4.3流延成型技术
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固成型，得到具有一定强度、可进行机加工的坯体。水基凝
胶流延成型所使用的浆料由陶瓷粉末、有机单体、交联剂、 溶剂、分散剂、塑性剂等组分配制而成。
单体溶液 交联剂
增塑剂
球磨 混合
2020/5/12
分散剂
陶瓷粉末
引发剂
加热
真空除泡
流延
聚合源自文库型
催化剂
惰性气体保护
凝胶流延成型工艺
• 有机单体的选择原则是：粘度低、溶液稳定性好、流动性好 ；经聚合反应能够形成长链状聚合物；形成的聚合物具有一 定的强度，保证成型后的素坯能够进行切片、冲孔等加工作 业。用于凝胶流延成型的有机单体有：2-羟乙基甲基丙烯酸 酯（HEMA）、甲基丙烯酸（MA）、丙烯酰胺（AM）、甲 基丙烯酰胺（MAM）等。凝胶流延成型工艺的优点在于可 以极大地降低浆料中有机物的使用量，提高浆料的固相含量 ，因而提高素坯的密度和强度，同时大大减轻环境污染，并 显著降低生产成本。目前凝胶流延成型工艺已经应用于研制 氧化铝陶瓷薄片及燃料电池YSZ等领域。
陶瓷流延成型法
• 流延工艺是由Glenn N.Howatt最早提出并应用于陶瓷成型领 域,并于1952年获得专利。流延法是一种制备大面积、薄平 陶瓷材料的重要成型方法，流延成型自出现以来就用于生产 单层或多层薄板陶瓷材料。现在,流延成型已成为生产多层电 容器和多层陶瓷基片的支柱技术,同时也是生产电子元件的必 要技术：如用Al2O3制得各种厚度的集成电路基板和衬垫材 料；用BaTiO3制成电容器介质材料；用ZrO2制成固体氧化 物燃料电池、氧泵和氧传感器等。此外,流延成型工艺还可用 于造纸、塑料和涂料等行业。流延成型工艺包括浆料制备、 成型、干燥、剥离基带等过程。该工艺的特点是设备简单,工 艺稳定,可连续操作,生产效率高,可实现高度自动化。
量。针对上述缺点，研究人员开始尝试用水基溶剂体系替代有机溶剂体系。
2020/5/12
脱脂 烧结
水基流延成型工艺
• 水基流延成型工艺使用水基溶剂替代有机溶剂，由 于水分子是极性分子，而粘结剂、增塑剂和分散剂 等是有机添加剂，与水分子之间存在相容性的问题 ，因此在添加剂的选择上，需选择水溶性或者能够 在水中形成稳定乳浊液的有机物以确保得到均一稳 定的浆料。同时还应在保证浆料稳定悬浮的前提下 ，使分散剂的用量尽量地少，同时在保证素坯强度 和柔韧性的前提下使粘结剂、增塑剂等的有机物的 用量尽可能少。
2020/5/12
流延陶瓷片基元件用途
1陶瓷单层
A电容器 B压电陶瓷 C电子陶瓷
2多层陶瓷部件
A多层平板式传感器 B固体氧化物燃料电池（SOFC）
2020/5/12
3.2厚膜成型工艺 陶瓷片基元件总生产流程图
目前得到广泛应用的流延成形工艺为非水基流延成型工艺，即传统的流延工艺，其工艺 包括浆料制备、球磨、脱泡、成型、干燥、剥离基带等工序。该工艺的特点是设备简单，
2020/5/12
水基流延成型工艺优缺点
• 水基流延成型具有价格低廉，无毒性，不易燃等优 点，但也存在一些问题：a)蒸发速度低；b)所需的 粘结剂浓度高；c)氢键引起陶瓷粉末团聚导致絮凝 ；d)浆料对工艺参数变化敏感，不易成型表面致密 光滑的陶瓷膜；e)坯体结合不充分，干燥易起泡开 裂，脆性大，易弯曲变形；f)缺陷引起应力集中， 导致烧结开裂。目前，水基流延成型的研究主要应 用于Al2O3， ZrO2等少数的氧化物陶瓷，对TiC也 有研究。
工艺稳定，可连续操作，生产效率高，可实现高度自动化。
溶剂
粘结剂
陶瓷粉料 球磨
混磨 真空除泡 粘度调节 流延成型 干燥
分散剂
增塑剂
