现代陶瓷材料
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  • 现代陶瓷材料主要是指具有优良的电学、光学、热学、声学、磁学、生物学、力学、化学等多方面的特性的陶瓷材料,因而广泛应用于电子信息、微电子技术、光电子信息、自动化技术、传感技术、生物医学、能源、环境保护工程、国防工业、医疗卫生保健、航空航天、机械制造与加工、农业等国民经济领域,并在这些领域发挥着重要作用。由于科学技术的高速发展,需要具有更多新特性的新型陶瓷材料,这些新型陶瓷材料对高新技术的发展起着越来越关键的作用。

    现代陶瓷材料从传统的块体发展到纳米粉体、纳米管材、纤维材料和薄膜材料等,新型陶瓷材料的研发和应用日新月异。目前,现代陶瓷主要有电子结构陶瓷、电介质陶瓷、半导体陶瓷、导电陶瓷、超导陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷、生物医学陶瓷、工程结构陶瓷、超硬陶瓷、陶瓷基复合材料、膜及纤维陶瓷材料、梯度陶瓷材料、纳米陶瓷材料等。

    应用案例:
    镀睿卧式砂磨机在MLCC陶瓷浆料分散中的应用将卧式砂磨机应用在MLCC陶瓷浆料分散中,是MLCC高层数和小型化产品发展的必然趋势。
    近年来镀睿同国内大型MLCC厂家紧密合作,开始逐步将镀睿新型卧式砂磨机运用到MLCC生产线中。由于镀睿新型纳米磨机具有效率高并适用于粒度小的浆料且浆料粒度分布集中、再现性好和操作简单的优点,越来越多的MLCC厂家开始选择与镀睿合作,并使用镀睿的新型卧式砂磨机。

    1.镀睿MLCC专用砂磨机的构造
    在MLCC浆料的制作中,为避免掺杂污染,腔体容器内壁、分散圆盘和分离器均采用氧化锆材料。磁粉原始平均粒径为0.6μm,比表面积为4.5㎡/g。黏合剂采用羚光公司的基乙烯醇缩丁醛类黏合剂。镀睿新型盘式砂磨机,研磨盘为圆盘式结构;分离系统采用专利技术“转子/缝隙筒”动态离心分离器,在砂磨机运行过程中,空心转子和主轴一起旋转,研磨介质在离心力的作用下甩出空心转子,位于空心转子内的分离器几乎不受磨损,过流面积大,分离效果好。分离器为氧化锆材料,间隙为0.2μm,可使用0.5mm以上的研磨介质。瓷粉、黏合剂、添加剂和溶剂的预分散混合采用圆盘式搅拌机。

    2.实际生产过程中的数据分析
    1)磨球材质和直径对分散效果的影响
    研磨选用Y2O3稳定的四方相氧化锆球(Y-TZP)。在研磨机转速为1600r/min,70%的磨球填充率,50%的瓷浆固含量的条件下,考察不同磨球直径对瓷浆分散效果的影响,从图1可见,直径越小的磨球研磨分散效率越高,D0.5mm氧化锆研磨效果最好。

     图1  磨球直径与研磨关系效果图  

    2)研磨介质填充率对分散效果的影响
    研磨介质填充量低,磨球之间互相碰撞的机率也小,从而使研磨分散效果降低,随着磨球填充率增高,研磨分散效率明显增大,但磨球填充率超过一定限度,瓷浆容积减少,磨球自身摩擦加剧,瓷浆温度升高,瓷浆易团聚反而不利于分散。氧化锆球的堆积密度一般为3.48g/cm³~3.8g/cm³。选取70%、75%和80%三个填充率条件,用同一转速研磨相同瓷浆,记录瓷浆D50达到同一数值所需时间。填充率为75%时研磨效果最佳,见表1。

    表1研磨介质填充量实验数据

    填充率% 70 75 80
    磨球介质m/kg 6.93 7.40 7.90
    耗用时间t/min 68 60 75

    3)砂磨机转速对研磨分散效果的影响
    选用直径0.5mm氧化锆磨球,75%填充率,在相同的研磨时间下,由图2可见,随着转速增加,磨球运动速度增大,与瓷浆颗粒碰撞、摩擦和剪切机率增大,有利于瓷浆的分散,但过快的转速会导致颗粒破损的程度增大,粉碎作用大于分散作用。从降低能耗及减少磨损角度考虑,因此砂磨机转速为1900r/min~2100r/min较为合适。

    图2转速对的瓷浆粒径的影响


    4)不同研磨时间对分散效果的影响
    在研磨机转速为2000r/min,75%的磨球填充率,直径0.5mm氧化锆磨球条件下,考察了不同研磨时间对分散效果的影响。由图3表明,在80min内瓷浆D50数据逐渐下降,而且粒度分布明显均匀。

     图3研磨时间对瓷浆粒径的影响

    随着研磨时间增加,粒径进一步减小的速度变缓,之后瓷浆粒径趋于稳定。即随着研磨时间增加,粒径小的颗粒相对增加,达到一定数量后,分散和团聚呈现动态的平衡,此时粒径达到极限值,研磨效率明显下降。继续增加研磨时间,当研磨到110min时小颗粒有团聚趋势,瓷浆D50数据变大,小颗粒的团聚会对膜片致密性产生不良影响,在MLCC的制备过程中应避免团聚的出现。此种情况表明必须谨慎选择研磨时间,否则会引发不良影响。根据实验结果,球磨时间范围为80min~100min。

    3.陶瓷浆料及生膜片 
    经镀睿专用卧式砂磨机研磨后的MLCC浆料,经放置7天后黏度只有不超过0. 1 Pa`s的微小变化,说明浆料已分散均匀。流延制成陶瓷膜片表面光滑平整,大小均匀,分散在黏合剂基体中,无团聚体存在,如图4所示。

    图4  陶瓷生膜片