿拉伯树胶为例。 阿拉伯树胶是一种高分子化合物，呈卷曲链状，长度为0.4—0.8mm。若将其加入到氧化铝料浆中，分散在水中的氧化铝颗粒会附着在树胶的某些链节上。 当阿拉伯树胶用量较少时，一个树胶上会附着很多氧化铝颗粒，由于重力作用而聚沉；图5－21阿拉伯树胶对氧化铝颗粒的作用

而当阿拉伯树胶用量较多时，其线性分子在水中形成网络结构，使氧化铝颗粒表面表面形成一层有机亲水保护膜，阻碍氧化铝颗粒碰撞聚沉。图5－22阿拉伯树胶用量与氧化铝浆料的粘度的关系

一般氧化铝注浆成型浆料加入1.0%—1.5％阿拉伯树胶，以增加料浆的流动性。 桃胶、明胶、羧甲基纤维素钠等有机胶体也可起到阿拉伯树胶的类似作用。 制备金属粉体悬浮液时，常用的悬浮剂有：氢氧化铵、盐酸、氯化铁、硅酸钠及藻肮酸钠等。5）浆料除气避免浆料中的气泡带入坯体中——缺陷。图5-23浆料的真空除气装置5.2.2注浆 分基本注浆和加速注浆。1）基本注浆方法 分空心注浆和实心注浆。空心注浆又称单面注浆，注浆用的石膏模没有模芯。

图5－24空心注浆

将制备好的料浆注入模型，放置一段时间。在靠近模壁的地方，由于石膏模的吸水作用而固化。待模型内壁吸附了一定厚度的固相颗粒层时，将多余的料浆倒出，固化的坯体在石膏模中继续干燥，待成型坯因干燥收缩与石膏模分离时即可脱模。成型坯的外形取决于石膏模的内表面形状，其厚度取决于吸浆时间。 脱模时成型坯的含水量在15%—20％左右。 适用于小型、薄壁件的生产。

实心注浆又叫双向注浆，所用石膏模有外模和模芯两部分。图5－25实心注浆图5－26制备盘子的实心注浆模型a)活型芯b）二联模图5－27实心注浆的模腔

成型时，浆料注入外模和模芯之间，石膏模从内外两个方向同时吸水，直至坯体固化脱模。 坯体的外部形状由外模的工作面决定，而内部形状由内模决定。 由于石膏模从两面吸水，吸水速度比空心注浆快。特点：坯体中密度不均匀，即近模处密度高，两模之间密度低。适合于内外形状不同及大型、厚壁产品的生产。

根据施加压力的方式，分真空注浆、压力注浆、离心注浆。真空注浆

图5－28真空注浆2）加速注浆方法 在模具与浆料之间加上某种压力，以加快模具吸水的速度。压力注浆 保持一定的料柱的高度,以增加浆料对石膏模的压力，以提高石膏模的吸水能力。图5－29压力注浆

泥浆由压力槽4经过阀门5，通过导管3从下面引向所有的模子2内，1为台子。过剩的浆料从阀门6流出。图5－30简易的压力注浆设计

离心注浆 模具带着浆料作旋转运动，所产生的离心力加大了浆料对石膏模的压力，以提高石膏模的吸水能力。图5－31离心注浆5.2.3干燥注浆成型坯脱模之后，所含水分较多，致使坯体强度较低，在放置或搬运过程中容易变形和开裂；当较高温度加热时，水急剧蒸发，也易引起开裂。因此需要进一步降低水分含量。干燥，在低于水沸点温度下加热，让水分蒸发。目前，采用的干燥工艺一般是将脱模的成型体直接送入干燥炉或先在常温下自然干燥，再送入干燥炉干燥。但在这样的干燥过程中，急剧干燥使局部脱水速度不一致，引起收缩量不均，产生内部应力，导致成型坯体出现裂纹。即使当时看不出成型体有任何异常，但烧成时也会出现裂纹。因此，干燥过程中，要求严格控制温度湿度和干燥速度，特别是干燥大规格厚型成型体时，要求条件更严，干燥时间更长。

近来，日本某公司推出，用水溶性高分子材料作吸水材干燥成型体的新工艺，有效解决了上述问题。试验表明，用高分子材料如淀粉、聚乙烯醇、甲基纤维素等作吸水材料干燥注浆成型体，不仅使局部干燥速度保持一致，减小内部应力，防止裂纹形成，而且可放宽控制参数，缩短干燥时间。如将含206克水分的氮化硅注浆成型体埋入填有甲基纤维素粉末的容器中，干空气下干燥5天，吸水除去一定量的水分，再以10℃／小时升温速度加热室至120℃，恒温6小时，缓冷，除97%以上的水分，然后从容器中取出，用手剥去其表面的甲基纤维素粉，送入炉中，在氮气中于1750℃下烧成4小时，观察烧成的氮化硅试件无裂纹。

5.2.4模具材料

1）对石膏模具要求设计合理易于脱模，各部位及吸水均匀，能保证坯体收缩一致。孔隙率和吸水率适度比可塑成型模型略大。模型的湿度要严格控制吸水率一般应保持5%左右，过干会引起坯体开裂；过湿会延长注浆时间，甚至难于成型。

2）石膏模脱水原理毛细管力是泥浆脱水过程的推动力

注浆成型模具传统上为石膏制品。为了保证模具的脱水能力，用作模具的石膏材料必须含有大量的、相互连通微孔，它们通过毛细管作用吸收浆料中的水份。

a)液体润湿毛细管b)液体润湿不毛细管

图5－32毛细管压的形成

毛细管中液面与容器中液面的高度差为h,可以表示为：

h=2σcosθ/rgρ式中σ为液体的表面张力，θ为液体对毛细管的润湿角，g为重力加速度，ρ为液体的密度。

当液体润湿毛细管时，θ≤90°，毛细管中液面高度高于容器中液面的高度，毛细管越细（r越小），高度差越大。对注浆成型而言，石膏模从浆料中脱水，水对石膏是润湿的，石膏模含有大量开口的毛细管，其气孔率为30％—50％，孔径在1—6微米，故石膏模具有很强的从浆料中脱水的能力。当模型内表面形成一层坯体后，水分要继续排出必须先通过坯体的毛细孔，然后再被吸入模型的毛细管内。这时注浆过程的阻力来自石膏模和坯体两方面。

石膏模造孔原理石膏的的化学式为CaSO4。CaSO4常含有结晶水，含有半个结晶水的石膏（CaSO4•1/2H2O）称作半水石膏,含有两个结晶水的石膏（CaSO4•2H2O）称作二水石膏。半水石膏和二水石膏之间的关系为：

CaSO4•1/2H2O+3/2H2O=CaSO4•2H2O+Q(6千卡/克)

石膏模具材料是二水石膏，用半水石膏粉与水反应制得。当半水石膏遇水时，与水反应，并消融于水中，同时二水石膏以形核、长大方式从水溶液中析出。析出的二水石膏呈针状，不同的针状二水石膏晶粒搭接处形成微观孔隙。图5－33石膏材料中的孔隙3）石膏模的制备方法石膏模的形成制备成制品的模样（胎）根据图纸，用其它材料（金属、木料、塑料等）制备成制品的模样。该模样的尺寸比制品稍大一些，以备烧成收缩。根据模样制作凹模根据模样，用石膏浆料制作凹模。图5－34石膏模的形成

把此凹模修饰一番，达到要求的程度时便称为原始的石膏模型。如果要大量生产，一个石膏模不够用，则可以根据模样翻出无数各石膏模型。石膏模的制备工艺成型以制品的模样为心，制造一个浇注模，将制备好的石膏浆料倒入浇注模的型腔中，浆料固化以后，分离出石膏模型。

石膏浆料用80目-200目的半水石膏粉与水混合而成，石膏与水的比例（质量比）为100：70-90。水的比例越高，石膏模的孔隙率越大，强度越低，吸水率越高。孔隙控制理论上，由半水石膏生成二水石膏，每100克半水石膏仅需约18克水。制备石膏模的浆料中，每100克半水石膏配比的水高达70-90克。图5－35石膏模的铸造

脱水工艺石膏模型中存在自由水，可能有两个来源，一是制备模具时的过剩水，二是使用过程吸收的水。自由水的存在降低了石膏模的吸水速率与能力，要实时予以脱去。脱水的工艺是在60-65℃以下温度下干燥。如果温度过高，二水石膏容易分解，石膏模发生粉化。4）新型模具材料原则上，具有连通的微观孔隙的多孔材料都可作为注浆成型模具材料，无论它是金属、陶瓷，还是高分子材料。实际上，也出现了除石膏以外的注浆成型模具材料，有多孔金属、多孔塑料、多孔陶瓷等，但用得最多的还是石膏材料，因为它更便宜。

流延成型又称带式浇注，刮刀法成型将固体粉末配制成具有一定粘度的料浆；料浆从容器流出，被刮刀以一定厚度刮压涂敷在专用衬带上；料浆在衬带上漫流、铺展，形成表面光滑、厚度均匀的薄层；料浆薄层经干燥成为固化的粉末层；将固化的粉末层从基衬带剥离，获得膜状的生坯。5.3流延成型（TapeCasting)图5-36流延成型

根据制成品的尺寸和形状需要，流延生坯可作冲切、层合等加工处理，制成待烧结的毛坯成品。

流延成型的基本工艺流程为：粉体→浆料的配方与制备→流延→剪裁→脱脂→烧结5.3.1流延设备流延机见图5-37，包括载体膜（流延衬带）、流延头、喂浆机、干燥区和收片单元。

