高性能陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損和耐腐蝕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于能源、信息、航空航天、電子、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。陶瓷成型方法是決定陶瓷性能的一個重要因素，而流延成型是目前生產(chǎn)電子陶瓷薄片常用的方法之一。今天我們就來介紹下流延成型工藝及其分類。

一、流延成型工藝及其流程

1. 流延成型

流延成型(Tape casting，又稱 Doctor blading或Knife coating)，是指在陶瓷粉料中加入溶劑、分散劑、粘結(jié)劑、增塑劑等成分，得到分散均勻的穩(wěn)定漿料，在流延機(jī)上制得所需厚度薄膜的一種成型方法。

流延成型工藝與其他成型工藝相比，流延成型具有很多優(yōu)點(diǎn)：1) 設(shè)備工藝簡單，可連續(xù)生產(chǎn)；2) 可制備單相或復(fù)相陶瓷薄片材料；3) 產(chǎn)品的缺陷小，性能均一，生產(chǎn)效率高，可連續(xù)操作；4) 均可大、小批量生產(chǎn)，適于工業(yè)生產(chǎn)；5) 非常適用于大型薄板的陶瓷部件的制備，這是流延成型最大的特點(diǎn)，是壓制或者擠壓成型工藝很難實(shí)現(xiàn)的。但是，流延成型也存在著一些問題，主要是粘結(jié)劑含量較高，因此在排膠過程中坯體收縮率較大，薄板容易產(chǎn)生開裂、卷曲、厚度不均勻等缺陷。

2. 流延成型工藝流程

流延成型最早應(yīng)用于造紙、油漆和塑料等領(lǐng)域，是一種歷史悠久的成型技術(shù)，主要包括制備漿料、球磨混合、成型、干燥、排膠和燒結(jié)等過程。

流延成型法制備陶瓷基片的工藝流程圖流延成型的工藝流程如圖所示。首先將陶瓷粉體與分散劑加入溶劑(水或有機(jī)溶劑)中，通過球磨或超聲波振蕩打開顆粒團(tuán)聚，并使溶劑潤濕粉體，再加入粘結(jié)劑和增塑劑，通過二次球磨得到穩(wěn)定、均一的漿料；再將漿料在流延機(jī)上進(jìn)行成型得到素坯；然后進(jìn)行干燥，使溶劑蒸發(fā)，粘結(jié)劑在陶瓷粉末之間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，得到素坯膜；接著對素坯膜進(jìn)行機(jī)加工，得到所需要的特定形狀；最后通過排膠和燒結(jié)處理得到所需要的成品。

二、流延成型工藝分類

根據(jù)溶劑的種類，流延成型可以分為水基流延體系和有機(jī)流延體系兩大類。隨著流延成型技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，近年來研究和開發(fā)了凝膠流延成型、紫外引發(fā)聚合流延成型向、等靜壓流延成型等一系列特殊的流延成型方法。

1. 有機(jī)流延成型

有機(jī)溶劑流延成型技術(shù)在陶瓷制備的應(yīng)用上已經(jīng)較成熟。由于有機(jī)溶液沸點(diǎn)低，有利于坯體的干燥，同時有機(jī)溶液對于聚合物黏結(jié)劑、增塑劑等具有很好的溶解性，且不會與陶瓷顆粒發(fā)生水解反應(yīng)，可保證漿料的穩(wěn)定性，所以有機(jī)流延成型的陶瓷生坯，內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻、強(qiáng)度高、柔韌性好、便于切割和加工，目前在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室中得到廣泛應(yīng)用。有機(jī)流延成型常用溶劑有甲乙酮、甲苯、二甲苯、乙醇和三氯乙烯等，實(shí)際應(yīng)用中則常用乙醇/甲苯、乙醇/三氯乙烯等二元共沸溶劑。優(yōu)點(diǎn)：由于有機(jī)溶劑的相容性、易揮發(fā)、低蒸發(fā)潛熱、低表面張力以及可防止陶瓷粉體水化等特點(diǎn)，因此，有機(jī)流延成型體系添加劑選擇范圍較廣泛、溶劑揮發(fā)快、干燥時間短，易得到結(jié)構(gòu)均勻、坯體缺陷尺寸較小、強(qiáng)度高柔韌性好的陶瓷薄板。缺點(diǎn)：有機(jī)溶劑具有一定的毒性，不可避免地給人類和生態(tài)環(huán)境帶來危害，且生產(chǎn)成本較高，成品有機(jī)物含量較高、密度較低、排膠過程易開裂等。

2. 水基流延成型

水基流延成型以水作為溶劑，以水溶性高分子為黏結(jié)劑，克服了有機(jī)流延體系對環(huán)境有危害、成本高、成品密度低等缺點(diǎn)，適合應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。水基流延成型常用的黏結(jié)劑為聚乙烯醇（PVA）、纖維素（MC）和聚丙烯酸（PAA）等，常用的增塑劑有鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）、丙三醇（甘油）、聚乙二醇（PEG）等。優(yōu)點(diǎn)：1）無污染、綠色環(huán)保；2）成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)。缺點(diǎn)：1）可溶于水的分散劑和粘結(jié)劑種類少，因此可選擇的范圍較窄，效果較差；2）溶劑蒸發(fā)速率低，膜片不易干燥，特別不適合較厚坯片的流延；3）粘結(jié)劑含量高排膠時素坯收縮率大；4）由于氫鍵的存在，粉體多團(tuán)聚；5）對工藝參數(shù)的變化敏感，素坯膜的質(zhì)量較低；6）素坯脆性大，干燥時容易開裂等。

3. 凝膠流延成型

凝膠流延成型是將凝膠注模固化機(jī)理與流延成型方法結(jié)合在一起的一項(xiàng)新工藝，是利用有機(jī)單體聚合原理進(jìn)行流延成型。該法是將陶瓷粉料分散于含有有機(jī)單體交聯(lián)劑的水溶液中，制備出低粘度、高固相體積分?jǐn)?shù)的濃懸浮體(體積分?jǐn)?shù)大于50%)，然后加入引發(fā)劑和催化劑，在一定的溫度條件下引發(fā)有機(jī)單體聚合，使懸浮體粘度增大，從而導(dǎo)致原位凝固成型，得到具有一定強(qiáng)度、可進(jìn)行機(jī)加工的坯體。水基凝膠流延成型所使用的漿料由陶瓷粉、有機(jī)單體、交聯(lián)劑、溶劑、分散劑、塑性劑等組分配制而成。優(yōu)點(diǎn)：在于可極大地降低漿料中有機(jī)物的使用量，提高漿料的固相含量，從而提高素坯的密度和強(qiáng)度，大大減輕環(huán)境污染，并顯著降低生產(chǎn)成本。

三、應(yīng)用

流延成型法由于具有設(shè)備簡單、可連續(xù)操作、生產(chǎn)效率高、坯體性能均一等特點(diǎn)，已成為制備大面積、超薄陶瓷基片的重要方法，可用于MLCC、HTCC、MLCC的生瓷、厚膜和薄膜電路用陶瓷基片、壓電陶瓷膜片、結(jié)構(gòu)陶瓷薄片、熱敏電阻、鐵氧體和壓電陶瓷坯體，混合集成電路基片、SOC電解質(zhì)薄膜等的制作。