陶瓷漿料的制作

陶瓷漿料：來(lái)自臺(tái)大課程
陶瓷成形的方式可依工件制成的形態(tài)概分為：
主要成形技術(shù)與次要成形技術(shù)兩大類(lèi)。
主要成形術(shù)計(jì)有：
A、鑄漿成形(包括實(shí)心鑄漿(Solid Casting)、空心鑄漿(Drain Casting)、真空鑄漿、加壓鑄漿、雕心鑄漿、脫蠟鑄漿、電泳鑄漿、低壓鑄漿、推擠鑄漿等變化形態(tài))。
B、塑性成形：(包括擠出、射出、滾壓、軋壓)。
C、壓制成形(包括單向干壓、雙向干壓、熱壓法、熱均壓法)。
D、刮刀成形(包含刮刀成形法(Doctor Blading)及傾瀑法(Waterfall)，液體注滲(Liquid Infiltration).(如重力法、惰性氣體加壓法、及真空注滲(vacuum Infiltration)等變化)。
E、鍍膜或被覆方式成形(如化學(xué)蒸鍍(CVD)、物理蒸鍍(PVD)、化學(xué)電鍍、與化學(xué)涂層)。

    .陶瓷原料的制成需經(jīng)一連串繁復(fù)手續(xù)，諸如粉碎、研磨、洗滌、化學(xué)溶解、靜置與懸浮、磁力分級(jí)、液體分散、混合、層級(jí)分類(lèi)、除氣、過(guò)濾、噴霧干燥。

    不論實(shí)行何種成形技術(shù)，基本的材料配方除了含約70wt%的陶瓷粉末外，另需加入溶劑(solvents)、黏結(jié)劑(Binders)、及分散劑(dispersants)。
溶劑：
可用純水、有機(jī)液體(如MEK、Xylene、酒精)或兩者混合液，其目的在于提升原料混合的效果以獲得所需要的漿料特性。
黏結(jié)劑：
種類(lèi)頗多，以高分子聚合物為主，在三軸坯體系亦有利用一些無(wú)機(jī)添加物來(lái)呈現(xiàn)黏結(jié)劑之效果，黏結(jié)劑用于提供適當(dāng)?shù)乃苄约吧鲝?qiáng)度。
分散劑：
的選用是為達(dá)較佳的粉粒分散效應(yīng)以減少不適的粉團(tuán)黏聚現(xiàn)象，常用的分散劑計(jì)有表面活化劑(Surfactants)、潤(rùn)濕劑(Wetting Agents)如Darvan-C及Tergital、具有長(zhǎng)鍵的高分子聚合物、鈉鹽或酸酸一類(lèi)的電解物質(zhì)、魚(yú)油(Fish Oil)、以及聚磷酸鹽等。

液體飽和度：
在陶瓷原料配方中，所含液體飽和度(SL) Saturation of Liquid可用下列公式表之:
　　　液體的體積
SL＝-----------------x100%
　　胚體中孔隙的體積
 

一般對(duì)單一的圓球狀粉末而言：
其孔隙度約為：
48%,(簡(jiǎn)單立方堆積.SCP).
39% (隨機(jī)堆積)
31%(體心更加密堆積，BBC)
26％(面心更加密堆積. FCC及六方更加密堆積，HCP)。
若以各種大小的粉粒分布，則可使孔隙度減至12%~15%的水平，對(duì)不同成形方法，其SL值由30%增至150%。
 

黏結(jié)劑飽和度：
陶瓷原料配方中，含黏結(jié)劑的飽和度(Saturation of Binder)以類(lèi)似上述公式表示之:
　　　　黏結(jié)劑的體積
SB＝--------------------×100％
　　　坯體中孔隙的體積
SB值的大小依各種成形方法而異，低至10%或高達(dá)110%左右。
黏結(jié)劑在溶液中之濃度(CB) Concentration of Binder可借著前述的SL與SB值及溶液與黏結(jié)劑的比重(ρL及ρB)值計(jì)算求出:
     SB×ρB
CB＝---------×100％
     SL×ρL
對(duì)干壓或冷均壓法其CB為8%,，然對(duì)射出成形則CB值可高達(dá)50%以上，故接在射出成形后之生坯的脫脂步驟(Debinder或Dewax)，CB值實(shí)具成形成敗之關(guān)鍵因素。
 

陶瓷漿料之制備與特性：
調(diào)制陶瓷漿料之設(shè)備雖然很多，但仍以球磨機(jī)為更加普遍。
球磨機(jī)之特性:有三個(gè)主要因素會(huì)影響球磨機(jī)之調(diào)漿效率。
（一）球磨機(jī)之轉(zhuǎn)速
（二）磨球量與漿料量
（三）漿料的濃度或黏度
濃度或黏度是影響調(diào)制漿料的重要因素之一。

