668-氧化铝黑瓷浆料流变性能的研究与在线粘度计(黏度-粘度-流变特性)
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氧化铝黑瓷浆料流变性能的研究
１３
氧化铝黑瓷浆料流变性能的研究
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎａ Ｂｌａｃｋ Ｐｏｒｃｅｌａｉｎ Ｓｌｕｒｒｙ
姚义俊，丘泰，沈春英，杨建 （南京一业大学材料科学与工程学院，南京２１０００９） ＹＡＯ Ｙｉ—ｉｕ－，Ｑ１ｕ Ｔａｉ，ＳＨＥＮ Ｃｈｕｎ ｙｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｊｉａｎ （Ｃｏｌｌຫໍສະໝຸດ Baiduｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
散剂用量也相应增加；浆料的粘度随着Ｒ值的增加而急剧降低，流变性能得到明显改善。
关键词：氧化铝黑瓷；粘度；流变特性
中图分类号：０３７３
文献标识码：Ａ
文章编号：ｉ００１—４３８１（２００５）１１ ００１３ ０３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｐｏｗｄｅｒ，ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎａ ｂｌａｃｋ ｐｏｒｃｅｌａｉｎ ｓｌｕｒｒｉｅｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ５５％ｓｏｌｉｄ ｖｏｌｕｍｅ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｄｉｓ— ｐｅｒｓａｎｔ，ｓｏｌｉｄ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｒ ｒａｔｉｏ ｏｎ ｔｈｅ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｕｒｒｉｅｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄ— ｌｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａＩ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ａｌｕｍｉｎａ ｂｌａｃｋ ｐｏｒｃｅｌａｉｎ ｓｌｕｒｒｉｅｓ ａｐｐｅａｒ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｄｉｓｐｅｒｓａｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｌｏａｄｉｎｇ．Ｔｈｅ ｖｉｓ— ｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｓｌｕｒｒｉｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｓｈａｒｐｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｒ ｒａｔｉｏ，ｔｈｅ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ａｌｕｍｉ－ ｎａ ｂｌａｃｋ ｐｏｒｃｅｌａｉｎ ｓｌｕｒｒｉｅｓ ｗｅｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎａ ｂｌａｃｋ ｐｏｒｃｅｌａｉｎ；ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ；ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ
