水基流延成型制備Li-,2-O-Nb-,2-O-,5--TiO-,2-微波介質(zhì)陶瓷膜及應(yīng)用特性研究.pdf

1、現(xiàn)代移動通信、無線網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備正趨向于小型、輕量、多功能及低成本化方向發(fā)展，對各種電子元器件提出了更高的要求。為滿足此要求，利用低溫共燒陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics，簡稱LTCC)技術(shù)設(shè)計制造片式多層微波器件已成為當(dāng)今的研究熱點，而研制能與高電導(dǎo)率Ag或Cu電極共燒的陶瓷膜片則是LTCC技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)工藝。 流延成型工藝因其簡單、穩(wěn)定、產(chǎn)品性能優(yōu)良的特點，成為電子元件生產(chǎn)的支柱技術(shù)，也是

2、LTCC技術(shù)的首道工藝。目前產(chǎn)業(yè)中的流延成型工藝大多使用各種易燃、有毒的溶劑和添加劑，對人體和環(huán)境造成了嚴重危害，不適應(yīng)環(huán)境友好及清潔生產(chǎn)的發(fā)展方向。因此，開發(fā)以水為溶劑的環(huán)保型、綠色化流延成型工藝已經(jīng)成為目前的發(fā)展趨勢。 鋰鈮鈦(Li<,2>O-Nb<,2>O<,5>-TiO<,2>)微波介質(zhì)陶瓷中的M相(Li<,1+x-y>Nb<,1-x-3y>Ti<,x+4y>O<,3>，LNT)具有介電常數(shù)適中、介電損耗低、頻率溫度系數(shù)

3、可調(diào)等特點，同時低溫?zé)Y(jié)性能優(yōu)良，是極具開發(fā)前景的LTCC介質(zhì)材料。但目前在產(chǎn)業(yè)中存在的主要問題是，有效的燒結(jié)助劑V<,2>O<,5>和B<,2>O<,3>不適用于一般的流延成型工藝，這成為制約該種材料在LTCC工藝中發(fā)展應(yīng)用的瓶頸。 本文在開發(fā)適用于LNT微波陶瓷的水基流延成型技術(shù)的基礎(chǔ)上，制備出可滿足片式多層器件生產(chǎn)工藝要求的膜片，突破了添加V<,2>O<,5>、B<,2>O<,3>后陶瓷材料流延工藝性差的產(chǎn)業(yè)難題，結(jié)合LT

4、CC工藝，研究了流延膜片與Ag電極的共燒特性，為水基流延成型的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用了奠定基礎(chǔ)。主要工作包括以下幾個方面： (1)LM陶瓷粉體在水介質(zhì)中的特性研究LNT粉體在水中的等電點在pH值3.7左右，在pH值9～10的范圍內(nèi)ζ電位穩(wěn)定在-90mV左右。添加分散劑聚羧酸銨鹽(APC)后，等電點向酸性方向移動到pH值2.6左右，在pH值9～10的范圍內(nèi)ζ電位絕對值增加到95mV左右。通過計算，分散劑與顆粒之間的比作用能達到8.931RT。分

5、析了懸浮液的沉降行為和粘度，優(yōu)化了工藝參數(shù)，實現(xiàn)了LNT粉體在水中的穩(wěn)定分散。 (2) LNT陶瓷水基流延漿料的系統(tǒng)研究采用廣義Casson模型對漿料的剪切速率．應(yīng)力曲線進行擬合，構(gòu)建了不同粘結(jié)劑體系流延漿料的流變學(xué)模型，并闡明了漿料流變特征的變化規(guī)律。高分子型粘結(jié)劑PVA體系漿料傾向于Bingham型；乳液型粘結(jié)劑WB4101體系漿料傾向于狹義Casson型；而隨著PVAc乳液用量的增加，PVA/PVAc復(fù)合粘結(jié)劑體系漿料由B

6、ingham型向狹義Casson型變化。固相含量的提高，顆粒問形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)剛性增強，漿料屈服應(yīng)力值相應(yīng)提高，并向狹義Casson型變化。通過協(xié)同優(yōu)化漿料組分，獲得了固含量高、剪切變稀型并且不存在觸變性的水基流延漿料。 (3)LNT水基流延膜片的干燥及成膜研究水基流延膜片的干燥過程分為恒速干燥階段和降速干燥階段，恒速干燥階段不同粘結(jié)劑體系膜片的活化能分別為E<,(PVA)>=41.22KJ/mol、E<,(WB4101)>=42.78K

7、J/mol，與純水的蒸發(fā)焓大致相同，該階段的干燥動力是水的蒸發(fā)；降速干燥階段的活化能分別為E<,(PVA)>=36.80KJ/mol、E(WB4101)>=34.06KJ/mol，干燥動力主要是水分子在膜片中的擴散。通過建立分步干燥制度，實現(xiàn)了膜片快速、均勻干燥，解決了水基流延膜片干燥緩慢、易產(chǎn)生缺陷的難題。PVA體系通過范德華力和氫鍵的作用形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，陶瓷顆粒分布其中，形成膜片。WB4101體系中的乳液粒子在陶瓷顆粒表面吸附后，

8、乳液粒子發(fā)生接觸并產(chǎn)生粘合力，最終聚結(jié)、固化成膜。 (4) LNT水基流延膜片性能研究研究了LNT水基流延膜片的力學(xué)性能、孔徑分布、氣孔率、相對密度等性能，揭示了漿料組成對膜片性能的影響規(guī)律。合適的粘結(jié)劑、增塑劑用量可以達到最佳的力學(xué)性能，膜片的孔徑尺寸主要分布在0.5～0.6μm之間，而膜片的氣孔率、相對密度主要受到固相含量的影響。采用熱分析制定了不同粘結(jié)劑體系膜片的燒結(jié)制度，膜片疊層后可在1100℃下達到致密燒結(jié)，微觀結(jié)構(gòu)均

9、勻。 (5) LNT水基流延膜片低溫共燒研究研究了燒結(jié)助劑V<,2>O<,5>、B<,2>O<,3>對水基流延成型工藝的影響規(guī)律，V<,2>O<,5>能夠增加漿料的粘度；B<,2>O<,3>的添加導(dǎo)致LNT粉體在水中的等電點向堿性方向大范圍移動，ζ電位降低，漿料粘度急劇增加，流延后無法獲得滿足要求的膜片。分別采用高溫處理和添加多羥基化合物發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的方法，制備出了表面光滑，韌性較好，微觀結(jié)構(gòu)均勻的水基流延膜片，突破了添加V<,