传统的非水基流延成型已经较为成熟，在陶瓷领域有广泛的应用，如用流延成 型制备氧化铝陶瓷膜、制备ALN膜、制备YSZ膜、流延成型制备陶瓷燃料电池 电解质膜等，也可以制备包含有晶须的复合陶瓷膜。 传统的流延成型工艺不足之处在于所使用的有机溶剂(如甲苯、二甲苯等)具有 一定的毒性，使生产条件恶化并造成环境污染,且生产成本较高。此外，由于浆 料中有机物含量较高，素坯密度低，脱脂过程中坯体易变形开裂，影响产品质
2020/5/12
凝胶流延成型工艺
• 水基凝胶流延成型工艺是利用有机单体的聚合原理进行流延 成型。该法是将陶瓷粉料分散于含有有机单体和交联剂的水 溶液中，制备出低粘度且高固相体积分数的浓悬浮体（<50 ％体积分数），然后加引发剂和催化剂，在一定的温度条件
下引发有机单体聚合，使悬浮体粘度增大，从而导致原位凝
2020/5/12
陶瓷流延成型法
• 流延成型的具体工艺过程是将陶瓷粉末与分散剂、 粘结剂和增塑剂在溶剂中混合，形成均匀稳定悬浮 的浆料。成型时浆料从料斗下部流至基带之上，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入烘干室，溶剂 蒸发，有机结合剂在陶瓷颗粒间形成网络结构，形 成具有一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。在储存过程中使残留溶剂分布 均匀，消除湿度梯度。然后可按所需形状切割、冲 片或打孔。最后经过脱脂烧结得到成品。
2020/5/12
流延成型溶剂
• 选择溶剂的基本原则为:必须能溶解其它添加成分，包括分散剂、 粘结剂和增塑剂等；在浆料中能保持化学稳定性，不与粉料发生 化学反应；易于挥发与烧除；使用安全卫生和对环境污染少。最 常用的溶剂分为有机溶剂和水两大类。因用有机溶剂所得的浆料 粘度低，溶剂挥发快，干燥时间短，所以流延法制膜中使用有机 溶剂较多，但使用有机溶剂存在易燃和有毒的缺点，而用水作溶 剂则具有成本低、使用安全卫生和便于大规模生产等优点，其缺 点是:对粉料颗粒的湿润性能较差、挥发速度慢和干燥时间长；浆 料除气困难，气泡的存在会影响素坯的质量；水基浆料所用粘结 剂多为乳状液，品种较少使粘结剂的选择受到限制。溶剂对粉料 的湿润性能主要与其表面张力有关，表面张力越小，对粉料颗粒 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综合性能较单 一组分要好，且沸点低，对分散剂、粘结剂和塑性剂的溶解性能 也较佳。研究表明，所谓“动力学溶剂”（小分子如乙醇）和“ 热力学溶剂”（酯、酮）的混合物是最有效的。为确保干燥过程 中同时挥发，流延浆中常用二元共沸混合物。最常用的有乙醇/甲 乙酮20、20/5乙/12 醇/三氯乙烯、乙醇/水和三氯乙烯/甲乙酮等。
2020/5/12
流延等静压复合成型工艺
• 流延等静压复合成型工艺是以非水基和水基流延成型工艺为 基础的工艺过程，它把流延成型工艺和等静压成型工艺有效 的结合起来，以提高素坯的成型密度和烧结密度，工艺过程 较为简单，易于陶瓷膜的工业化生产。由于流延素坯本身制 备工艺的限制，其浆料固含量较低，虽然通过增大粒径，可 以提高浆料固含量和提高素坯密度，但粉体粒子粒径过大， 其烧结性能就会下降，反而会导致烧结膜材密度下降。另一 方面在素坯干燥过程中，因溶剂的挥发，粘结剂和塑性剂难 以在干燥前填充溶剂挥发留下的气孔，从而在素坯表面和内 部留有许多凹坑和孔洞，使素坯结构疏松，密度较低，而单 层流延膜由于厚度较小，不能采用一些非常规烧结手段（如 热压烧结），只能采用无压烧结，加上烧结过程中大量有机 添加剂的烧除，很难获得致密的流延烧结膜材。因素坯密度 较低，结构疏松但延展性较好，故对素坯采用等静压二次成 型提高素坯成型密度，将提高烧结膜材密度。