衰１ 黑色氧化铝瓷配方（质量分数／％１ Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎａ ｂｌａｃｋ ｐｏｒｃｅｌａｉｎ
（ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ／％）
１．２性能测试 将Ａｌ。ｏ。粉料在乙醇中超声分散后，用ＮｓｃＨ １
颗粒分析仪测定粉料的粒度及其分布。测试采用自然 沉降和离心沉降相结合的方式进行。
旦ｄ一（、去Ⅱ３ｏ＋三６）“／ ２—１一
（…２）
式中：＾为颗粒间距；ｄ为颗粒直径；∞为固相体积 分数。固相体积分数越大，浆料中粒子间距离越小，浆 料中连续相体积也越小．颗粒之间Ｖａｎ ｄｅｒ ｗａａｌｓ力增
氧化铝黑瓷浆料流变性能的研究
１５
Ｒ ｒａｔｉｏ／％
图３浆料精度与Ｒ值的关系 Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｒ ｒａｔｉｏ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ
万方数据
用Ｅ６，７］。在流延工艺中．料浆的粘度是影响坯片质量 的重要参数之一，是料浆内摩擦或粘（滞）性的反映，是 流体内部阻碍其相对流动的一种特性。由于料浆是固 液混合体系，组成料浆的成分如粉料、溶剂、分散剂、 粘结剂以及塑性荆的选择直接影响流延浆料的性能， 从而对素坯、烧结制品的性能产生影响。本工作采用 流延成型制备黑色氧化铝瓷基板，通过研究有机粘合 剂各组分对料浆粘度的影响，确定氧化铝黑瓷基板流 延成型的最佳配方。
（１）
式中：ｖ为颗粒沉降速度，ｎ是颗粒半径，Ｐ是颗粒 密度，目为液相粘度ｍ为液相密度。由上式可知，固
体颗粒的大小对其悬浮性有很大的影响。颗粒越小， 其沉降速率越小，即它在液相中悬浮时间越长。细颗 粒烧结活性较好，可降低烧结温度，促进基板烧结均
匀、致密。但细粉料在制备悬浮体和后处理过程中极 易发生粒子凝并、团聚一’”］，且所需的溶剂、分散剂、粘 结剂和增塑剂的用量也相应会增加，从而影响流延料 浆的分散性、流变稳定性，使悬浮体固相体积分数降
（３）浆料的粘度随着塑性剂与粘结剂的比值Ｒ的 增加而急剧降小，流变性能得到明显改善。
参考文献
Ｅｌｉ尹衍升，张景德．氧化铝陶瓷及其复合材料［Ｍ］北京ｚ化学工业 出版社，２００１ ３ ５．
［２］刘圩，马兀龙集成电路封装用Ａ１ｚｏｘ瓷料的研制ｃＪ］．山东工业 大学学报，１９９５，３（２５）；２４６—２５１．
面积达到１．６０１ｌｍ２／ｇ，粒子问相互吸引能减小，有利
万方数据
于其在料浆中稳定悬浮。 ２．２分散剂用量对浆料稳定性的影响
：图１所示为在不同分散剂用量下，由预烧处理的 氧化铝黑瓷粉体制备的各固含量浆料的粘度变化情 况。从图１可以看出，随着分散剂浓度增加不同固相 体积分数的黑瓷浆料粘度先逐渐减小，达到最低值后， 又缓慢升高，每个固相体积分数的浆料均存在一个最 佳的分散剂用量，此时浆料的粘度最低。
随着电子元件小型化、集成化的迅速发展，对所用 基板和封装材料提出了高的要求，氧化铝基板由于其 导热性、介电性、耐高温、耐磨性等性能优良，是集成电 路材料的支柱产品。由于半导体集成电路常具有明显 的光敏性，故要求作封装管壳的氧化铝陶瓷应具有遮 光性。为此，国内外研制出黑色氧化锚陶瓷，用于集成 电路管壳”１“。日前对于陶瓷基片的成型主要有注模 凝胶法、干压成型、挤出成型、等静压成型、压延成型、 注射成型及流延等成型方法３］。其中，以流延法成型 生产效率摄高，且易于实现生产的连续化和自动 化““。流延成型的具体ｊ：艺过程通常是将陶瓷粉末 与粘合剂在有机溶剂中混合，形成均匀稳定悬浮的浆 料，然后将浆料从料斗下部流至基带上，通过基带与 刮刀的相对运动形成坯膜，坯膜的厚度由刮刀控制。 将坯膜连同基带一起送人烘干室，溶剂蒸发，有机结合 剂在陶瓷颗粒间形成网络结构，形成具有～定强度和 柔韧性的坯片，干燥的坯片连同基带一起卷轴待
用美国库尔特公司ＯＭＮＩＳＯＲＰ １００ＣＸ型比表面 积和孔容分析仪测定混合粉体的比表面积。
用ＮＤＪ一］１型旋转式粘度计测定浆料的流变性 能。剪切速率测定范围为０～６００ ｓ，实验温度
２０℃。
２结果与讨论
