第5期 微细加工技术 2008年10月 MICROFABRICATION TECHNOLOGY 文章编号:1003-8213(2008)05-0027-03 乳胶体系流延片叠层制备ZnO压敏陶瓷材料研究 华伟刚,张鹤,贺艳,崔学民 (广西大学化学化工学院,南宁530004) 摘要:以水性乳胶作为粘结剂,利用水基流廷工艺成功制备出强度高、韧性好、结构均匀、可在室温下叠层的ZnO生 带材料;借用乳胶粘结剂对压力敏感的胶粘特性,室温下叠层制备了多层片式ZnO压敏材料坯体,烧结后该坯体的 相对密度最大可到达99.58%,压敏场强随着烧结温度的升高而下降,漏电流最小为0.3μA,明显优于干压工艺制 备的ZnO材料的烧结性能和压敏性能 关键词:LOM( laminated object manufacturing);苯丙乳胶;压敏胶粘特性;ZnO 中图分类号:TN304 文献标识码:A 本实验采用的流延成型设备为LYJ系列膜带式流延机 言 它主要用于制浆后在膜带上流延并干燥成型的工艺,广泛应 用于电子陶瓷等领域的研究开发及实验,它主要是由传动装 片式叠层压敏电阻器( multilayer varistor,简称MLv)制 置和流延装置构成,机头为双刮刀结构。流延机的流延厚度 造工艺的一个关键技术是层片叠加。在这个过程中,热压工为0-3mm,该设备的主要技术参数见表1。 艺是最常用的方法,它利用流延片粘结剂的热塑性,在较高的 温度和压力下,使粘结剂发生塑性流动,通过陶瓷颗粒在层间 表1流延机主要技术参数 界面处发生重排、穿插实现叠层。但目前流延工艺大都是有 技术参数 规格 机溶剂体系,如甲苯、二甲苯等,它们易燃且具有一定的毒性, 流延宽度/mm 易导致生产条件恶化,造成环境污染,而且成本也较高1-3 流延有效长度/cm 因此,水基流延工艺是今后的发展趋势。 膜带 100cmx200mm×100pm 目前,最有前途的水基流延体系是以水性乳胶作为粘结 传送速度/(mmin 0.1-0.8 剂的浆料体系;而水性乳胶常常被用来作为压力敏感胶粘剂 即当压敏胶粘剂与被粘物接触后,只要施加一定的压力,就会 浸润被粘表面并且产生较强的粘结强度。如果能利用水基流3实验结果与讨论 工艺所用乳胶粘结剂本身的压敏胶粘性进行叠层,那么就 可以简化工艺,同时还可减少有机物的带量3-4。笔者前3.1流延生带材料的性能 本实验采用的苯丙乳胶实际上并不适合作为压敏胶粘 期研究已经证明该思路是可行的。 剂,因为该乳胶玻璃化温度较高,在273K左右,而最适合做 本文主要研究了乳胶粘结剂体系水基流延工艺制备ZnO 压敏胶粘剂的乳胶的玻璃化温度应该在253K左右。虽然本 生带材料,并对利用粘结剂的压敏胶粘特性在室温条件下叠流延工艺所用乳胶玻璃化温度较高,但通过增加增塑剂的量, 层制备ZnO压敏陶瓷原型器件进行了初步探索。 可以适当降低其玻璃化温度;虽然压敏粘结强度相对来说低 2实验过程 些,但只要能保证流延片在室温下叠层即可 图1所示为ZnO压敏材料水基流延生带表面的微观结 本研究采用的乳胶粘结剂是广西启利公司制备的苯丙乳构,从图中可以发现ZnO和掺杂氧化物被乳胶包裹较好,表 液,分散剂采用自制的 PAA-NH4,增塑剂采用甘油,成膜助剂面光滑,没有气孔缺陷存在,这从宏观上就表现为流延生带均 采用磷酸三丁脂。流延浆料配方:ZnO压敏材料粉体30%,匀平整;为了保证流延片的强度和韧性,流延浆料配方中加入 苯丙乳胶65%,分散剂PANH42%,甘油2%,成膜剂、消泡了较多的粘结剂,因此该生带材料具有较高的强度和较好的 剂、去离子水等共1%。 韧性。 收稿日期:200807-04;修订日期:2008-08-04 作者简介:华伟刚(1982-),江苏苏州人,硕士;崔学民(1971-),教授,主要从事先进无机非金属材料制备及精细工艺研究 米通讯作者第 5期 2008年 10月 微细Jj~-r技术 MICROFABRICATION TECHNOLOGY № ．5 Oct．，2008 文章编号 ：1003—8213(2008)05—0027—03 乳胶体系流延片叠层制备 ZnO压敏陶瓷材料研究 华伟刚，张 鹤 ，贺 艳 ，崔学民 (广西大学 化学化 工学院 ，南 宁 530004) 摘要 ：以水性乳胶作为粘 结剂 ，利 用水基 流延 工艺成功制备 出强度 高、韧性好 、结构均 匀、可在 室温下叠层的 zn0生 带材料 ；借 用乳胶 粘结剂对压 力敏 感的胶粘特性 ，室温下 叠层制备 了多层 片式 ZnO压敏 材料坯体 ，烧结后 该坯体的 相对密度最 大可到 达 99．