图5-37流延设备组成示意图5.3.1流延设备流延机见图5-37，包括载体膜（流延衬带）、流延头、喂浆机、干燥区和收片单元。

图5-37流延设备组成示意图载体膜载体膜是流延生坯的载运者，要求它表面平滑、水平度高、以平稳的速度直线运行、有高的表面光洁度,以保证流延生坯厚度均匀以及高的表面光洁度。它从一个转动棍上放出,通过流延头,承载上流延料浆,继续前行,通过干燥区,最后被另一个转动棍所转起。通常采用PET（聚对苯二甲酸乙二醇脂）材料或不锈钢带制备。有时为了改善脱模性能，表面上通常使用有机硅脱模剂。干燥区驱出载体膜上浆料中的溶剂，得到干燥的生坯。干燥通常采用红外线加热器或热空气。干燥温度的设定要顾及浆料的干燥速率和载片输送带的运行速率。收片单元卷起干燥的陶瓷生坯。有的收片单元可以从载体膜上直接卸下生坯。流延头向载体膜带喂料。V0—载送带速度；T—浆料通过刮刀后的即时厚度T′—干燥后的生坯厚度。图5-3８典型的流延头及其稳定片厚的流延口示意图5.3.2流延生坯厚度的影响因素可用以下公式给出：

t：生坯厚度；

g：重力加速度；

l：刀片厚度；

α：干燥收缩率；

H：料浆液面高度；

V0

载送带速度；ρ：密度；

μ：浆料粘度；

h：刀锋间隙。5.3.3流延浆料的特性具有“剪切稀化”特性与触变性，见图5-39。图5-39流延成型浆料典型流变曲线5.3.3料浆的配方与制备流延成型用浆料是固体粉末的悬浮液。除固体粉末外，料浆还包括粘结剂、分散剂、增塑剂和溶剂等组元。1）固体粉末浆料中的固相颗粒最好为球状。如果是非球状的，生坯密度沿流延方向（y方向）大于沿宽度方向（x方向），从而使生坯烧结收缩率呈现方向性。图5-40流延生坯烧结收缩率的变化（y方向为流延方向，x方向为流延生坯宽度方向）生坯厚度/mm2）粘结剂它最重要的任务是包裹粉体颗粒、产生三维相互连接的树脂构架，从而固化成膜、赋予生坯一定的强度和韧性。采用长链的高分子（MW30000～80000）聚合物。选择粘结剂需要考虑的因素生坯的厚度与所选溶剂的相匹配及不妨碍溶剂挥发和不产生气泡易于烧除，不留残余物能起到稳定浆料和抑制颗粒沉降的作用要有较低的塑性转变温度，以确保生坯在室温下有较好的韧性，能够接受必要的后续加工；不与衬带材料相粘，使生坯脱模容易图5-41生坯中粘结剂含量与颗粒间距的关系粘结剂的含量

含量较低时粘结剂包覆颗粒，并使颗粒相互连接形成三维结构，三维结构中有间隙。随粘结剂含量增加，先是使颗粒被粘结剂包覆更完整，后是逐渐填充在固体颗粒的三维结构中的间隙，直至间隙完全填满。陶瓷颗粒间距都不会改变，因而坯体中固体粉末的体积分数不变，烧结时的收缩率不变。加入量很大时当含量超过某一临界值时，粘结剂会制造空间，使生坯表面覆盖一层粘结剂，同时固体颗粒拉开距离。粘结剂含量越高，颗粒间距越大。陶瓷的体积分数降低，烧结时的收缩率上升。

粘结剂含量增加，浆料的粘度增加；粘结剂含量增加，坯体的强度增加。3）溶剂基本功能溶解分散剂、粘结剂和增塑剂等添加成分，使它们容易均匀分散于浆料中；赋予浆料流动性。选择溶剂主要考虑的因素在浆料中能保持化学稳定性，不与粉体发生化学反应；易于挥发与烧除；使用安全卫生，对环境污染少。