２．１黑瓷粉料的改性 固体颗粒在液相中的悬浮性可由ＳｔｏｋｅｓＯ公式
描述”Ｊ，即：
Ｖ一２ａ２（ｐ—ｐ０）ｇ／９７／
３结论
（１）通过对粉体进行预烧处理，降低了粉体比表 面积、改善了其团聚现象，制备出流变性能较好、固相 体积分数达５０％的浆料。
（２）浆料的粘度随剪切速率增加而下降，呈剪切 稀化的流变学特性。固相体积分数高料浆的粘度急剧 上升，料浆的流动性也会随着体系固相体积分数的增 加而急剧降低。对于不同固相体积分数的浆料，分散 剂的最佳用量也有很大差异，随着固相体积分数的增 加，分散剂的最佳用量也相应增加。
浆料制备是整个成型工艺中的首要环节，在成型 过程中为了能够顺利成型并达到较高的生坯密度，希 望在保持成型必须的流变性能的前提下尽可能提高浆 料的固相含量。
图２所示为在最佳分散状态下，不同固相体积分 数浆料的流变性能。由图２可见，随着固相体积分数 的提高，浆料的粘度增大，流动性能变差。根据 Ｗｏｏｄｃｏｃｋ方程“…：
［３］李安明，许业静９９氧化铝陶瓷基板注凝成型工艺的研究［Ｊ］现 代技术陶瓷，２００２，（４）：９—１３，
［４］ＲＩＣＨＡＲＤ Ｅ ＭＩＳＴＬＥ Ｔａｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ：ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｍｅｅｔ ｉｎｇ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙＣＪ］Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ Ｂｕｌｌ， １９９０．（７）：１０２２—１０３１．
低。对粉体进行预烧处理，可增大颗粒尺寸、降低粉体 比表面积、改善其团聚现象，有利于制备高固相量的浆 料。本研究中，预烧处理前粉料的颗粒较细，比表面积
为６．６６０９ｍ２／ｇ，比表面能较高，粒子处于不稳定状态， 因而粒子间极易相互吸引产生团聚而影响料浆的流动 性。粉料在１０００。Ｃ预烧处理后，颗粒尺寸变大，比表
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｍｉｎｇ ２１０００９，Ｃｈｉｎａ）
摘要：通过对氧化铝黑瓷粉料进行预烧技术处理，增大颗粒尺寸、降低粉休比表面能、改善其团聚现象，制备出固相体积
分数达５５％的氧化铝黑瓷稳定料浆，并研究了分散剂用量、体系固相体积分数、Ｒ值（塑性剂／粘结剂）对料浆流变性的影
响。结果表明：浆料的粘度随剪切速率增加而下降，呈剪切稀化的流变学特性，随着固相体积分数的增加，浆料的最佳分
图３所示为分散剂掺量为４％（体积分数），固相 体积分数为４０％时浆料的粘度随Ｒ值的变化情况。
由图３可见，随着Ｒ值的增大，浆料粘度显著降 低。其原因是增塑剂小分子插入粘结剂聚乙烯醇缩丁 醛（ＰＶＢ）高分子链之问，增加了长链的距离，起到了润 滑作用，降低了粘度ｏ“。当增塑剂用量超过最佳掺量 时，多余的增塑剂小分子相互缠绕，增加浆料粘度，使 得浆料流动性变差。
图２浆料的流变性能与周古量的天系 （ａ）剪切应力；（ｂ）粘度
Ｆｉｇ ２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ
（ａ）ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅｌ ｆｂ）ｓｈｅａｒ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ
加，相互接触几率增加，从而阻碍浆料的层间运动，而 且颗粒之间距离的减小使颗粒的团聚加剧，所以料浆 粘度将不断增大，稳定性变差。由图２可见，随着固相 体积分数的增加，浆料在相同剪切速率下的剪切应力 值逐渐增大，浆料流动性变差，在料浆固相体积分数小 于４０％时，料浆粘度表现为随体系固相体积分数增加 呈平缓上升的趋势，但当固相体积分数再继续增加时， 料浆粘度急剧上升，料浆的流动性也会随着体系固相 体积分数的增加而急剧降低。随着剪切速率的增加， 料浆的粘度不断下降，特别是在低剪切速率下，粘度下 降较快，表明氧化铝黑瓷料浆呈剪切稀化的流变学特 征。 ２．４增塑剂与粘结剂的比值Ｒ对浆料流变性能的影 响