胶流延成型所使用的浆料由陶瓷粉末、有机单体、交联剂、 溶剂、分散剂、塑性剂等组分配制而成。
单体溶液 交联剂
增塑剂
球磨 混合
2020/5/12
分散剂
陶瓷粉末
引发剂
加热
真空除泡
流延
聚合源自文库型
催化剂
惰性气体保护
凝胶流延成型工艺
• 有机单体的选择原则是：粘度低、溶液稳定性好、流动性好 ；经聚合反应能够形成长链状聚合物；形成的聚合物具有一 定的强度，保证成型后的素坯能够进行切片、冲孔等加工作 业。用于凝胶流延成型的有机单体有：2-羟乙基甲基丙烯酸 酯（HEMA）、甲基丙烯酸（MA）、丙烯酰胺（AM）、甲 基丙烯酰胺（MAM）等。凝胶流延成型工艺的优点在于可 以极大地降低浆料中有机物的使用量，提高浆料的固相含量 ，因而提高素坯的密度和强度，同时大大减轻环境污染，并 显著降低生产成本。目前凝胶流延成型工艺已经应用于研制 氧化铝陶瓷薄片及燃料电池YSZ等领域。
陶瓷流延成型法
• 流延工艺是由Glenn N.Howatt最早提出并应用于陶瓷成型领 域,并于1952年获得专利。流延法是一种制备大面积、薄平 陶瓷材料的重要成型方法，流延成型自出现以来就用于生产 单层或多层薄板陶瓷材料。现在,流延成型已成为生产多层电 容器和多层陶瓷基片的支柱技术,同时也是生产电子元件的必 要技术：如用Al2O3制得各种厚度的集成电路基板和衬垫材 料；用BaTiO3制成电容器介质材料；用ZrO2制成固体氧化 物燃料电池、氧泵和氧传感器等。此外,流延成型工艺还可用 于造纸、塑料和涂料等行业。流延成型工艺包括浆料制备、 成型、干燥、剥离基带等过程。该工艺的特点是设备简单,工 艺稳定,可连续操作,生产效率高,可实现高度自动化。
量。针对上述缺点，研究人员开始尝试用水基溶剂体系替代有机溶剂体系。
2020/5/12
脱脂 烧结
水基流延成型工艺
• 水基流延成型工艺使用水基溶剂替代有机溶剂，由 于水分子是极性分子，而粘结剂、增塑剂和分散剂 等是有机添加剂，与水分子之间存在相容性的问题 ，因此在添加剂的选择上，需选择水溶性或者能够 在水中形成稳定乳浊液的有机物以确保得到均一稳 定的浆料。同时还应在保证浆料稳定悬浮的前提下 ，使分散剂的用量尽量地少，同时在保证素坯强度 和柔韧性的前提下使粘结剂、增塑剂等的有机物的 用量尽可能少。
2020/5/12
流延陶瓷片基元件用途
1陶瓷单层
A电容器 B压电陶瓷 C电子陶瓷
2多层陶瓷部件
A多层平板式传感器 B固体氧化物燃料电池（SOFC）
2020/5/12
3.2厚膜成型工艺 陶瓷片基元件总生产流程图
目前得到广泛应用的流延成形工艺为非水基流延成型工艺，即传统的流延工艺，其工艺 包括浆料制备、球磨、脱泡、成型、干燥、剥离基带等工序。该工艺的特点是设备简单，
2020/5/12
水基流延成型工艺优缺点
• 水基流延成型具有价格低廉，无毒性，不易燃等优 点，但也存在一些问题：a)蒸发速度低；b)所需的 粘结剂浓度高；c)氢键引起陶瓷粉末团聚导致絮凝 ；d)浆料对工艺参数变化敏感，不易成型表面致密 光滑的陶瓷膜；e)坯体结合不充分，干燥易起泡开 裂，脆性大，易弯曲变形；f)缺陷引起应力集中， 导致烧结开裂。目前，水基流延成型的研究主要应 用于Al2O3， ZrO2等少数的氧化物陶瓷，对TiC也 有研究。
工艺稳定，可连续操作，生产效率高，可实现高度自动化。
溶剂
粘结剂
陶瓷粉料 球磨
混磨 真空除泡 粘度调节 流延成型 干燥
分散剂
增塑剂
