高性能陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損和耐腐蝕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于能源、信息、航空航天、電子、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。陶瓷成型方法是決定陶瓷性能的一個(gè)重要因素，而流延成型是目前生產(chǎn)電子陶瓷薄片常用的方法之一。今天我們就來介紹下流延成型工藝及其分類。

一、流延成型工藝及其流程
1. 流延成型
流延成型(Tape casting，又稱 Doctor blading或Knife coating)，是指在陶瓷粉料中加入溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑等成分，得到分散均勻的穩(wěn)定漿料，在流延機(jī)上制得所需厚度薄膜的一種成型方法。

與其他成型工藝相比，流延成型具有很多優(yōu)點(diǎn)：
1) 設(shè)備工藝簡單，可連續(xù)生產(chǎn)；

2) 可制備單相或復(fù)相陶瓷薄片材料；

3) 產(chǎn)品的缺陷小，性能均一，生產(chǎn)效率高，可連續(xù)操作；

4) 均可大、小批量生產(chǎn)，適于工業(yè)生產(chǎn)；

5) 非常適用于大型薄板的陶瓷部件的制備，這是流延成型最大的特點(diǎn)，是壓制或者擠壓成型工藝很難實(shí)現(xiàn)的。

但是，流延成型也存在著一些問題，主要是粘結(jié)劑含量較高，因此在排膠過程中坯體收縮率較大，薄板容易產(chǎn)生開裂、卷曲、厚度不均勻等缺陷。

2. 流延成型工藝流程
流延成型最早應(yīng)用于造紙、油漆和塑料等領(lǐng)域，是一種歷史悠久的成型技術(shù)，主要包括制備漿料、球磨混合、成型、干燥、排膠和燒結(jié)等過程。

首先將陶瓷粉體與分散劑加入溶劑(水或有機(jī)溶劑)中，通過球磨或超聲波振蕩打開顆粒團(tuán)聚，并使溶劑潤濕粉體，再加入粘結(jié)劑和增塑劑，通過二次球磨得到穩(wěn)定、均一的漿料；再將漿料在流延機(jī)上進(jìn)行成型得到素坯；然后進(jìn)行干燥，使溶劑蒸發(fā)，粘結(jié)劑在陶瓷粉末之間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，得到素坯膜；接著對(duì)素坯膜進(jìn)行機(jī)加工，得到所需要的特定形狀；最后通過排膠和燒結(jié)處理得到所需要的成品。

二、流延成型工藝分類
根據(jù)溶劑的種類，流延成型可以分為水基流延體系和有機(jī)流延體系兩大類。隨著流延成型技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，近年來研究和開發(fā)了凝膠流延成型、紫外引發(fā)聚合流延成型向、等靜壓流延成型等一系列特殊的流延成型方法。

1. 有機(jī)流延成型
有機(jī)溶劑流延成型技術(shù)在陶瓷制備的應(yīng)用上已經(jīng)較成熟。由于有機(jī)溶液沸點(diǎn)低，有利于坯體的干燥，同時(shí)有機(jī)溶液對(duì)于聚合物黏結(jié)劑、增塑劑等具有很好的溶解性，且不會(huì)與陶瓷顆粒發(fā)生水解反應(yīng)，可保證漿料的穩(wěn)定性，所以有機(jī)流延成型的陶瓷生坯，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻、強(qiáng)度高、柔韌性好、便于切割和加工，目前在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室中得到廣泛應(yīng)用。

有機(jī)流延成型常用溶劑有甲乙酮、甲苯、二甲苯、乙醇和三氯乙烯等，實(shí)際應(yīng)用中則常用乙醇/甲苯、乙醇/三氯乙烯等二元共沸溶劑。

優(yōu)點(diǎn)：
由于有機(jī)溶劑的相容性、易揮發(fā)、低蒸發(fā)潛熱、低表面張力以及可防止陶瓷粉體水化等特點(diǎn)，因此，有機(jī)流延成型體系添加劑選擇范圍較廣泛、溶劑揮發(fā)快、干燥時(shí)間短，易得到結(jié)構(gòu)均勻、坯體缺陷尺寸較小、強(qiáng)度高柔韌性好的陶瓷薄板。

缺點(diǎn)：
有機(jī)溶劑具有一定的毒性，不可避免地給人類和生態(tài)環(huán)境帶來危害，且生產(chǎn)成本較高，成品有機(jī)物含量較高、密度較低、排膠過程易開裂等。

2. 水基流延成型
水基流延成型以水作為溶劑，以水溶性高分子為黏結(jié)劑，克服了有機(jī)流延體系對(duì)環(huán)境有危害、成本高、成品密度低等缺點(diǎn)，適合應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。

水基流延成型常用的黏結(jié)劑為聚乙烯醇（PVA）、纖維素（MC）和聚丙烯酸（PAA）等，常用的增塑劑有鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）、丙三醇（甘油）、聚乙二醇（PEG）等。

優(yōu)點(diǎn)：
1）無污染、綠色環(huán)保；

2）成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。

缺點(diǎn)：
1）可溶于水的分散劑和粘結(jié)劑種類少，因此可選擇的范圍較窄，效果較差；

2）溶劑蒸發(fā)速率低，膜片不易干燥，特別不適合較厚坯片的流延；

3）粘結(jié)劑含量高排膠時(shí)素坯收縮率大；

4）由于氫鍵的存在，粉體多團(tuán)聚；

5）對(duì)工藝參數(shù)的變化敏感，素坯膜的質(zhì)量較低；

6）素坯脆性大，干燥時(shí)容易開裂等。

3. 凝膠流延成型
凝膠流延成型是將凝膠注模固化機(jī)理與流延成型方法結(jié)合在一起的一項(xiàng)新工藝，是利用有機(jī)單體聚合原理進(jìn)行流延成型。

該法是將陶瓷粉料分散于含有有機(jī)單體交聯(lián)劑的水溶液中，制備出低粘度、高固相體積分?jǐn)?shù)的濃懸浮體(體積分?jǐn)?shù)大于50%)，然后加入引發(fā)劑和催化劑，在一定的溫度條件下引發(fā)有機(jī)單體聚合，使懸浮體粘度增大，從而導(dǎo)致原位凝固成型，得到具有一定強(qiáng)度、可進(jìn)行機(jī)加工的坯體。

水基凝膠流延成型所使用的漿料由陶瓷粉、有機(jī)單體、交聯(lián)劑、溶劑、分散劑、塑性劑等組分配制而成。

優(yōu)點(diǎn)：
在于可極大地降低漿料中有機(jī)物的使用量，提高漿料的固相含量，從而提高素坯的密度和強(qiáng)度，大大減輕環(huán)境污染，并顯著降低生產(chǎn)成本。

三、應(yīng)用
流延成型法由于具有設(shè)備簡單、可連續(xù)操作、生產(chǎn)效率高、坯體性能均一等特點(diǎn)，已成為制備大面積、超薄陶瓷基片的重要方法，被廣泛應(yīng)用在電子工業(yè)、能源工業(yè)等領(lǐng)域。

可用于獨(dú)石電容器瓷片、厚膜和薄膜電路用Al2O3基片、壓電陶瓷膜片、結(jié)構(gòu)陶瓷薄片、電容器、熱敏電阻、鐵氧體和壓電陶瓷坯體，混合集成電路基片等的制作，而在手機(jī)陶瓷蓋板領(lǐng)域也有應(yīng)用。

文章來源：電子材料圈、粉末成型圈等
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