１实验过程
１．１浆料制备 所用氧化铝粉末为工业级ａ—Ａｌ。Ｏ。原料，经超细
磨后平均粒度为ｏ．８８“ｍ，比表面积为６．６６０９ｍ２／ｇ，在 氧化铝粉末中加入约８％（质量分数）的着色氧化物 （Ｃｏ：０。、ＭｎＯ。、Ｃｒ２０。等）均匀混配料，具体配方见表 １，对粉料进行预烧技术处理，改善其表面特性；浆料的
暑 扫 ８ 女
Ｖｏｌｕｍｅ ｆｆａ吐ｉｏｎ ｏｆｄｉｓｐｏ＇ｓａｎｔ／％
闺１ 分散荆用篮对浆料流生性能的影响 Ｆｉｇ １ ＥＩｌｅｃｔ ０ｆ ｄｉｓｐｅｒｓａｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ
分散剂用量过小时，分散剂在粒子表面的吸附不 完全，粒子表面未被分散剂有效覆盖或吸附层厚度太 薄，空间位阻作用较弱，粒子问排斥力较小，表现为浆 料流动性较差，粘度较高。分散剂用量增加，将增大其 对粒子的覆盖率或吸附层厚度，使浆料流动性明显改 善，粘度不断下降，直至达到最低粘度，体系稳定性达 到最佳。当分散剂用量大于粉体颡粒形成饱和吸附所 需的量时，过量的分散剂会在粒子间架桥而导致絮凝， 从而使浆料的流动性变差”。”］，并且由图１可知，对 于不同固相体积分数的浆料，分散剂的最佳用量也有 很大差异，随着固相体积分数的增加，分散剂的最佳用 量也相应增加。 ２．３不同固含量浆料的流变特性
１４
材料工程／２００５年１１期
制备首先是在混合粉料中加入：二甲苯／异丙醇混合溶 剂及分散剂（ＯＰ一８５）进行初次球磨４ｈ，使各种粉料在 溶剂中充分分散悬浮，然后再加入粘结剂（聚乙烯醇缩 丁醛）、塑性剂（邻苯二甲酸二丁脂）进行第二次混磨， 使这些有机添加剂均匀分布并有效吸附于粉粒之上， 形成稳定的流动性良好的浆料，然后加人除泡剂进行 真空搅拌，经流延机流延成型。
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氧化铝黑瓷浆料流变性能的研究
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎａ Ｂｌａｃｋ Ｐｏｒｃｅｌａｉｎ Ｓｌｕｒｒｙ
姚义俊，丘泰，沈春英，杨建 （南京一业大学材料科学与工程学院，南京２１０００９） ＹＡＯ Ｙｉ—ｉｕ－，Ｑ１ｕ Ｔａｉ，ＳＨＥＮ Ｃｈｕｎ ｙｉｎｇ，ＹＡＮＧ Ｊｉａｎ （Ｃｏｌｌຫໍສະໝຸດ Baiduｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
散剂用量也相应增加；浆料的粘度随着Ｒ值的增加而急剧降低，流变性能得到明显改善。
关键词：氧化铝黑瓷；粘度；流变特性
中图分类号：０３７３
文献标识码：Ａ
文章编号：ｉ００１—４３８１（２００５）１１ ００１３ ０３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｐｏｗｄｅｒ，ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎａ ｂｌａｃｋ ｐｏｒｃｅｌａｉｎ ｓｌｕｒｒｉｅｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ５５％ｓｏｌｉｄ ｖｏｌｕｍｅ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｅｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｄｉｓ— ｐｅｒｓａｎｔ，ｓｏｌｉｄ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｒ ｒａｔｉｏ ｏｎ ｔｈｅ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｕｒｒｉｅｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄ— ｌｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａＩ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ａｌｕｍｉｎａ ｂｌａｃｋ ｐｏｒｃｅｌａｉｎ ｓｌｕｒｒｉｅｓ ａｐｐｅａｒ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｔｈｉｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｄｉｓｐｅｒｓａｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｌｏａｄｉｎｇ．Ｔｈｅ ｖｉｓ— ｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｓｌｕｒｒｉｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｓｈａｒｐｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｒ ｒａｔｉｏ，ｔｈｅ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ａｌｕｍｉ－ ｎａ ｂｌａｃｋ ｐｏｒｃｅｌａｉｎ ｓｌｕｒｒｉｅｓ ｗｅｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎａ ｂｌａｃｋ ｐｏｒｃｅｌａｉｎ；ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ；ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ
衰１ 黑色氧化铝瓷配方（质量分数／％１ Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎａ ｂｌａｃｋ ｐｏｒｃｅｌａｉｎ
（ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ／％）
１．２性能测试 将Ａｌ。ｏ。粉料在乙醇中超声分散后，用ＮｓｃＨ １
颗粒分析仪测定粉料的粒度及其分布。测试采用自然 沉降和离心沉降相结合的方式进行。
旦ｄ一（、去Ⅱ３ｏ＋三６）“／ ２—１一
（…２）
式中：＾为颗粒间距；ｄ为颗粒直径；∞为固相体积 分数。固相体积分数越大，浆料中粒子间距离越小，浆 料中连续相体积也越小．颗粒之间Ｖａｎ ｄｅｒ ｗａａｌｓ力增
氧化铝黑瓷浆料流变性能的研究
１５
Ｒ ｒａｔｉｏ／％
图３浆料精度与Ｒ值的关系 Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｒ ｒａｔｉｏ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ
万方数据
用Ｅ６，７］。在流延工艺中．料浆的粘度是影响坯片质量 的重要参数之一，是料浆内摩擦或粘（滞）性的反映，是 流体内部阻碍其相对流动的一种特性。由于料浆是固 液混合体系，组成料浆的成分如粉料、溶剂、分散剂、 粘结剂以及塑性荆的选择直接影响流延浆料的性能， 从而对素坯、烧结制品的性能产生影响。本工作采用 流延成型制备黑色氧化铝瓷基板，通过研究有机粘合 剂各组分对料浆粘度的影响，确定氧化铝黑瓷基板流 延成型的最佳配方。
（１）
式中：ｖ为颗粒沉降速度，ｎ是颗粒半径，Ｐ是颗粒 密度，目为液相粘度ｍ为液相密度。由上式可知，固
体颗粒的大小对其悬浮性有很大的影响。颗粒越小， 其沉降速率越小，即它在液相中悬浮时间越长。细颗 粒烧结活性较好，可降低烧结温度，促进基板烧结均
匀、致密。但细粉料在制备悬浮体和后处理过程中极 易发生粒子凝并、团聚一’”］，且所需的溶剂、分散剂、粘 结剂和增塑剂的用量也相应会增加，从而影响流延料 浆的分散性、流变稳定性，使悬浮体固相体积分数降
（３）浆料的粘度随着塑性剂与粘结剂的比值Ｒ的 增加而急剧降小，流变性能得到明显改善。
