水基流延

添加剂在水基凝胶流延成型中的作用_马春雷

第12卷　第2期2004年4月　 材　料　科　学　与　工　艺MATERI ALS SCIENCE &TECH NOL OGY 　 Vol .12No .2Apr .,2004 添加剂在水基凝胶流延成型中的作用 马春雷,谢志鹏,黄　勇,向军辉 (清华大学材料科学与工程系,北京100084,E -mail :alein @tsinghua .org .cn ) 摘　要:为制备固相含量高、适合流延工艺的氧化铝陶瓷悬浮体,并保证成型坯片具有良好的强韧性能,通过分析陶瓷悬浮体的粘度、Zeta 电位、接触角等参数,研究了各种添加剂对凝胶流延工艺的影响.实验结果表明:分散剂可提高悬浮体的Zeta 电位,从而提高固相体积含量;增塑剂可明显提高坯片的柔韧性;表面活性剂可大幅度降低悬浮体与基带的接触角(从93°降低到72.2°).成功制备出固相含量超过50%的悬浮体,成型后的坯片表面平整,强度高,柔韧性好. 关键词:凝胶流延成型;流延成型;添加剂;分散剂;增塑剂;表面活性剂;除泡剂中图分类号:TQ174 文献标识码:A 文章编号:1005-0299(2004)02-0113-04 The effects of additives on aqueous gel -tape -casting MA Chun -lei ,XIE Zhi -peng ,HUANG Yong ,XI ANG Jun -hui (Department of Materials Science an d E ngineering ,Ts inghua University ,Beijing 100084,China ,E -mail :alein @tsinghua .org .cn ) A bstract :To acquire slurry with high solid content and green body with high strength and flexibility ,the influences of various additives on the process of gel -tape -casting were studied by detecting the viscosity ,Zeta potential and contact angle of slurry .It is shown that dispersant improves the Zeta potential of alumina powder ,consequently en -hances the solid content of slurr y ;plasticizer increases the flexibility of green body obviously ;surfactant can reduce the contact angle of slurr y on the carrier film (from 93°to 72.2°).Defoa mer is efficient to eliminate foams in slurry resulted from the introduction of surfactant .The slurry with more than 50%solid c ontent was prepared ,and a green tape with high strength ,flexibility and smooth surface was obtained . Key words :gel -tape -casting ;tape -casting ;additive ;dispersant ;plasticizer ;surfactant ;defoamer 收稿日期:2002-03-04. 基金项目:国家重点基础研究发展规划资助项目(973-G2000067204-01). 作者简介:马春雷(1975-),男,硕士生; 谢志鹏(1956-),男,教授,博士生导师;黄　勇(1937-),男,教授,博士生导师. 大型陶瓷基板和层状陶瓷材料在电子工业领域的应用十分广泛,如用于电路系统的薄膜以及Al 2O 3、AlN 基板,BaTiO 3陶瓷电容器等.流延成型是生产这种薄片陶瓷材料的一项主要技术[1～3].由于有机流延成型使用的有机物具有挥发性、毒性以及价格偏高等缺点[4～6],出于环境和健康因素的考虑,人们越来越倾向于开发以水为溶剂的流延成型体系 [4～8] .本课题组利用有机单体原位 聚合机理对流延成型加以发展,形成一种新的成型方法:凝胶流延成型(Gel -Tape -Casting ).与传统 的有机流延成型方法不同,该法将陶瓷粉料分散 于含有有机单体和交联剂的水中,制备出低粘度且高固相体积含量的浓悬浮体;然后加入引发剂和催化剂,在一定的温度条件和惰性气体保护下引发有机单体聚合,从而实现原位凝固成型. 陶瓷悬浮体的固相体积分数高(>50%),并且在聚合的同时完成坯片成型,成型时间短,有机物含量低,不需要专门的排胶过程,烧结后陶瓷基片的密度高、结构均匀,整个工艺的成本较低,环境污染小,具有广阔的工业应用前景.但是,相对于有机流延成型,由于凝胶流延成型使用水作为溶剂,并且固化的机理不同,所以必须解决以下问题:成型坯片比较硬、脆,无法卷曲储藏;陶瓷悬浮体不能与有机基带很好的浸润,坯片不易从基带上剥离下来;水基流延成型对外界各种因素的影