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水基氧化铝浆料流变性能调控与流延成型关键技术研究

一、引言

1.1研究背景与意义

氧化铝(Al_2O_3)陶瓷凭借其高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀以及良好的绝缘性等一系列优异性能,在现代材料领域占据着举足轻重的地位。从电子封装、航空航天到机械制造、生物医学等诸多关键领域,氧化铝陶瓷都有着广泛且深入的应用。例如在电子封装领域,它能够为电子元件提供可靠的保护和高效的散热途径;在航空航天领域,其轻质、高强度的特性有助于减轻飞行器的重量,提升性能。

水基氧化铝浆料作为制备氧化铝陶瓷的关键前驱体,相较于传统的有机体系浆料,具有环保、成本低、无易燃易爆风险等显著优势。在环保要求日益严苛、可持续发展理念深入人心的当下,水基氧化铝浆料的优势愈发凸显,被视为未来陶瓷材料制备领域的重要发展方向。

流变性能是水基氧化铝浆料的一项核心性能指标,它直接关乎浆料在制备、加工以及成型过程中的行为表现。合适的流变性能能够确保浆料在流延成型过程中均匀铺展、稳定成型,进而对最终陶瓷制品的质量和性能产生决定性影响。如果浆料的流变性能不佳,可能会导致流延生带出现厚度不均、表面缺陷等问题,严重时甚至会使产品报废。流延成型作为一种制备薄片陶瓷材料的重要方法,具有生产效率高、可连续化生产、坯体质量好等突出优点,在片式陶瓷元件、电子基板等产品的制造中发挥着不可替代的作用。通过深入研究水基氧化铝浆料的流变性能及流延成型工艺,我们能够优化工艺参数,提高产品质量和生产效率,降低生产成本,满足不断增长的市场需求。这对于推动氧化铝陶瓷材料的发展,促进其在更多领域的广泛应用,具有极其重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

在水基氧化铝浆料流变性能及流延成型的研究方面,国内外学者已取得了一系列有价值的成果。在流变性能研究领域,众多学者对影响水基氧化铝浆料流变性能的因素进行了深入探讨。研究发现,浆料的固相含量对其流变性能有着关键影响。随着固相含量的增加,颗粒间的相互作用增强,浆料的粘度显著增大,流动性明显降低。当固相含量过高时,浆料甚至可能失去流动性,无法满足流延成型的工艺要求。

分散剂的种类和用量也是影响流变性能的重要因素。分散剂能够通过静电排斥、空间位阻等作用机制,有效地降低颗粒间的团聚现象,提高浆料的分散稳定性,从而降低浆料的粘度,改善其流变性能。不同类型的分散剂对氧化铝颗粒的作用效果存在差异,例如聚丙烯酸铵等阴离子型分散剂,能够在颗粒表面形成稳定的双电层结构,增强颗粒间的静电排斥力,使浆料具有较好的分散性和较低的粘度。

pH值对浆料的流变性能同样有着不可忽视的影响。调节pH值可以改变氧化铝颗粒表面的电荷性质和电位,进而影响颗粒间的相互作用。在等电点附近,颗粒表面电荷密度较低,静电排斥力较弱,容易发生团聚,导致浆料粘度增大。而在远离等电点的pH值条件下,颗粒表面电荷密度较高,静电排斥力增强,浆料的分散性和流动性得到改善。

在流延成型工艺研究方面,国内外学者围绕粘结剂、增塑剂等添加剂的选择与优化开展了大量工作。粘结剂在流延成型过程中起着至关重要的作用,它能够赋予生带一定的强度和柔韧性,使其在后续加工过程中保持完整性。常见的粘结剂如聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等,不同的粘结剂对生带的性能影响各异。PVA具有良好的水溶性和粘结性能,能够使生带具有较高的强度,但可能会导致生带的柔韧性不足;PMMA则可以提高生带的柔韧性,但在烧结过程中可能会产生较多的气孔,影响陶瓷的致密度。

增塑剂的加入可以降低粘结剂的玻璃化转变温度,增加生带的柔韧性和可塑性,便于流延成型和后续加工。邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、柠檬酸三丁酯(TBC)等是常用的增塑剂,它们与粘结剂之间的相互作用会影响生带的性能。DBP能够有效地降低生带的脆性,提高其柔韧性,但过量使用可能会导致生带的强度下降。

尽管国内外在该领域已经取得了诸多成果,但仍然存在一些不足之处和亟待解决的问题。目前对于复杂体系水基氧化铝浆料的流变性能研究还不够深入,特别是在多因素协同作用下的流变行为研究方面,还存在较大的探索空间。对于流延成型过程中的界面问题,如浆料与基板之间的粘附性、添加剂与氧化铝颗粒之间的界面相容性等,研究还不够系统和全面,这些界面问题可能会影响生带的质量和性能稳定性。此外,如何在保证浆料高固相含量的同时,实现其良好的流变性能和流延成型性,仍然是一个具有挑战性的难题,需要进一步深入研究和探索新的方法与技术。

1.3研究内容与方法

本研究旨在深入探究水基氧化铝浆料的流变性能及流延成型工艺,具体研究内容包括以下几个方面:系统研究固含量、分散剂种类与用量、pH值等因素对水基氧化铝浆料流变性能的影响规律。通过改变这些因素的参数,测量浆料的粘度、剪切应力、剪切速率等流变参数,分析各因素对浆料流变性能的影响机制,

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