常用的溶剂分有机溶剂和水两大类。有机溶剂常用：乙醇、甲乙酮、三氯乙烯、甲苯、二甲苯等。挥发快，干燥时间短。所以流延法制膜中使用有机溶剂较多。但有机溶剂易燃且有毒。水成本低、使用安全卫生和便于大规模生产。缺点：对粉体颗粒的湿润性能较差，挥发慢，干燥时间长；浆料除气困难，气泡的存在会影响生坯的质量；能与其配合的粘结剂多为乳液状，市场上产品较少，使粘结剂的选择受到限制。混合溶剂溶剂对粉体的湿润性能主要与其表面张力有关，表面张力越小，对粉体颗粒的湿润性能越好。有机溶剂的表面张力比水要低得多，所以其湿润性能比水好。混合溶剂的表面张力和介电常数等性能比单一组分好，且沸点较低，对分散剂、粘结剂和增塑剂的溶解性能也较佳。为确保干燥过程中溶剂同时挥发，流延浆料中常用二元共沸混合物。最常用的有乙醇/甲乙酮、乙醇/三氯乙烯、乙醇/水和三氯乙烯/甲乙酮等。4）分散剂浆料中的小颗粒有重新聚合成大团聚体的趋势，这些颗粒簇的快速沉淀可能引起分层效应。分散剂的功能能够控制颗粒团聚的程度和团聚体的强度。分散剂的分散机理可以分为三类：电斥稳定机理（胶团结构）、空间位阻稳定机理或是两者的结合。分散剂的功能能够控制颗粒团聚的程度和团聚体的强度。分散剂的分散机理电斥稳定机理（胶团结构）空间位阻稳定机理电斥稳定+空间位阻结合结合常用分散剂三乙醇氨

颗粒在浆料中的分散状态影响浆料的粘度，而分散剂会影响颗粒在浆料中的分散状态。

图5-42分散剂含量对浆料粘度的影响左起颗粒的构型：团聚、分散、絮凝5）增塑剂增塑剂的功能粘结剂都有相互交联的链，使得其塑限温度Tg往往高于室温。即使粘结剂能够保证生坯的强度却不能使生坯具有足够适合于加工的韧性。增塑剂的加入能够调节塑限温度Tg，使其接近或低于室温，提高生坯的韧性。增塑剂的软化机制可描述为当增塑剂将自身附着于由粘结剂链的结点所造成的活性中心时，粘结剂分子内键合产生断裂。

使用原则要易烧除，不留残余物，并且在化学和物理上是稳定的，且便宜、无毒。

(a）(b)(c)图5-42增塑剂的原理(a)粘结剂聚合物；(b)增塑剂；(c)增塑聚合物（分子间距离增大）溶剂粉体分散剂球磨粘结剂增塑剂混磨除泡流延成型

增塑剂的用量根据实际的需求而改变，在保证增塑效果的前提下尽量少用。产品为薄片状，不需要再进行变形加工时，可以适当地增加生坯的强度，即减少增塑剂的用量；当需要制备如卷曲型的陶瓷样品时，需要生坯有很好的柔韧性，增加增塑剂的用量。6）浆料的制备工艺图5-43浆料制备工艺流程5.3.4流延生坯的要求与评价1）要求生坯由固体粉末、粘结剂、树脂材料（增塑剂、分散剂等）及气孔组成。如果各成分分散均匀，它应是三维立体均一结构。从宏观的观点看，生坯的厚度应当一致。对生坯的实际要求为：呈现小的各向异性、没有宏观缺陷（如伤痕或裂纹）；表面应当平整光滑；生坯顶部与底部的微观结构没有差异。2）评价方法主要依赖现场经验，尚未制定完全的评价方法。下述方法通常在实际中使用，被视为有效的生坯质量控制方法。表面粗糙度采用表面粗糙度仪测量。

生坯的表面粗糙度反映了原料粉的固体颗粒尺寸和聚集、生坯中原料的分散性、树脂成分的含量、浆料的粘度性质和干燥条件等因素。生坯若没有充分校平，表面粗糙度增大。增加树脂成分的含量，且分散均匀，可使生坯表面光滑。拉伸试验测量流延生坯的不拉伸强度和延伸率。透气性(a)(e)(d)(b)(c)(d)(e)(f)图19生坯质量随PVB含量的变化图。(a)2g、(b)3g、(c)4g、(d)4.5g、(e)5g、(f)6g夹具细砂式样砂桶图20拉伸强度测量示意图(a)(c)图21生坯样品(a)标准式样示意图(b)拉伸前(c)拉伸后(b)(a)(b)

图22生坯最小卷曲半径测量图5-44粘结剂聚合度对生坯力学性能影响（1）聚合程度较高；（2）聚合程度较低图5-45粘结剂、增塑剂比例对生坯力学性能影响图5-46有机物含量对生坯力学性能影响图5-47有机物含量对生坯表面粗糙度的影响表面粗糙度/μm有机材料质量分数/%图5-48有机物含量对生坯透气性的影响图5-49分散剂含量对浆料粘度、生坯光泽度的影响图5-50浆料中含水量与生坯密度之间的关系图5-51浆料中含水量与生坯的拉伸强度之间的关系生坯的拉伸强度/gf/cm2图5-52浆料中含水量与生坯的延伸率之间的关系图5-53生坯存储湿度与其性能之间的关系

