电子陶瓷工艺原理 第2章 第1讲

(4) 计算重量百分比:重量百分比等于各原料的 重量除以总重量。
原料 Pb3O4 MgCO3 TiO2 Bi2O3 Nb2O5
重量 265.87 34.404 11.39
重量百 分比%
63.346
8.197
2.714
19.01 89.04 4.529 21.214
(5) 配置500g配料时所需各种原料的重量：
= 71%
(BaCO3 )
g2
= [ 79.90 ]×100% = 29% (197.35 + 79.90)
(TiO2 )
步骤 ： （1）列出产物和所用原料的化学分子式。 （2）列出原料的摩尔质量和它在产品中所
含摩尔比。 （3）相对重量 = 摩尔比×摩尔质量。 （4）百分含量（重量百分比）= 相对重量
光谱纯（GR） Guarateend Reagent 99.9%
电子级原料
专用
第二章 电子陶瓷制备工艺原理
§ 2.2 配料计算
电子陶瓷研究和生产中的配料计算，主要是根据 欲合成的化合物的化学分子式计算原料配比，如合成 BaTiO3、PbTiO3、(Pb,La)(Zr,Ti)O2等。
设原料的摩尔数为X1、X2、X3…，原料的分子量 （或以克为单位的摩尔质量）为M1、M2、M3…，则 原料重量为:
第二章 电子陶瓷制备工艺原理
电子陶瓷的制备过程大致可分为原料准 备、配料计算、粉料加工、成型、排胶、 烧结、机械加工、表面金属化等基本工序。
本章主要介绍有关工序的基本原理。
第二章 电子陶瓷制备工艺原理
电子陶瓷制备工艺流程图：
原料准备
配料计算
粉料加工
烧结 机械加工
排胶
成型
表面金属化、 极化等
性能测试
W1 = X1M1;W2 = X 2M 2;• • •;Wi = X iM i 原料的重量百分比即为:
∑ ∑ g1 =
W1 Wi
×100%;
g2
=
W2 ×100%;⋅⋅⋅⋅ Wi
i
i
∑ gi =
Wi ×100% Wi
i
上述计算是假设原料纯度为100%，若考 虑实际原料的纯度P，则实际原料的重量应为:
(2) 按原料纯度进行修正：将各原料的摩尔 数比例除以该原料的纯度，得到原料的摩 尔数修正值。
原原料料 PPbb33OO44
摩尔比 (1+0.1 摩尔比 04.)3878
MMgCgCOO3 3TiOT2iO2 BiB2Oi23O3 NbN2Ob25O5 0.3401 01429 0.0408 0.3350
/总重量。 （5）实际投放量 = (欲配量×百分含量)/
原料纯度。
例2 以铌镁酸铅为主晶相的低温烧结独石 电容器瓷料的配方计算。已知其化学式为 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3+0.14PbTiO3+0.04Bi2O3 。 此外，镁含量要过量20%，所用原料纯度 为：铅丹含Pb3O4 98%；三氧化二铋含 Bi2O3 98%；五氧化二铌含Nb2O5 99.5%。 试计算配制500g时各种原料所需的重量。
Wi '
=
Wi P
例 1 合成BaTiO3通常用BaCO3和TiO2 ，按 下列反应进行：
BaCO3+TiO2=BaTiO3
两种原料的用量均为1mol。BaCO3的分子 量W1=197.35, TiO2的分子量W2=79.90，则原 料的重量百分比为
g1
= [ 197.35 ]×100% (197.35 + 79.90)
配料计算虽然比较简单，但应仔细，保证计算 的准确。
原料在称量前需充分干燥，除去吸附的水分。 一般应在110℃干燥4h以上。
根据原料的量和制备精度要求，合理选用天平 和其他称量工具。（精度、量程）
称量应迅速、准确，并作好记录，要有监督和 检查。
第二章 电子陶瓷制备工艺原理
§ 2.3 粉料加工 原料按给定配比称量后、经混磨、干
燥、加粘合剂、造粒制成符合成型工艺所 要求的粉料。
原料称量前，大部分要干燥处理、过 筛，有些则需要预合成、煅烧等，以便形 成符合要求的化学组成或晶体结构。
§ 2.3.1 原料的煅烧
天然矿物原料和化工原料中，很多原料是 同质多晶体。
不同温度下，结晶状态或矿物结构不同。
例如，工业氧化铝、二氧化钛和石英等是 具有多种晶型的常用原料。
第二章 电子陶瓷制备工艺原理
§ 2.1 原料准备
电子陶瓷用的原料有天然原料和化工原料 。
天然原料含杂质较多，但价格便宜，因此只 要产品性能符合相应的标准和使用要求，生 产中往往挑选和使用纯度尽可能高的天然原 料，以降低生产成本。
第二章 电子陶瓷制备工艺原理
天然原料分为可塑性原料和非可塑性原料。
可塑性原料是指加工后具有一定塑性、有 利于成型工艺、经适当温度煅烧后能获得 坚硬而又保持原状的物体。
