專利名稱：一種陶瓷基片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷領(lǐng)域，尤其涉及一種陶瓷基片的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著陶瓷材料在航天、汽車 、電子、國(guó)防等行業(yè)中應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，對(duì)陶瓷片的要求越來越高。目前，陶瓷片一般通過流延制備，包括水基和非水基流延。非水基流延工藝相對(duì)成熟，但涉及有毒有機(jī)物，例如甲苯、二甲苯，對(duì)環(huán)境和人身安全構(gòu)成很大威脅。因此，采用水基流延陶瓷漿料體系制備陶瓷片成為較佳選擇。制備水基陶瓷漿料過程中，若直接將水與有機(jī)助劑、陶瓷粉體均加入球磨罐中同時(shí)進(jìn)行球磨，由于水對(duì)陶瓷粉料的潤(rùn)濕性較差，水的用量降低時(shí)無法潤(rùn)濕所有的陶瓷粉料，使得整個(gè)體系為干粉狀，根本無法制備高固含漿料。因此，目前主要采用兩步球磨法制備陶瓷漿料，然后流延成型制備陶瓷片。兩步球磨法,通過先將分散劑和陶瓷粉體加入水中球磨后,再加入其它有機(jī)助劑繼續(xù)球磨。兩步球磨法制得的陶瓷漿料中，陶瓷粉體主要通過分散劑的雙親分子團(tuán)與游離水形成鏈狀結(jié)構(gòu)，而有機(jī)助劑也與水形成分子鏈結(jié)構(gòu)，因此陶瓷漿料體系中游離水充當(dāng)橋梁的作用，并實(shí)現(xiàn)陶瓷粉體的均勻分散。該陶瓷漿料在后續(xù)流延成型干燥過程中，由于水分的揮發(fā)，體系中橋梁斷裂，導(dǎo)致流延片出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，漿料固含越高，開裂現(xiàn)象越嚴(yán)重。干燥完成后，得到的陶瓷薄膜柔韌性差，難以滿足后續(xù)加工工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的陶瓷片制備過程中難以制備高固含漿料、制得的陶瓷片出現(xiàn)開裂、柔韌性差的技術(shù)問題。本發(fā)明提供了一種陶瓷基片的制備方法，包括以下步驟
a.將10-15重量份的聚乙烯醇加入85-90重量份的水中，加熱使溶解形成聚乙烯醇乳膠液；
b.將聚乙烯醇乳膠液、甘油和聚丙烯酸酯混合形成漿料前驅(qū)體；
c.攪拌狀態(tài)下往漿料前驅(qū)體中加入陶瓷粉體，除泡后得到陶瓷漿料；
d.將陶瓷漿料流延成型，干燥后得到陶瓷生坯，排膠燒結(jié)得到陶瓷基片。本發(fā)明提供的陶瓷基片的制備方法中，通過將水與聚乙烯醇(PVA)制成乳膠液，然后再將乳膠液與甘油、聚丙烯酸酯混合均勻形成漿料前驅(qū)體，最后加入陶瓷粉體，制得陶瓷漿料；該漿料體系為水基漿料，但是不含有游離態(tài)水，通過在攪拌狀態(tài)下的高剪切力作用，使加入的陶瓷粉體被有機(jī)物質(zhì)包覆，從而實(shí)現(xiàn)陶瓷粉體均勻分散，而無需游離態(tài)的水作橋梁，因此可制備高固含漿料，而不會(huì)出現(xiàn)后續(xù)干燥過程中由于水分揮發(fā)導(dǎo)致的開裂現(xiàn)象；另夕卜，本發(fā)明中采用甘油能軟化陶瓷生坯，防止干燥時(shí)陶瓷生坯開裂，采用聚丙烯酸酯使陶瓷粉體懸浮于陶瓷漿料中，防止陶瓷粉體沉降，使得流延干燥后陶瓷片厚度較一致，不會(huì)出現(xiàn)厚膜干燥時(shí)翹起、開裂現(xiàn)象。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種陶瓷基片的制備方法，包括以下步驟
a.將10-15重量份的聚乙烯醇加入85-90重量份的水中，加熱使溶解形成聚乙烯醇乳膠液；
b.將聚乙烯醇乳膠液、甘油和聚丙烯酸酯混合形成漿料前驅(qū)體；
c.攪拌狀態(tài)下往漿料前驅(qū)體中加入陶瓷粉體，除泡后得到陶瓷漿料；
