膠態(tài)成型固化特性及其應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、膠態(tài)成型是由陶瓷原料粉末和其他介質(zhì)（水、有機(jī)物等）組成的膠態(tài)體系經(jīng)固化而成型的新技術(shù)，它能夠凈尺寸成型陶瓷坯體，并且可以很好地控制成型過程中部件內(nèi)部的各種雜質(zhì)（夾雜物、團(tuán)聚體等）而制造出高性能的陶瓷部件。本文首先研究膠態(tài)成型工藝中水基懸浮液的穩(wěn)定性和流變學(xué)特性，然后研究了一種典型的膠態(tài)成型技術(shù)——凝膠注模成型工藝的固化過程及影響因素，改善工藝的可操作性，提高坯體的力學(xué)性能，并將其應(yīng)用于電子陶瓷的制備中。最后，探討了基于兩種膠態(tài)體系的微筆

2、直寫成型技術(shù)，并分別制備出二維和三維結(jié)構(gòu)材料，為薄厚膜器件和三維光子晶體的制備奠定了基礎(chǔ)。
　　 本文首先研究了不同粒徑大小、不同粒徑分布Ba0.7Sr0.3TiO3（BST）陶瓷粉體水基懸浮液的穩(wěn)定性，探討了BST粉體在水中的電動特性和高固相體積分?jǐn)?shù)陶瓷懸浮液流變特性；并討論了pH值、分散劑用量和固相含量對BST漿料粘度的影響，制備出高固相含量、低粘度漿料。
　　 以凝膠注模成型為研究對象，從凝膠注模成型中自由基引發(fā)單

3、體聚合和交聯(lián)的動力學(xué)入手，研究工藝參數(shù)對聚合過程及凝膠三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的影響，探討了聚合過程、凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)與坯體力學(xué)性能的聯(lián)系，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，提高坯體的力學(xué)性能。探討了凝膠注模成型漿料制備中氣泡產(chǎn)生的機(jī)理，提出一種改進(jìn)的脫氣方法（真空＋攪拌＋超聲振蕩），該方法不僅有利于懸浮液中氣泡的上浮，而且能使氣泡長大而破裂，顯著提高坯體的密度和強(qiáng)度。利用高聚物在玻璃化溫度以下能被冷拉伸屈服產(chǎn)生形變的特性，采用等靜壓對坯體進(jìn)行預(yù)處理，使坯體的致密性進(jìn)

4、一步提高，坯體的抗彎強(qiáng)度為32.8MPa，燒結(jié)后樣品相對密度為98.2%。與模壓法樣品相比，凝膠注模成型BST陶瓷的相結(jié)構(gòu)沒有改變，但晶粒尺寸和c/a比值與模壓法相比有所減小，且介電損耗降低、介電常數(shù)居里點(diǎn)處峰值變陡峭。
　　 分析了大尺寸薄片狀坯體干燥變形率大的原因是由于縱向和徑向的干燥率大不相同，提出了一種采用網(wǎng)狀夾具干燥裝置制備大尺寸薄片狀坯體的方法，該方法能大大減小坯體的干燥變形率，其干燥變形率從50％減小為3％，采用凝

5、膠注模成型工藝成功制備出直徑達(dá)Φ16cm的0.15(PbZn1/3Nb2/3O3)+0.85[Pb(Zr0.54Ti0.46)O3]（PZN-PZT）壓電陶瓷，其介電常數(shù)均勻性小于5.6%。采用凝膠注模成型技術(shù)制備出各向異性BST介電陶瓷和1-3型BST/聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）復(fù)合材料，由于PMMA、BST兩種材料的熱膨脹系數(shù)的差異，在電場平行于孔隙時，復(fù)合材料受到張應(yīng)力的作用，而在電場垂直于孔隙時，復(fù)合材料受到壓應(yīng)力的作用，這使

6、得復(fù)合材料在兩個方向上的鐵電－順電相變陡峭程度和場致相變大小均有差異。復(fù)合材料相對于體陶瓷來說介電常數(shù)大大降低，而介電可調(diào)率下降不多，可被用作微波材料。采用水基凝膠流延成型制備氧化鋅（ZnO）厚膜，加入丙三醇增加厚膜的柔韌性，厚膜素坯的拉伸強(qiáng)度與彈性模量的比值從0.004增加到0.022，其固相含量可達(dá)75.5wt%，相對傳統(tǒng)水基流延成型的60wt%有較大提高，多層氧化鋅壓敏電阻壓敏電壓為153V，漏電流為2μA，非線性系數(shù)為21。

7、r>　　 采用膠態(tài)直寫成型制備Pb1.02(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3（PZT）壓電厚膜，直寫筆頭高度調(diào)整為30μm左右時，寫出的線條完整而平滑，調(diào)整直寫速度可以獲得從30μm到250μm的厚膜，通過調(diào)整直寫工藝中線間距的大小，獲得表面粗糙度為0.73μm的厚膜，相對絲網(wǎng)印刷法制備厚膜的1.22μm，表面狀況有所改善。厚度為70μm的PZT厚膜在1160℃燒結(jié)1小時，其介電常數(shù)為750，介電損耗為0.0

8、12，膠態(tài)直寫成型制備的PZT厚膜電性能與絲網(wǎng)印刷法很接近，而相對絲網(wǎng)印刷法來說，它無需掩膜板而能實(shí)現(xiàn)任意結(jié)構(gòu)二維圖案的制備。
　　 采用帶相反電荷聚電解質(zhì)聚丙烯酸（PAA）－聚乙烯亞胺（PEI）－水（H2O）復(fù)合體系制備出澄清的溶液，其濃度為50wt%，PAA和PEI的比例為12：1。通過直寫技術(shù)將這種溶液沉積在濃度為80wt％的異丙醇水溶液中，溶液立即固化，生成凝膠的相對粘度能達(dá)到5×104。這種溶液和粉體混合制備的懸浮液采