5.3.5流延成型特点特别适合成型0.05mm—1mm厚度的片状连续坯体生产速度快、自动化程度高、效率高产品组织结构均匀、质量好。

5.3.6应用一种陶瓷基片的专用成型方法多层叠层共烧技术基础广泛应用于薄膜混合式集成电路(如程控电话交换机、手机、汽车点火器、传真机热敏打印头等〕、可调电位器（如彩色电视机和显示器用聚焦电位器、玻璃釉电位器等)、片式电阻(如网络电阻、表面贴装片式电阻等)、玻璃覆铜板(主要用于大功率电子电力器件)、平导体制冷器及多种传感器的基片载体材料。

将固体粉末与有机物混合制备成浆料（或称之为油墨）；油墨由丝网模透过网孔漏出，在承印物上形成规定图形和厚度的膜层。

图5-54丝网图5-55丝网印刷原理示意

丝网上有些孔被堵塞，有些孔未被堵塞，未被堵塞孔形成某种图形。具有这种图形的丝网成为丝网印版（或称之为网模）。

5.4丝网印刷图5-56丝网印刷原理示意图5-57丝网印刷过程示意（这里基板就是承印物）影响丝网质量的主要因素图5-57丝网印刷过程示意图影响丝网质量的主要因素图5-57丝网印刷过程示意图影响丝网质量的主要因素图5-57丝网印刷过程示意图

印刷时，将承印物放在丝网印版下，但两者不相接触。在丝网印版一端上倒入油墨，用刮板在丝网印版上的油墨部位施加一定压力，同时朝丝网印版另一端移动。油墨在移动中被刮板从漏孔中挤压到承印物上。漏出的油墨在承印物上形成一个与漏孔尺寸相当的油墨滴，由于油墨的内聚作用，油墨滴不发生漫流，固着于原来的区域。在印刷过程中，刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触。在刮板的作用力下，丝网印版局部产生向下的变形，同时丝网的张力产生对刮板的反作用力，这个反作用力称为回弹力。由于回弹力的作用，使丝网印版与承印物接触线随刮板移动。只有接触线附近，才有油墨漏出，漏出的油墨与丝网印版粘连。在接触线以外区域，丝网印版与承印物为脱离状态，没有油墨漏出。而在刮板前移时，原来接触线附近固着在承印物上的油墨与丝网发生断裂，，

保证了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。当刮板刮过整个版面后抬起时，丝网印版也抬起，与承印物完全脱离接触。用刮刀将油墨轻刮回初始位置，至此完成一个印刷行程。图5-58刮刀对油墨的压力分布，采用丝网印刷制造制品的主要工艺流程为：

油墨设计与制备→丝网模设计与制备→印刷→干燥→烧成

从膜层的厚度来看，采用丝网印刷制备的膜层厚度在1-100μm范围内，属于厚膜。区别于薄膜(厚度小于1μm的膜层材料)。5.4.1丝网印刷分类1）根据承印物的质地纸张类印刷塑料类印刷陶瓷类印刷玻璃类印刷线路板印刷金属类印刷纺织类印刷2）按操作方法分手工印刷指印物的续与收、印版的移动、刮扳刮印均为手工操作。机械印刷指印刷过程由机械动作完成。其中又分为半自动和全自动印刷，半自动指承印物放入和取出由人工操作，印刷由机械完成；全自动是指整个印刷过程均由机械完成。丝网印刷由五大要素构成，即印版、刮板、油墨、印刷台以及承印物，关键是印版和油墨。5.4.2.丝网印版的制作

(1)丝网选择：选择丝网材料、网孔大小。丝网材料尼龙丝网强度高，耐磨性较高，耐碱性较高，耐酸性稍差，油墨透过性好，丝线直径小，弹性好，印迹鲜明。涤纶丝网稳定性好，强度高，耐腐蚀，性能优于尼龙丝网，绷网张力高，适合高精印刷。不锈钢丝网强度高，稳定性好，丝径小，网目高，耐抗性好，寿命长，弹性差，受冲击易破裂，适合精密印刷，不适合曲面印刷。

镀镍涤纶丝网镀镍涤纶丝网综合了涤纶丝网和不锈钢丝网的长处，适用性广，价格适中，耐腐蚀性差。丝网网目数常用30目（孔／厘米）、40目、60目／厘米、80目／厘米、120目／厘米、140目／厘米和160目／厘米等几种。一般情况下，网目数大，网丝直经小。细丝密网，分辨率高；粗丝粗网，分辨率低。一般选择原则印刷曲面时，选用弹性大的丝网，如尼龙网；印刷吸收性大承印物时，用网孔面积大的丝网；印刷光滑面时，用高弹力、高张力的丝网；印刷粗糙面时，用低网目的丝网；印刷精度高的印刷品时，用低延伸率、高张力的丝网；2）绷网将丝网绷在网框上。绷网要求丝网张力适当，均匀稳定，丝向一致，避免斜拉，经纬丝各自平行。关键是调整丝网的张力。丝网张力/N/cm丝网张力/N/cm蚕丝网尼龙网聚脂丝网（单线）16~2420~2824~32聚脂丝网（多线）聚脂丝网（单线/多线）不锈钢丝网16~2416~2428~32表5-6常用绷网张力表