传统的非水基流延成型已经较为成熟，在陶瓷领域有广泛的应用，如用流延成 型制备氧化铝陶瓷膜、制备ALN膜、制备YSZ膜、流延成型制备陶瓷燃料电池 电解质膜等，也可以制备包含有晶须的复合陶瓷膜。 传统的流延成型工艺不足之处在于所使用的有机溶剂(如甲苯、二甲苯等)具有 一定的毒性，使生产条件恶化并造成环境污染,且生产成本较高。此外，由于浆 料中有机物含量较高，素坯密度低，脱脂过程中坯体易变形开裂，影响产品质
2020/5/12
凝胶流延成型工艺
• 水基凝胶流延成型工艺是利用有机单体的聚合原理进行流延 成型。该法是将陶瓷粉料分散于含有有机单体和交联剂的水 溶液中，制备出低粘度且高固相体积分数的浓悬浮体（<50 ％体积分数），然后加引发剂和催化剂，在一定的温度条件
下引发有机单体聚合，使悬浮体粘度增大，从而导致原位凝
2020/5/12
陶瓷流延成型法
• 流延成型的具体工艺过程是将陶瓷粉末与分散剂、 粘结剂和增塑剂在溶剂中混合，形成均匀稳定悬浮 的浆料。成型时浆料从料斗下部流至基带之上，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入烘干室，溶剂 蒸发，有机结合剂在陶瓷颗粒间形成网络结构，形 成具有一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。在储存过程中使残留溶剂分布 均匀，消除湿度梯度。然后可按所需形状切割、冲 片或打孔。最后经过脱脂烧结得到成品。
2020/5/12
流延成型溶剂
• 选择溶剂的基本原则为:必须能溶解其它添加成分，包括分散剂、 粘结剂和增塑剂等；在浆料中能保持化学稳定性，不与粉料发生 化学反应；易于挥发与烧除；使用安全卫生和对环境污染少。最 常用的溶剂分为有机溶剂和水两大类。因用有机溶剂所得的浆料 粘度低，溶剂挥发快，干燥时间短，所以流延法制膜中使用有机 溶剂较多，但使用有机溶剂存在易燃和有毒的缺点，而用水作溶 剂则具有成本低、使用安全卫生和便于大规模生产等优点，其缺 点是:对粉料颗粒的湿润性能较差、挥发速度慢和干燥时间长；浆 料除气困难，气泡的存在会影响素坯的质量；水基浆料所用粘结 剂多为乳状液，品种较少使粘结剂的选择受到限制。溶剂对粉料 的湿润性能主要与其表面张力有关，表面张力越小，对粉料颗粒 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综合性能较单 一组分要好，且沸点低，对分散剂、粘结剂和塑性剂的溶解性能 也较佳。研究表明，所谓“动力学溶剂”（小分子如乙醇）和“ 热力学溶剂”（酯、酮）的混合物是最有效的。为确保干燥过程 中同时挥发，流延浆中常用二元共沸混合物。最常用的有乙醇/甲 乙酮20、20/5乙/12 醇/三氯乙烯、乙醇/水和三氯乙烯/甲乙酮等。
2020/5/12
流延等静压复合成型工艺
• 流延等静压复合成型工艺是以非水基和水基流延成型工艺为 基础的工艺过程，它把流延成型工艺和等静压成型工艺有效 的结合起来，以提高素坯的成型密度和烧结密度，工艺过程 较为简单，易于陶瓷膜的工业化生产。由于流延素坯本身制 备工艺的限制，其浆料固含量较低，虽然通过增大粒径，可 以提高浆料固含量和提高素坯密度，但粉体粒子粒径过大， 其烧结性能就会下降，反而会导致烧结膜材密度下降。另一 方面在素坯干燥过程中，因溶剂的挥发，粘结剂和塑性剂难 以在干燥前填充溶剂挥发留下的气孔，从而在素坯表面和内 部留有许多凹坑和孔洞，使素坯结构疏松，密度较低，而单 层流延膜由于厚度较小，不能采用一些非常规烧结手段（如 热压烧结），只能采用无压烧结，加上烧结过程中大量有机 添加剂的烧除，很难获得致密的流延烧结膜材。因素坯密度 较低，结构疏松但延展性较好，故对素坯采用等静压二次成 型提高素坯成型密度，将提高烧结膜材密度。