电子陶瓷原料 人工合成、提纯原料（化学试剂，电子级粉料）
化学试剂(化工原料)： 电子陶瓷常用原料，一般化工原料采用化学组成分级。
工业纯（IR）
Industrial Reagent
98.0%
化学纯（CP） Chemical Purity
99.0%
分析纯（AR） Analytical Reagent
99.5%
合成BaTiO3过程中，新相和老相变化的情况
PbTiO3(上)和PbZrO3(下)合成时的热分析
采用不同的氧化铅原料、合成Pb（ZrTi）O3时的热分析
合成烧块（预烧）的温度选择很重要。
温度太低，反应不充分，主晶相质量不好；
温度太高，烧块变硬，不易粉碎，活性降低， 使烧成温度升高和变窄。
一般选择略高于理论温度值，根据试验， 确定合适的合成温度。
常用的有黏土、膨润土等黏土类矿物。这 类原料在高温下往往形成一定量矿物组成 的熔体，或起到降低烧成温度的作用。
第二章 电子陶瓷制备工艺原理
非可塑性原料又称脊性物质或骨料，在坯 体中起骨架作用。
天然原料在加工前需经人工拣选和淘洗， 尽量去掉有害杂质。
化工原料大多为金属和非金属氧化物、碳 酸盐等，是电子陶瓷生产中最常用的原 料，其纯度和物理特性可控制。
合成烧块时，必须控制有害的游离成分， 如 BaTiO3 、 CaTiO3 、 SrTiO3 中 的 游 离 BaO3、CaO和SrO。
游离成分过多会给工艺操作造成困难和导 致产品性能恶化。
第二章 电子陶瓷制备工艺原理
§ 2.3.3 粉料的制备 为了改善材料的性能、降低烧成温度和
提高烧成质量，粉料制备应以获得高纯、 超细粉料为目的。
(3) 计算各原料的重量：
原料 Pb3O4 MgCO3 TiO2 分子量 685.6 84.32 79.90
Bi2O3 Nb2O5 466.0 265.8
重量 265.87 28.67 11.39 19.01 89.04
因 为 MgO 要 过 量 20% ， 故 总 重 量 W=265.87+28.67(1+20%) +11.39+19.01 +89.04 = 419.71 g
(v) 助磨剂的影响。 为了提高研磨效率，使物料达到预期的细
度，需加入助磨剂。常用的有油酸和醇类。
干磨时加油酸、乙二醇、三乙醇胺和乙醇等， 湿磨时加乙醇和乙二醇等。
层片状滑石配制的坯料，干压时不易压 紧，挤压时作定向排列，易造成层裂，烧 成时又由于各个方向的收缩不一致，易开 裂和变形。
解决这类问题，就必须煅烧原料。
煅烧可促进晶体转化，获得优良电性能的 晶型;
改变矿物结构，改善工艺性能，减少制品 最终烧结时的收缩率;
保证产品质量，提高产品的机电性能。
第二章 电子陶瓷制备工艺原理
一般来说，磨机转速越大，粉碎效率越高。 但当磨机转速超过临界转速时就失去粉碎 的作用。
影响粉碎效率的因素有：
(i) 球磨机的转速，应选择略低于实际临界 转速。
(ii) 大小球配比、磨球形状、硬度及质量。
磨球的大小应配合适当，最大直径在 D/18~D/24之间，最小直径为D/40，D为磨 机的内径。
粉料制备方法大致有： 粉碎法（物理方法）（从大到小） 合成法（化学方法）（从小到大）三大类。
一、粉碎法
多采用机械加工法，将大块的原料粉碎成 细小的微粒。
原料粒度与粉碎
§ 粒度： 指粉粒直径大小，作为陶瓷的粉料，其粒度通常在 0.1～50微米之间。一般而言，粉料的粒度越细，则 其工艺性能越佳。 例如，当采用挤制、扎膜、流延等方法成型时，只 有当粉料达到一定细度，才能使浆料达到必要的流 动性、可塑性，才能保证制出的坯体具有足够的光 洁度、均匀性和好的机械强度。此外，粒度越细， 烧结温度越低。
(iii) 磨机装载量。一般装截量占球磨罐容 积的70~80%较好。
(iv) 料、球、水之比。此三者之比根据原 料的吸水性、入磨颗粒大小和磨机装载量 的不同而不同。粘土类原料吸水性强，水 的比例要适当增大，否则料浆粘度过大， 甚至固结，难以磨细。
通常的比例为料：球：水=1：（1~1.4）： (0.8~1.2) 。 干 磨 时 也 应 注 意 料 球 比 例 的 选 择。
球磨
球磨机是最常用的一种粉碎装置。被粉 碎的物料和球磨介质（亦称料和球）装 在一个圆筒形容器球磨罐中。
大型球磨机
小型系列球磨机
立式球磨机
行星球磨机
筒体旋转带动磨球旋转，靠离心力和摩擦 作用，将磨球带到一定高度，当离心力小 于其自身重量时，磨球下落，撞击下部磨 球或筒壁。而介于其间的粉料，便受到撞 击或碾磨。
计算步骤如下：
(1) 计算各原料的摩尔数比例：由配方可 知各原料的摩尔数比例。
原料
Pb3O4 MgCO3 TiO2 Bi2O3 Nb2O5