(3)制版将丝网上的一些孔堵起来，使未堵的孔形成印制图形。分直接法、间接法、混合法三类。丝网直接制版

在丝网上直接制备要印制的图形。流程为：丝网清洗→涂感光胶→晒版→显影→质检。底版用于制备丝网印版的原版，用透明薄胶片制备，其上绘有要印制的图形形状，有图形的地方不透光，无图形的地方透光。底版可以人工绘制或通过照相法获得。晒版将涂感光胶均匀涂敷在丝网上，堵塞丝网的所有网孔。将底版粘附在涂有干燥的感光胶的丝网上，使丝网通过底版接受某种光线照射，丝网上的感光胶有的地方得不到曝光（与底版有图形的地方接触处），有的地方曝光（不与底版有图形的地方接触的其余地方）。—晒版显影经晒版的丝网用特殊溶液（显影液）清洗，未曝光的感光胶从丝网上清除掉，出现通透，而已曝光的感光胶仍然留在丝网上，阻塞网孔。—显影不同的感光胶对应不同的显影液。清洗尽显影液后，干燥后，便得到一个丝网印版。包括以下项目：版膜质量对照底版检查其精细部分在丝网印版上的再现程度如何。通孔质量版膜的适应能力丝网印版的质量检查

激光烧蚀直接制版先在金属丝网上涂布丝网感光胶，然后用计算机控制激光烧穿感光层，使图形部分网孔通透。此法只能用于金属网。激光曝光直接制版先在丝网上涂感光胶，用计算机控制激光器在网版上成像，然后冲洗掉未感光的感光胶，制造通孔。这种制版方法使用专用感光胶，曝光系统价格高。

喷墨成像系统先在丝网上涂感光胶，用计算机控制喷墨系统把阻光墨喷到图文部分感光层上，然后用紫外线对丝网全面曝光。冲洗掉感光的感光胶，使印刷图形区域形成通孔。间接法在其它地方按照印刷图形刻蚀好一个膜片（称作掩膜），再将掩膜贴到预备的丝网上。混合法在丝网贴一张膜片，在膜片上涂感光胶，然后对膜片进行刻蚀。5.4.2油墨的配方与制备1)油墨的基本性能要求为了获得边缘整齐、图形清晰的印刷膜层，油墨应满足以下基本要求：粘度适中粘度要求与印刷参数关系很密切。粘度越低，油墨越容易漏过，印刷速度越快；承印物结构疏松，粘度要求小；粘度过大的油墨对承印物的润湿性差，不易通过丝网转移到承印物上，造成印刷困难，印迹缺墨；粘度过小，会造成印迹扩大，致使印刷线条合并，成为废品。不同的印刷产品对油墨的粘度要求不同。对普通印刷品而言，粘度要求大约为4-12Pa·s；导体油墨约为1.7x102-3x102Pa·s，对电阻油墨粘度为2x102-3x102Pa·s，对介质油墨粘度为1.2x102-2x102Pa·s触变性指搅动时粘度变小，但放置一段时间粘度后又恢复到原来的较大的状态。由于触变性，在受到刮板运动产生的剪切应力作用下，油墨粘度降低，容易漏过网孔；在承印物上的油墨，由于剪切力除去，粘度升高，不再流动。图5-59丝网印刷过程油墨粘度的变化

在印刷之前，要充分搅拌油墨，使粘度减小，然后进行印刷。油墨沉积到承印物上之后，粘度变大。流平性刚印刷完毕沉积在承印物上的油墨，在极短的时间内产生相互连接、流平，形成连续的膜层，以消除丝网痕迹。屈服值指加一定外力，油墨开始流动所必须施加的最低应力。屈服值太大，油墨发硬，不易打开，输墨不便，流平性差；屈服值太小，印刷细线和网点再现性差。网印墨层较厚时，屈服值不能太低。

弹性指油墨涂层在变形后又重新恢复其原有状态而不爆裂的能力。干燥性既要网板上的油墨能够长时间不干燥结膜，又要求承印物上的油墨涂层干燥速度快。以保持印迹的清洁，节省场地，加快印刷速度。硬度油墨涂层的硬度。

粘附强度油墨对承印物又良好的粘附性能。2）油墨的组成依其用途的不同，油墨的组成相差很大。但从原理上，油墨的组成物由四部分组成：功能相、粘结剂、溶剂与助剂。功能相赋予油墨层特定的使用性能。功能相的成分因油墨层的使用性能而异，如果油墨层是为了彩绘，功能相应该为颜料粉或染料粉；如果油墨层是为了形成导电线路或绝缘层，功能相应该为某种导电粉末或绝缘材料粉末。粘结剂按化学属性分为两部分：无机粘结剂