d.將陶瓷漿料流延成型，干燥后得到陶瓷生坯，排膠燒結(jié)得到陶瓷基片。根據(jù)本發(fā)明的方法，先將聚乙烯醇溶解于水中形成聚乙烯醇乳膠液。陶瓷漿料體系中，聚乙烯醇用作粘結(jié)劑，其具有良好的粘結(jié)性能和相對(duì)熱穩(wěn)定性。本發(fā)明中，以聚乙烯醇乳膠液的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，其中聚乙烯醇的含量為10-15重量份，水的含量為85-90重量 份。本發(fā)明的發(fā)明人通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，聚乙烯醇乳膠液中，水的含量不宜過高，否則會(huì)導(dǎo)致體系中含有游離水，使得采用該體系的陶瓷漿料在流延干燥過程中會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象；另夕卜，聚乙烯醇乳膠液中，水的含量也不能過低，否則根本無法潤(rùn)濕陶瓷粉體，無法完成陶瓷漿料的配制。然后，將聚乙烯醇乳膠液、甘油和聚丙烯酸酯混合均勻，例如可將聚乙烯醇乳膠液、甘油和聚丙烯酸酯加入高速攪拌器中攪拌至分散均勻，得到漿料前驅(qū)體。由于陶瓷粉體相對(duì)密度較大，在流延成型后干燥過程中容易出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，使得干燥后形成的陶瓷薄膜片厚度不一致。為防止薄膜片厚度不一致而流延厚膜時(shí)，隨著陶瓷漿料中水分的揮發(fā)，薄膜片的邊緣先干燥部分又會(huì)出現(xiàn)翹起現(xiàn)象。本發(fā)明中，漿料前驅(qū)體中通過采用具有較好分散作用的聚丙烯酸酯，使陶瓷粉體懸浮于漿料中，防止陶瓷粉體沉降。漿料前驅(qū)體中含有甘油，能軟化陶瓷生坯，防止干燥過程中陶瓷出現(xiàn)開裂。優(yōu)選情況下，還包括往漿料前驅(qū)體中加入助劑的步驟，所述助劑包括第一助劑和第二助劑。其中，第一助劑為陶瓷漿料中常見的有機(jī)助劑，例如選自分散劑、消泡劑和增塑劑中的至少一種。所述分散劑、消泡劑和增塑劑的種類和用量為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如分散劑可以采用Lubrizol公司生產(chǎn)的Solperse27000，消泡劑可采用BYK公司生產(chǎn)的BYK345，增縮劑直接采用聚乙二醇。第二助劑為現(xiàn)有技術(shù)中常見的各種燒結(jié)助劑，例如選自氧化鎂、二氧化鈦中的至少一種。以陶瓷漿料的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，助劑的含量為0. 5-5wt%。更優(yōu)選情況下，以陶瓷漿料的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，第一助劑的含量為I. 2-2. 2wt%，第二助劑的含量為 2. 0~2. 5wt%0根據(jù)本發(fā)明，攪拌狀態(tài)下往漿料前驅(qū)體中加入陶瓷粉體，混合均勻后除泡即可得到本發(fā)明的陶瓷漿料。所述陶瓷粉體為現(xiàn)有技術(shù)中常見的各種陶瓷粉料，例如可以選自氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁中的一種或多種。優(yōu)選情況下，還可對(duì)陶瓷粉體先進(jìn)行表面預(yù)處理，預(yù)處理后陶瓷粉體的分散性得到改善，降低了陶瓷粉體的比表面積，降低陶瓷漿料的粘度，提高陶瓷漿料的固含量。例如，可將四方晶相的氧化鋯粉末在150-200°C下烘烤30min即完成預(yù)處理，或者將氧化鋁粉末在90— 130°C下烘烤40min即可。通過攪拌過程中的高剪切力作用，加入的陶瓷粉體能迅速被漿料前驅(qū)體中的有機(jī)物質(zhì)包覆，并均勻分散。優(yōu)選情況下，本發(fā)明中加入陶瓷粉體時(shí)的攪拌速度為2300-2600r/min。