58％，压敏 场强 随着烧 结温度的升 高而下降，漏 电流最 小为 O．3 A，明显优 于干压 工艺制 备的 ZnO材料 的烧 结性能和压敏性 能。 关 键 词 ：LOM(1aminatedobjectmanufacturing)；苯丙 乳胶 ；压 敏胶粘特性 ；ZnO 中图分类号 ：TN304．82 文献标 识码 ：A 1 引言 片式叠层 压敏 电 阻器 (multilavervaristor，简称 MLv)制 造工艺的一个关键技 术是层 片叠 加 。在 这个过 程 中，热压 工 艺是最常用 的方法 ，它利用流延片粘结剂 的热塑性 ，在较 高 的 温度和压力下 ，使 粘结剂发生塑性流动 ，通过 陶瓷颗粒在 层间 界面处发生重排 、穿插实 现叠层 。但 目前 流延 工艺 大都是 有 机溶剂体系，如甲苯、二甲苯等，它们易燃且具有一定的毒性 ， 易导致生产条件恶化 ，造成 环境 污染 ，而且 成本 也较 高_l J。 因此 ，水基流延工 艺是 今后的发展趋势 。 目前 ，最有前途 的水 基流延 体 系是 以水 性乳 胶作 为粘 结 剂的浆料 体系 ；而水性乳胶 常常被用来作为压力敏感胶 粘剂 ， 即当压敏胶粘 剂与被粘物接触后 ，只要施加一定 的压 力 ，就会 浸润被粘 表面并且产生较强 的粘结强度 。如果 能利用水基 流 延工艺所用乳胶粘 结剂本 身 的压 敏胶粘 性进 行叠 层 ，那 么就 可以简化工艺 ，同时还可减 少有机 物 的带入量 _3I4J。笔 者前 期研究 已经证 明该 思路是可行 的。 本文 主要研究 了乳 胶粘结剂体系水基 流延 工艺制备 ZnO 生带材料 ，并对利用粘结 剂 的压 敏胶 粘特性 在室 温条件 下叠 层制备 ZnO压 敏陶瓷原型器件进行 了初 步探 索。 2 实验过程 本研究采用 的乳胶 粘结剂是广西启利公 司制备的苯丙乳 液 ，分散 剂采 用 自制的 PAA—NH ，增塑剂采 用甘油 ，成膜 助剂 采用磷酸三丁脂。流延浆料配方：ZnO压敏材料粉体 30％， 苯丙乳胶 65％ ，分散剂 PAA．NH 2％ ，甘油 2％ ，成膜剂 、消泡 剂、去离子水等共 1％。 本实验采用 的流延成 型设 备为 LYJ系 列膜带式 流延机 ， 它主要 用于制浆后在膜 带上流 延并 干燥成 型的工艺 ，广泛 应 用 于电子陶瓷等领域 的研 究开 发及实 验 ，它主要 是 由传 动装 置 和流延装 置构成 ，机头为 双刮 刀结构 。流延 机 的流延厚 度 为 0～3mm，该设备 的主要技术参数 见表 1。 表 1 流延机主要技术参数 技术参数 规格 流延宽度／mm 流延有效长度／cm 膜带 传送速度／(m·min ) O～ l6 0～10O 100 om x200 mm x100um 0．1～0．8 3 实验 结果与讨 论 3．1 流 延生带材料的性能 本实验采用 的苯 丙乳 胶实 际上 并 不适合 作 为压 敏胶 粘 剂 ，因为该 乳胶玻璃 化温度 较高 ，在 273K左右 ，而最适合 做 压敏胶粘剂 的乳胶 的玻璃化温度应 该在 253K左右 。虽然本 流延工艺所用乳胶玻璃化温度较高，但通过增加增塑剂的量， 可以适 当降低其玻璃化 温度 ；虽然压 敏粘 结强度 相对来说 低 一 些 ，但 只要能保证 流延片在室温下叠层 即可 。 图 1所示 为 ZnO压敏材 料水 基流 延生 带表 面 的微观 结 构 ，从 图中可 以发现 ZnO和 掺杂 氧化物 被乳 胶包 裹较 好 ，表 面光 滑 ，没有气孔缺 陷存 在 ，这从宏观上就表 现为 流延 生带 均 匀平整 ；为 了保证流延 片的强度和韧性 ，流延浆料 配方 中加 入 了较 多的粘结剂 ，因此 该生带 材料具 有较 高的强度 和较好 的 韧性 。 收稿 日期 ：2008—07—04；修订 日期 ：2008—08—04 作者简介 ：华伟~(1982一)，江苏苏州人，硕士；崔学~(1971一)，教授，主要从事先进无机非金属材料制备及精细工艺研究。 *通讯作 者