通常是一些玻璃粉，经烧结后，它能够将功能相粉末颗粒拉近，并固定在承印物上。只在油墨膜层需要烧制时才使用无机粘结剂。如在各种厚膜电路、陶瓷表面的彩釉制备工艺中，其丝网印刷浆料就需要含一定量的无机粘合剂。在印层烧成的温度下，这些无机粘合剂成为液体，润湿功能相颗粒，并将功能相拉近，使功能相连续；液相向承印物表面的微孔中渗透或与与承印物表层反应形成过度层，将功能相固定在承印物表面。如果印刷膜不需烧结，不采用无机粘结剂。有机粘结剂使固体物质（包括功能相和无机粘合剂）粘合起来，赋予印刷膜基本性能和赋予油墨基本印刷性能的有机物。有机粘结剂是所有油墨都必须具有的组元。

有机粘结剂是指具有复杂结构、大分子量的、非晶态的有机化合物（树脂）。它能溶解在有机溶液中，其溶液在溶剂挥发后即形成膜。用于油墨的有机粘结剂有以下两类：天然树脂:

主要有松香、松香衍生物、沥青、达马树脂、虫胶、生漆等；合成树脂:

热塑性树脂:塑料树脂、丙烯树脂、聚合树脂聚酰胺树脂等；

硬化树脂:指因化学反应而硬化的树脂，

常温固化型:、加热固化型、光硬化型，主要有醇胺树脂、氨化树脂、环氧树脂、氨基甲酸树脂、光硬化树脂等。表5-8丝网印刷油墨用主要树脂溶剂分散固体粉末，溶解树脂，并赋予油墨基本的流动性等印刷性能。包括油脂、有机溶剂等。

油脂分动物油、植物油、矿物油三大类。常用的植物油有桐油、亚麻仁油、豆油、蓖麻油。矿物油是从石油分馏而得到的系列溶剂的总称。常用的矿物油有：汽油、高沸点煤油（油墨油）和润滑油。有机溶剂主要作用是溶解树脂形成溶液。印刷后，通过挥发逸出墨膜。

表5-8丝网印刷油墨用主要溶剂助剂为了提高油墨的各种印刷性能而添加的各种辅助物。常有以下几种：减粘剂，目的是降低粘性；稀释剂，降低粘性与粘度；增稠剂，增加粘度；催干剂，又名干燥剂，目的是加速结膜；防干剂，延缓结膜；增塑剂，使油墨印层柔软；防脏剂，防止印品上的油墨蹭脏其它印品；消泡剂，除去油墨中的泡沫；分散剂，促进功能相在油墨中均匀分布；均匀剂，改善印层平滑性。3）油墨的配方示例应用于各种厚膜电路的油墨的大致成分：导体浆料导体材料+玻璃粘结剂75-80%有机粘合剂25-20%电阻浆料电阻材料75%有机粘合剂25%电容介质浆料电容介质材料70-75%有机粘合剂30-35%表5-9RuO2-Ag玻璃釉电阻浆料的组成与厚膜的性能4）浆料制备

图5-60丝网印刷油墨制备工艺流程

为了适应印刷工艺的要求、保证印制品的重复性，对于要烧结的印制品还要有利于烧结，油墨中的固体组元必须是很细的粉末。常用导体浆料中的粉末的平均粒径见下表。表5-10厚膜电子浆料中固体粒子的平均尺寸

印刷的图形越精细，固体粉末的粒度应越细。固体粉末应均匀地分散于有机粘合剂中，理想状态是每个粒子均为有机粘合剂所包围。如果固体粉末不是单一成分，则应把不同的固体粉末预先混合均匀。颗粒细化、混合以及制浆通常均采用球磨方式。5.4.3印刷工艺印刷质量优良厚膜，应该是位置准确（印刷精度），厚度适中（转移比），形状正确（转移比），印刷稳定（重复性）。某导体厚膜的质量见图5-61与图5-62。图5-61印刷质量的好与坏(a)好（无流渗）；(b)坏（有流渗）图5-62丝网印刷导体的截面（a)有显著的跑墨（b)无显著的跑墨

据资料介绍，影响印刷质量的因素达38项之多，但这些因素的重要程度并非完全一样，这里只介绍几个主要影响因素。这些因素影响主要体现在对膜层的厚度及均匀性方面的影响。而膜层的厚度及均匀性对厚膜元件是极为重要的，如膜层的厚度增加，则厚膜电阻的阻值减小、厚膜电容的容量减小。1）浆料的粘度和固体含量油墨的转移过程，是油墨在外力作用下通过网孔到达承印物表面的过程。网孔的转移（漏印）油墨量Q