本發(fā)明中，由于陶瓷漿料中的陶瓷粉體無需與游離水形成分子鏈結(jié)構(gòu)，因此無需考慮水對(duì)陶瓷粉體的潤(rùn)濕性，以及后續(xù)干燥過程中由于水分揮發(fā)而帶來陶瓷生坯開裂等影響因素，使得采用本發(fā)明的方法可制備高固含的陶瓷漿料。本發(fā)明的發(fā)明人通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明的方法可配制固含量高達(dá)80%的陶瓷漿料。采用本發(fā)明的方法得到的陶瓷漿料的分散性非常好，在50°C加速實(shí)驗(yàn)條件下，漿料可以保存4周無沉降。本發(fā)明中，由于陶瓷粉體硬度較大，因此對(duì)攪拌桿的材質(zhì)要求也較高,優(yōu)選情況下，攪拌桿采用不銹鋼攪拌桿，下面銜接不銹鋼的多葉攪拌槳。
以陶瓷漿料的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，聚乙烯醇乳膠液的含量為30_40wt%，甘油的含量為2-8wt%，聚丙烯酸酯的含量為0. l_2wt%，陶瓷粉體的含量為50-60wt%。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)，陶瓷粉體加入漿料前驅(qū)體過程中，由于高速攪拌會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，因此必須除泡。真空環(huán)境下陶瓷漿料中氣泡的浮力增大，會(huì)自然膨脹而破，加上緩慢的攪拌速度，氣泡會(huì)消失得比較完全；因此，本發(fā)明中優(yōu)選采用真空除泡。除泡的時(shí)間沒有特殊限定，優(yōu)選情況下除泡至陶瓷漿料的粘度為10000-13000cp時(shí)即停止。然后將陶瓷漿料進(jìn)行水基流延成型，干燥得到陶瓷生坯，最后排膠燒結(jié)即可得到所述陶瓷基片。所述水基流延成型的步驟為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，包括采用現(xiàn)有技術(shù)中的各種流延機(jī)即可。本發(fā)明中，流延成型的條件包括流延速度為5-lOmm/s，溫度為20-30°C，環(huán)境相對(duì)濕度為40-60%，流延厚度為1-2. 2mm。陶瓷漿料流延成薄膜后，可先在空氣中干燥I. 5-2. 0h，然后30_35°C下恒溫烘烤8-10h，干燥完成后得到陶瓷生坯。本發(fā)明中，采用30-35°C恒溫干燥，能有效控制水分揮發(fā)的速率，降低陶瓷生坯的內(nèi)部應(yīng)力，使干燥后的陶瓷生坯更具平整及光滑度。然后，對(duì)陶瓷生坯進(jìn)行排膠燒結(jié)。排膠溫度為200-1000°C，排膠時(shí)間為10-30h。燒結(jié)溫度為1000-1500°C，燒結(jié)時(shí)間為3-15h。本發(fā)明中，所述排膠燒結(jié)的步驟優(yōu)選采用通過程序控溫實(shí)現(xiàn)。具體地，排膠控溫過程包括6h內(nèi)升溫至220°C，排膠0. 5h ;然后6h內(nèi)升溫至430°C，排膠Ih ;在311內(nèi)升溫至600°C，排膠3h ;繼續(xù)升溫至700°C，排膠Ih ；5h內(nèi)升溫至850°C，排膠2h ;升溫至1000°C，保溫Ih ;降溫至100°C，保溫25h。排膠完成后，按以下控溫過程進(jìn)行燒結(jié)4h內(nèi)升溫至1000°C燒結(jié)I. 5h，升溫至1100燒結(jié)3h，升溫至1300°C燒結(jié)5h，然后升溫至1500°C保溫2h，最后降溫至100°C，保溫25h。燒結(jié)完成后，冷卻，即得到所述陶瓷基片。采用本發(fā)明的制備方法得到的陶瓷基片，表面平整，具有較高的致密度和強(qiáng)度。下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的陶瓷基片的制備方法作進(jìn)一步說明，實(shí)施例及對(duì)比例中所采用原料均通過商購得到。實(shí)施例I
