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精湛的耳目一新的MLCC陶瓷粉體材料的制備方法
2019年10月30日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:484
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隨著國內外對電子粉體材料的需求量逐年增大,因此需要提高陶瓷粉體材料的制備技術。而最近幾年對于陶瓷粉體的制備工藝逐漸的成熟,主要有物理和化學制備方法。物理制備方法主要有:球磨法、氣體蒸發法、熔融金屬反應法、真空加熱法、真空沉積法、濺射法、混合等離子體法等。化學制備方法主要有水熱法、水解法、激光合成法、沉淀法、噴霧法、凍結干燥法、溶膠-凝膠法、火花放電法、氧化還原法等。

我國粉體制備研究從80年代后期盛行,取得了豐碩的成果,得到了國家的大力支持,隨著實驗測試手段、制備方法機理研究的不斷完善與發展,從整體上看粉體制備工藝還存在一定問題,工程化研究有待進一步開展。目前來看,粉體制備工程化研究得到了國家的資助,已經相繼成立了國家和省級的粉體工程研究中心。粉體工程化研究主要解決目前粉體材料存在的幾個問題:質量有待提高,規模小,品種規格不全,缺乏競爭力,應用推廣力度不大等問題。

球形MLCC陶瓷粉體SEM圖

陶瓷粉體材料的制備方法有很多,最近幾年產生了一些新方法。有很多制備方法有待于進一步研究,從制備方法的狀態可分為固相法、氣相法、和液相法。

方法

特點

固相法

產量大、填充性好、成本低、制備工藝簡單、粉體顆粒無團聚現象,能耗大、粉體不夠細、效率低、易存在雜質

液相法

制得的粉體小、所需設備簡單、組成可控,靈活性強、規模可大可小

氣相法

容易控制氣氛

1.固相法

固相法存在一定的缺點,能耗大、效率低、粉體不夠細、易存在雜質等,但是產量大、填充性好、成本低、制備工藝簡單、粉體顆粒無團聚現象,迄今仍是常用的方法。固相法按其加工的工藝特點又可分為機械粉碎法和固相反應法兩類。

機械粉碎法顧名思義就是將原料用粉碎機直接研磨成粉。最常使用的幾種粉碎機有:振動球磨機、行星球磨機、氣流磨、塔式粉碎機等。研究報道,日本對“雙縫球磨機”設備的研究有了進一步的進展,同時澳大利亞研制開發的高溫高壓球磨機業已商品化。

固相反應法該法是將原料按照一定的比例配方充分混合,在一定的轉速下充分的發生固相反應后再進行燒結,由澳大利亞研究開發的高溫高壓球磨機進一步推進了固相法的發展,這種在高溫高壓和可控氣氛下進行的過程已不再是簡單的機械磨細過程,而是一個機械一化學反應過程。由于這種物料和氣體間高溫高壓反應的方式大大加速了反應過程,也大大提高粉末產品的性能。因此,這種新一代的高溫高壓設備可以生產包括超硬材料(如氮化硅)高級特性材料。

2.液相法

液相法是按一定的物料組成比將多種可溶性的鹽混合在一定溶劑下充分混合反應,借助水解、蒸發、升華等操作,使所需金屬離子均勻沉淀或結晶出來,最后將沉淀或結晶物干燥得到粉體材料。

根據制備過程的不同,液相法又可分為以下幾種方法:水熱法、水解法、溶膠-凝膠法、沉淀法、激光合成法、噴霧法、凍結干燥法、火花放電法、氧化還原法。其中較有應用前景的是前4種方法。

水熱法是借助水熱釜高溫高壓的環境進行化學反應,得到超細粉體的一種方法。這種方法可以得到納米級的金屬氧化物、金屬復合氧化物粉體材料。同時,得到的粉末細、無團聚、晶形好、純度高、形狀可控、分散性好、利于環保等,而且可以制備很多難得到的化合物。

沉淀法主要是來制備氧化物陶瓷粉體。該方法主要是選用一種沉淀劑嚴格控制原料濃度、原料混合形式、反應溫度先得到沉淀,同時通過添加表面活性劑的方法來減少或避免顆粒聚現象,再進行固液分離,得到粉體材料。沉淀法可分為直接沉淀法、共沉淀法和均相沉淀法。

a)直接沉淀法:直接加入沉淀劑得到粉體材料的方法。

b)共沉淀法:含有兩種或兩種以上的金屬離子的水溶液按照一定比例與沉淀劑混合得到沉淀,再加熱煅燒得到氧化物粉體。

c)均相沉淀法:利用溶液內部反應生成的沉淀劑制備超細粉體。避免了沉淀反應的局部不均勻性,雜質少,純度高,粒度均勻。

溶膠一凝膠法是利用金屬醇鹽的水解或聚合反應制備金屬氧化物的均勻溶膠,再濃縮成透明凝膠,凝膠經干燥、熱處理后可得到粒徑在幾百納米范圍內的氧化物超細粉。其特點是能低溫合成無機材料,能從分子水平設計和控制材料的均勻性及粒度,得到高純超細、均勻的粉體。

水解法這是將金屬烴化物在水中發生水解反應得到氫氧化物、水合物等沉淀,再通過水解脫水可得到純度極高的陶瓷超細粉末。這種方法不僅可以制備高純均勻的細粉,而且成分可控,幾乎能達到化學計量。該方法在電子陶瓷材料制備和薄膜技術中很有應用前景。

3.氣相法

氣相法是通過氣相的蒸氣凝聚和氣體成份進行化學反應從而析出固體粒子的方法。通過控制氣氛不僅可以得到氧化物還可以得到氮化物、碳化物等非氧化物超細粉體。氣相法又可分為:化學氣相沉積法,氣相蒸發法,濺射法,真空沉積法等。

氣相蒸發法就是在惰性氣體(或活潑性氣體)中使物料蒸發產生氣體,然后與惰性氣體沖突而冷卻凝結(或與活潑性氣體反應后再冷卻凝)形成粉體材料。根據蒸發加熱方式的不同又可分為:激光加熱,電阻加熱,高頻感應加熱,電子束加熱,等離子體加熱等。

化學氣相反應法是一種或數種氣體通過熱、光、磁等的作用而發生熱分解、還原從氣相中析出超細粉的方法,也叫化學氣相沉積法(CVD)。用此法可以制取金屬以及金屬的氧、氮、碳化物的超細粉體材料。作為氣相法制備超細粉體材料的實際應用,國內用等離子體技術來生產不同材料的高純超細粉末材料已趨于成熟并已用于實踐。

以上是制備粉體材料常用的和有前途的幾種方法,隨著國內外粉體的不同需求和制備設備的不斷更新,新的制備技術的產生成為一種必然趨勢,也將得到更加能滿足人類需求的粉體材料,從而推動粉體技術的迅速發展。

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作者:沁


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