参考文献
Ｅｌｉ尹衍升，张景德．氧化铝陶瓷及其复合材料［Ｍ］北京ｚ化学工业 出版社，２００１ ３ ５．
［２］刘圩，马兀龙集成电路封装用Ａ１ｚｏｘ瓷料的研制ｃＪ］．山东工业 大学学报，１９９５，３（２５）；２４６—２５１．
面积达到１．６０１ｌｍ２／ｇ，粒子问相互吸引能减小，有利
万方数据
于其在料浆中稳定悬浮。 ２．２分散剂用量对浆料稳定性的影响
：图１所示为在不同分散剂用量下，由预烧处理的 氧化铝黑瓷粉体制备的各固含量浆料的粘度变化情 况。从图１可以看出，随着分散剂浓度增加不同固相 体积分数的黑瓷浆料粘度先逐渐减小，达到最低值后， 又缓慢升高，每个固相体积分数的浆料均存在一个最 佳的分散剂用量，此时浆料的粘度最低。
随着电子元件小型化、集成化的迅速发展，对所用 基板和封装材料提出了高的要求，氧化铝基板由于其 导热性、介电性、耐高温、耐磨性等性能优良，是集成电 路材料的支柱产品。由于半导体集成电路常具有明显 的光敏性，故要求作封装管壳的氧化铝陶瓷应具有遮 光性。为此，国内外研制出黑色氧化锚陶瓷，用于集成 电路管壳”１“。日前对于陶瓷基片的成型主要有注模 凝胶法、干压成型、挤出成型、等静压成型、压延成型、 注射成型及流延等成型方法３］。其中，以流延法成型 生产效率摄高，且易于实现生产的连续化和自动 化““。流延成型的具体ｊ：艺过程通常是将陶瓷粉末 与粘合剂在有机溶剂中混合，形成均匀稳定悬浮的浆 料，然后将浆料从料斗下部流至基带上，通过基带与 刮刀的相对运动形成坯膜，坯膜的厚度由刮刀控制。 将坯膜连同基带一起送人烘干室，溶剂蒸发，有机结合 剂在陶瓷颗粒间形成网络结构，形成具有～定强度和 柔韧性的坯片，干燥的坯片连同基带一起卷轴待
用美国库尔特公司ＯＭＮＩＳＯＲＰ １００ＣＸ型比表面 积和孔容分析仪测定混合粉体的比表面积。
用ＮＤＪ一］１型旋转式粘度计测定浆料的流变性 能。剪切速率测定范围为０～６００ ｓ，实验温度
２０℃。
２结果与讨论
２．１黑瓷粉料的改性 固体颗粒在液相中的悬浮性可由ＳｔｏｋｅｓＯ公式
描述”Ｊ，即：
Ｖ一２ａ２（ｐ—ｐ０）ｇ／９７／
３结论
（１）通过对粉体进行预烧处理，降低了粉体比表 面积、改善了其团聚现象，制备出流变性能较好、固相 体积分数达５０％的浆料。
（２）浆料的粘度随剪切速率增加而下降，呈剪切 稀化的流变学特性。固相体积分数高料浆的粘度急剧 上升，料浆的流动性也会随着体系固相体积分数的增 加而急剧降低。对于不同固相体积分数的浆料，分散 剂的最佳用量也有很大差异，随着固相体积分数的增 加，分散剂的最佳用量也相应增加。
浆料制备是整个成型工艺中的首要环节，在成型 过程中为了能够顺利成型并达到较高的生坯密度，希 望在保持成型必须的流变性能的前提下尽可能提高浆 料的固相含量。
图２所示为在最佳分散状态下，不同固相体积分 数浆料的流变性能。由图２可见，随着固相体积分数 的提高，浆料的粘度增大，流动性能变差。根据 Ｗｏｏｄｃｏｃｋ方程“…：
［３］李安明，许业静９９氧化铝陶瓷基板注凝成型工艺的研究［Ｊ］现 代技术陶瓷，２００２，（４）：９—１３，
［４］ＲＩＣＨＡＲＤ Ｅ ＭＩＳＴＬＥ Ｔａｐｅ ｃａｓｔｉｎｇ：ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｍｅｅｔ ｉｎｇ ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｉｎｄｕｓｔｒｙＣＪ］Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ Ｂｕｌｌ， １９９０．（７）：１０２２—１０３１．
低。对粉体进行预烧处理，可增大颗粒尺寸、降低粉体 比表面积、改善其团聚现象，有利于制备高固相量的浆 料。本研究中，预烧处理前粉料的颗粒较细，比表面积
为６．６６０９ｍ２／ｇ，比表面能较高，粒子处于不稳定状态， 因而粒子间极易相互吸引产生团聚而影响料浆的流动 性。粉料在１０００。Ｃ预烧处理后，颗粒尺寸变大，比表