(1)將10重量份的聚乙烯醇加入90重量份的水中，加熱使全部溶解，得到聚乙烯醇乳膠液。
(2)將步驟(I)的聚乙烯醇乳膠液、甘油、丙烯酸酯和助劑加入攪拌器中，攪拌0.5h得到漿料前驅(qū)體，然后在2500r/min的攪拌速度下加入陶瓷粉體，繼續(xù)攪拌lh，真空除泡至漿料粘度為13000cp，得到陶瓷漿料Jl。陶瓷漿料Jl中各組分及含量如表I所示。
(3)將陶瓷漿料Jl采用流延機(jī)流延厚度為2mm的陶瓷薄膜，流延條件包括流延速度為7mm/s，溫度為25°C、環(huán)境相對(duì)濕度為50% ;將陶瓷薄膜在空氣中干燥2h后，然后在35°C下恒溫干燥8h，得到陶瓷生坯。(4)將陶瓷生坯按照以下步驟進(jìn)行排膠6h內(nèi)升溫至220°C，排膠0.5h ;然后6h內(nèi)升溫至430°C，排膠Ih ;在3h內(nèi)升溫至600°C，排膠3h ;繼續(xù)升溫至700°C，排膠Ih ；5h內(nèi)升溫至850°C，排膠2h ;升溫至1000°C，保溫Ih ;降溫至100°C，保溫25h。
(5)將排膠后的陶瓷生坯按照以下步驟進(jìn)行燒結(jié)4h內(nèi)升溫至1000°C燒結(jié)I.5h，升溫至1100燒結(jié)3h，升溫至1300°C燒結(jié)5h，然后升溫至1500°C保溫2h，最后降溫至100°C，保溫25h。燒結(jié)完成后，冷卻至室溫得到本實(shí)施例的陶瓷基片SI。實(shí)施例2
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備本實(shí)施例的陶瓷漿料J2和陶瓷基片S2，不同之處在于步驟(I)中，采用15重量份的聚乙烯醇、85重量份的水配制聚乙烯醇乳膠液。實(shí)施例3
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備本實(shí)施例的陶瓷漿料J3和陶瓷基片S3，不同之處在 于步驟(I)中，采用12重量份的聚乙烯醇、88重量份的水配制聚乙烯醇乳膠液。實(shí)施例4-8
采用與實(shí)施例I相同的步驟制備本實(shí)施例的陶瓷漿料J4-J8和陶瓷基片S4-S8，不同之處在于步驟(2)中，陶瓷漿料J4-J8中各組分及含量如表I所示。
表I
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上表I中，陶瓷粉體為二氧化鋯，分散劑為L(zhǎng)ubrizol公司生產(chǎn)的Solperse27000，消泡劑為BYK公司生產(chǎn)的BYK345，增縮劑直為聚乙二醇。實(shí)施例9
采用與實(shí)施例I中的陶瓷漿料Jl制備本實(shí)施例的陶瓷基片S9，不同之處在于步驟
(3)中，流延薄膜的厚度為I. 6mm，流延條件包括流延速度為7mm/s，溫度為30°C、環(huán)境相對(duì)濕度為60%。對(duì)比例I將30重量份的水、60重量份的陶瓷粉體、2重量份的分散劑、2重量份的消泡劑、2重量份的增縮劑、2重量份的氧化鎂和2重量份的二氧化鈦直接球磨15h，除泡后得到陶瓷漿料DJl。
采用與實(shí)施例I步驟(3) - (5)相同的步驟將陶瓷漿料DJl流延制備本對(duì)比例的陶瓷基片DSl。對(duì)比例2
先將2重量份的分散劑和60重量份的陶瓷粉體加入 30重量份的水中，球磨4h后，再加入2重量份的消泡劑、2重量份的增縮劑、2重量份的氧化鎂和2重量份的二氧化鈦，繼續(xù)球磨10h，真空除泡得到陶瓷漿料DJ2。
采用與實(shí)施例I步驟(3) - (5)相同的步驟將陶瓷漿料DJ2流延制備本對(duì)比例的陶瓷基片DS2。性能測(cè)試
1、陶瓷漿料性能測(cè)試
計(jì)算各陶瓷漿料J1-J8和DJl-DJ2的固含量。
將各陶瓷漿料J1-J8和DJl-DJ2存放在50°C環(huán)境中，觀測(cè)其出現(xiàn)沉降的時(shí)間；陶瓷漿料4周以上無沉降記為0K，否則記為NO。
2、陶瓷基片性能測(cè)試
