电子陶瓷是指具有电学、磁学、光学、热学和声学等功能的先进陶瓷材料,在电子工业中有着广泛应用。其工艺原理主要涉及原料处理、成型、烧结和后处理等几个关键环节,以下为你展开介绍:
原料处理
原料选择:根据所需电子陶瓷的性能要求,选择合适的化学成分和纯度的原料。例如,制备钛酸钡(BaTiO₃)基陶瓷时,通常选用高纯的碳酸钡(BaCO₃)和二氧化钛(TiO₂)作为主要原料。
预烧:将选好的原料按一定比例混合后进行预烧,目的是排除原料中的水分、有机物等杂质,促进固相反应的进行,提高原料的反应活性。预烧温度和时间根据原料的性质和配方而定。
球磨:预烧后的原料通常还需要进行球磨处理,进一步细化颗粒尺寸,增加颗粒的比表面积,从而提高烧结活性。球磨介质一般有玛瑙、氧化铝等,球磨时间和转速会影响粉末的粒度和均匀性。
成型
干压成型:将经过造粒的粉末放入模具中,在一定压力下使其成型。这种方法适用于形状简单、尺寸较大的制品,如电子元件的基板等。压力大小一般在几十兆帕到几百兆帕之间。
等静压成型:将粉末装入弹性模具中,置于高压容器内,通过液体介质均匀施加压力使粉末成型。等静压成型可以获得密度均匀、强度高的坯体,适用于形状复杂或对尺寸精度要求较高的制品。
注射成型:将粉末与适量的粘结剂混合制成具有良好流动性的注射料,通过注射机注入模具型腔中成型。该方法适合制造小型、精密且形状复杂的电子陶瓷零件。
烧结
固相烧结:在高温下,粉末颗粒之间通过物质扩散、颈缩等过程相互连接,使坯体致密化。烧结温度一般低于原料的熔点,对于大多数电子陶瓷,烧结温度在1000 - 1300℃之间。烧结过程中需要控制升温速率、保温时间和冷却速率等参数,以获得理想的微观结构和性能。
液相烧结:当坯体中含有低熔点的添加剂时,在烧结温度下会产生液相。液相可以填充颗粒间隙,促进物质的迁移和扩散,加快致密化过程。液相烧结常用于一些难以通过固相烧结达到高致密度的陶瓷体系。
后处理
退火:烧结后的电子陶瓷通常需要进行退火处理,以消除内应力,稳定晶体结构,提高材料的电学性能和机械性能。退火温度一般低于烧结温度,在几百度到一千多度不等,保温时间根据制品的大小和形状而定。
极化处理:对于具有铁电性能的电子陶瓷,如钛酸钡基陶瓷,需要进行极化处理。在强电场作用下,使陶瓷内部的电畴沿电场方向取向排列,从而提高材料的剩余极化强度和电滞回线的矩形度,改善其电学性能。
表面处理:为了提高电子陶瓷制品的耐腐蚀性、绝缘性和与其他材料的结合力等,常常需要对其进行表面处理,如镀覆金属层、涂覆绝缘涂层等 。