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｍｉｎｇ ２１０００９，Ｃｈｉｎａ）
摘要：通过对氧化铝黑瓷粉料进行预烧技术处理，增大颗粒尺寸、降低粉休比表面能、改善其团聚现象，制备出固相体积
分数达５５％的氧化铝黑瓷稳定料浆，并研究了分散剂用量、体系固相体积分数、Ｒ值（塑性剂／粘结剂）对料浆流变性的影
响。结果表明：浆料的粘度随剪切速率增加而下降，呈剪切稀化的流变学特性，随着固相体积分数的增加，浆料的最佳分
图３所示为分散剂掺量为４％（体积分数），固相 体积分数为４０％时浆料的粘度随Ｒ值的变化情况。
由图３可见，随着Ｒ值的增大，浆料粘度显著降 低。其原因是增塑剂小分子插入粘结剂聚乙烯醇缩丁 醛（ＰＶＢ）高分子链之问，增加了长链的距离，起到了润 滑作用，降低了粘度ｏ“。当增塑剂用量超过最佳掺量 时，多余的增塑剂小分子相互缠绕，增加浆料粘度，使 得浆料流动性变差。
图２浆料的流变性能与周古量的天系 （ａ）剪切应力；（ｂ）粘度
Ｆｉｇ ２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ
（ａ）ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅｌ ｆｂ）ｓｈｅａｒ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ
加，相互接触几率增加，从而阻碍浆料的层间运动，而 且颗粒之间距离的减小使颗粒的团聚加剧，所以料浆 粘度将不断增大，稳定性变差。由图２可见，随着固相 体积分数的增加，浆料在相同剪切速率下的剪切应力 值逐渐增大，浆料流动性变差，在料浆固相体积分数小 于４０％时，料浆粘度表现为随体系固相体积分数增加 呈平缓上升的趋势，但当固相体积分数再继续增加时， 料浆粘度急剧上升，料浆的流动性也会随着体系固相 体积分数的增加而急剧降低。随着剪切速率的增加， 料浆的粘度不断下降，特别是在低剪切速率下，粘度下 降较快，表明氧化铝黑瓷料浆呈剪切稀化的流变学特 征。 ２．４增塑剂与粘结剂的比值Ｒ对浆料流变性能的影 响
１实验过程
１．１浆料制备 所用氧化铝粉末为工业级ａ—Ａｌ。Ｏ。原料，经超细
磨后平均粒度为ｏ．８８“ｍ，比表面积为６．６６０９ｍ２／ｇ，在 氧化铝粉末中加入约８％（质量分数）的着色氧化物 （Ｃｏ：０。、ＭｎＯ。、Ｃｒ２０。等）均匀混配料，具体配方见表 １，对粉料进行预烧技术处理，改善其表面特性；浆料的
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Ｖｏｌｕｍｅ ｆｆａ吐ｉｏｎ ｏｆｄｉｓｐｏ＇ｓａｎｔ／％
闺１ 分散荆用篮对浆料流生性能的影响 Ｆｉｇ １ ＥＩｌｅｃｔ ０ｆ ｄｉｓｐｅｒｓａｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ
分散剂用量过小时，分散剂在粒子表面的吸附不 完全，粒子表面未被分散剂有效覆盖或吸附层厚度太 薄，空间位阻作用较弱，粒子问排斥力较小，表现为浆 料流动性较差，粘度较高。分散剂用量增加，将增大其 对粒子的覆盖率或吸附层厚度，使浆料流动性明显改 善，粘度不断下降，直至达到最低粘度，体系稳定性达 到最佳。当分散剂用量大于粉体颡粒形成饱和吸附所 需的量时，过量的分散剂会在粒子间架桥而导致絮凝， 从而使浆料的流动性变差”。”］，并且由图１可知，对 于不同固相体积分数的浆料，分散剂的最佳用量也有 很大差异，随着固相体积分数的增加，分散剂的最佳用 量也相应增加。 ２．３不同固含量浆料的流变特性
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材料工程／２００５年１１期
制备首先是在混合粉料中加入：二甲苯／异丙醇混合溶 剂及分散剂（ＯＰ一８５）进行初次球磨４ｈ，使各种粉料在 溶剂中充分分散悬浮，然后再加入粘结剂（聚乙烯醇缩 丁醛）、塑性剂（邻苯二甲酸二丁脂）进行第二次混磨， 使这些有机添加剂均匀分布并有效吸附于粉粒之上， 形成稳定的流动性良好的浆料，然后加人除泡剂进行 真空搅拌，经流延机流延成型。