記錄各陶瓷基片在制備過程中，干燥完成后得到陶瓷生坯的最小卷曲直徑及各個(gè)方位
的厚度差。
觀察各陶瓷基片S1-S9和DS1-DS2表面形態(tài)，不平整、有針孔或開裂記為NO，表面平整、無針孔無開裂記為0K。測(cè)試結(jié)果如表2所示。
表權(quán)利要求
1.一種陶瓷基片的制備方法，包括以下步驟 a.將10-15重量份的聚乙烯醇加入85-90重量份的水中，加熱使溶解形成聚乙烯醇乳膠液； b.將聚乙烯醇乳膠液、甘油和聚丙烯酸酯混合形成漿料前驅(qū)體； c.攪拌狀態(tài)下往漿料前驅(qū)體中加入陶瓷粉體，除泡后得到陶瓷漿料； d.將陶瓷漿料流延成型，干燥后得到陶瓷生坯，排膠燒結(jié)得到陶瓷基片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，以陶瓷漿料的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，聚乙烯醇乳膠液的含量為30-40wt%，甘油的含量為2-8wt%，聚丙烯酸酯的含量為0. l-2wt%，陶瓷粉體的含量為50-60wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，陶瓷粉體選自氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，步驟b中還包括加入助劑的步驟；助劑包括第一助劑和第二助劑，第一助劑選自分散劑、消泡劑和增塑劑中的至少一種；第二助劑選自氧化鎂、二氧化鈦中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，以陶瓷漿料的總質(zhì)量為基準(zhǔn)，助劑的含量為0. 5-5wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，除泡至陶瓷漿料的粘度為10000-13000cp 停止。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，流延成型的條件包括流延速度為5-10mm/s，溫度為20_30°C，環(huán)境相對(duì)濕度為40_60%，流延厚度為1-2. 2_。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，干燥包括先空氣干燥I.5-2h，然后30-35 °C下恒溫烘烤8-10h。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，排膠的步驟包括排膠溫度為200-1000°C，排膠時(shí)間為 10-30h。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，燒結(jié)的步驟包括燒結(jié)溫度為1000-1500°C，燒結(jié)時(shí)間為 3-15h。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種陶瓷基片的制備方法，包括以下步驟a．將10-15重量份的聚乙烯醇加入85-90重量份的水中，加熱使溶解形成聚乙烯醇乳膠液；b．將聚乙烯醇乳膠液、甘油和聚丙烯酸酯混合形成漿料前驅(qū)體；c．?dāng)嚢锠顟B(tài)下往漿料前驅(qū)體中加入陶瓷粉體，除泡后得到陶瓷漿料；d．將陶瓷漿料流延成型，干燥后得到陶瓷生坯，排膠燒結(jié)得到陶瓷基片。采用本發(fā)明提供的陶瓷基片的制備方法，能制備高固含的陶瓷漿料，流延厚度較一致，不會(huì)出現(xiàn)厚膜干燥時(shí)翹起、開裂現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102745995SQ20111010146
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者張璐璐, 陳鵬 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司