满足公式：

Q=πr4Δp/8ηl

其中：

Δp——丝网两面的压力差，实为刮印压力；

r——丝网孔径；

l——网版厚度；

η——丝网油墨粘度。由上式可以看出，网版转移油墨量与油墨的粘度成反比，与丝网的厚度成反比。网版的厚度在制版之后一般没有大的变化，所以影响油墨转移量的关键因素就是油墨的粘度。

显然，粘度越小，油墨转移量越大，印层的厚度越大。油墨的粘度对印刷图案清晰程度的影响。粘度太高，图案边缘不平齐；粘度太低，线条变粗。所以粘度要适宜。为了保证膜层的一致性，在重复印制过程中，油墨的粘度变化特性也应一致。油墨的粘度可以通过改变有机粘合剂的组成加以调整。但是调整粘度，必须注意到油墨的流变性非常复杂这一事实，往往是粘度达到了要求值，其他性质又发生了改变。这一现象表明，既使油墨的粘度相同，其印刷膜质量也可能不同；而且印刷参数的改变，也将会影响厚膜的性能。油墨的屈服值对厚膜图案的清晰度的影响屈服值太低，图案边缘不清晰；屈服值太高，膜层中有丝网的痕迹。油墨的固体含量直接影响厚膜的厚度含量高则膜厚。膜厚的改变则会改变厚膜的性能。2）丝网与承印物间的距离------离网高度一般来讲，脱离高度增加，印刷墨层厚度增加。但离网高度太大，则膜层又薄，重复性差，丝网的寿命缩短。如果脱离高度太小，承印物容易被丝网粘住，使印出的图案模糊不清。

图5-62某厚膜电阻的阻值变化与脱离高度的关系从该图可见，当脱离高度小于1mm时，阻值变化很大；若脱离高度选在1-2mm，阻值变化可控制在±5%左右。3）印刷压力、印刷速度、刮板的断面与角度印刷压力（刮刀的压力）印刷压力增大，漏过丝网的油墨量增多，故膜层增厚。通常，印刷力过大，容易产生流渗；反之，印刷压力过小，可能导致漏过丝网的油墨量太少，印刷图形模糊。有一个最佳印刷压力范围。图5-63某厚膜电阻的阻值变化与印刷压力的关系刮板的断面刮板的断面增大，膜层增厚。印刷速度（刮板的移动速度）取决于印刷时间和油墨的黏度。一般而言，降低印刷速度会增加印刷时间和适印性。然而，当印刷速度快时，油墨的黏度下降，通过丝网孔口的流动性就得到改善（这取决于油墨的触变性指数）。

图5-64油墨的滚动现象

当贴放于丝网上的被刮板推向孔口时，转动力施加在油墨上，油墨开始转动（见图5-64），油墨的黏度下降，使它更容易推过孔口，提高油墨的转移质量。

不过，也有实验表明，印刷速度由50.8mm/s增加到203.2mm/s时，印刷膜厚度平均值略有减小，但影响不很大。故有人认为印刷速度影响不大。刮板角度（刮板与丝网所成角度）是控制印刷膜厚度的重要因素。角度越小，把油墨压下丝网的压力越大，漏过的浆料就越多，膜厚越大。

刮板角度在30°-40°间变化时，阻值变化较小，是较理想的刮板角度。图5-65某厚膜电阻的阻值变化与刮板角度的关系4）丝网目数、丝网张力、掩膜厚度丝网目数主要影响膜厚和图案的清晰度。一般来说，丝网目数越小，印出的膜较厚，图案清晰度较低。表5-11厚膜电阻特性与丝网目数的关系配方编号（杜邦公司）目数（目/cm）膜厚（um）阻值（欧姆/□）加热到125℃时的电阻温度系数（×10－6/℃）干燥后烧后782641657012841.728.319.19.925.116.811.49.11533135321034662646594547782741657012839.428.720.814.223.919.614.07.11245148020513953404405319229782841657012837.627.721.314.825.018.514.77.92.65×1033.52×1034.72×1037.86×103148124812.8783241657012840.432.825.118.527.919.113.48.95.56×1036.43×1038.23×10313.18×10365583119丝网张力是衡量丝网绷紧程度的一个指标。其大小可用张力测定计测量。测量时，在绷紧的丝网中心的一小块面积上，加一已知力，丝网受力下垂，下垂的距离表示丝网绷紧的程度。下垂的距离越大，张力越大。不同材料的丝网，既使目数相同，其张力也不一定相同。丝网张力直接影响印刷图案的清晰度和膜厚。随着丝网张力增加，膜层厚度增加。为了获得清晰的图案，丝网张力必须具有一定的数值。张力太小丝网变松，图案清晰度变坏。张力太大，丝网容易变形和磨损。掩膜厚度主要影响膜厚。

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