    黏度太低時(shí)會(huì)增加磨球在球磨桶內(nèi)的滾動(dòng)速度，同時(shí)由于黏度低，磨球表面的漿料膜也相對(duì)的薄，會(huì)造成球磨桶及磨球的異常磨耗，污染漿料及升高溫度。故低黏度的漿料應(yīng)減少磨球量以避免上述缺失的發(fā)生，理想的漿料黏度依所用磨球材質(zhì)的不同而有所差異，依經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果如下:
1、使用一般瓷球時(shí)黏度范圍為600~1100 cp :
2、使用高密度瓷球時(shí)黏度范圍為1100~2100 cp ;
3、使用鋼球時(shí)其黏度范圍為l100~2400 cp。
 

    對(duì)于磨球尺寸的選擇、對(duì)高粘度漿料采用較大尺寸之磨球，而低黏度之漿料用小尺寸磨球，黏度太高也會(huì)造成研磨困難，減低黏度之方法有二:
1.使用分散劑;
2.減少粉體含量。
 

使用分散劑的目的：
1、使原料及其添加物能均勻的混合，如果原料配方中含有二種以上之原料及一)些少許的添加物時(shí)，在調(diào)制漿料過(guò)程中使其相互問(wèn)能完全而均勻的混合變得非常重要，不當(dāng)?shù)恼{(diào)制不但造成成分的不均一，同時(shí)也造成收縮的不均一，因而難以獲得高質(zhì)量之成品。
 

2、增加固體的含量，如果沒(méi)有使用分散劑，固體物含量只有在50wt%以下才能在球磨桶中調(diào)制，高于50wt%時(shí)漿料均黏在球磨桶內(nèi)壁上，如果使用分散劑，則固體物含量可以高至85wt%尚能很順利的調(diào)制，增加固體物含量就是增加調(diào)漿以及下一制程噴霧造粒之效率，同時(shí)也可以減少許多能源的消耗。
分散劑的用量：
對(duì)96% 氧化鋁基板而言:
65% 氧化鋁粉(平均粉粒粒徑為1.5μm)
3% 滑石粉
1% PVA( Polyviny Alcohol) Grade 205聚乙烯醇
2% PEG(Polyethylene Glycol) 聚乙二醇
2% DARVAN C
27% 水
 

黏結(jié)劑之添加：
    干式成形用黏結(jié)劑更加常用的是PVA，一般市購(gòu)PVA均為固狀物，使用前務(wù)必先用攪拌器攪拌到PVA完全溶解為止。
    將所有無(wú)機(jī)原料加入球磨桶后，加入PVA溶液，再加一倍的水量及其它有機(jī)添加物，開(kāi)動(dòng)球磨機(jī)，依所需時(shí)間加以混合研磨。黏結(jié)劑的用量可以依需求給予增減，用多了會(huì)在燒結(jié)過(guò)程中造成脫脂困難，用少了會(huì)在成形過(guò)程中造成太弱的坯體，不易處理，其用量介于1%~3% (與無(wú)機(jī)重量百分比)，任意增減。

.陶瓷漿料主要物性是:低粘度、高固體物含量、低氣泡含有率等。
(A)低黏度:
黏度當(dāng)然和固體物含量有關(guān)，一般而言，高固體物含量必得較高之黏度，所以在有機(jī)配方中，如何得高固體物含量低黏度之漿料愛(ài)得非常重要，一但配方確定，就務(wù)必用黏度來(lái)管制制程，要使生產(chǎn)批次之問(wèn)的黏度一致，可以使用黏度測(cè)定的數(shù)值作成統(tǒng)計(jì)制程圖，以便分析管制。
(B)高固含量:
高固含量在制漿造粒干燥過(guò)程中可以節(jié)省能源提高生產(chǎn)效率，為了確定配方的正確性，避免人為的錯(cuò)誤，測(cè)定固體物含量務(wù)必為管制頂目之一，測(cè)定固體物含量很簡(jiǎn)單，只要測(cè)定其比重即可。

φsl：泥漿固體含量is the solids fraction of the slurry
ρs ：固體密度is the solids density
ρsl ：泥漿密度is the slurry density
ρl ：液體密度is the liquid density
(C)氣泡含量:
氣泡也是影響造粒質(zhì)量的因素之一，但單獨(dú)測(cè)定氣泡含量比較困難，但氣泡含量會(huì)影響漿料黏度及漿料比重，所以前二項(xiàng)之測(cè)定值即可判定氣泡含量，再者亦可以用透明之燒杯以目視觀察之。
 

.陶瓷漿料制程中有機(jī)添加劑之分類(lèi)及其功能說(shuō)明：
(1)黏結(jié)劑：保持成形體生坯強(qiáng)度，賦予成形性
(2)分散劑：分散陶瓷顆粒
(3)潤(rùn)滑劑：脫模性及粒子間滑動(dòng)性良好而改善成形性
(4)潤(rùn)濕劑：降低表面張力，改良潤(rùn)濕性
(5)可塑劑：賦予流變性及提供可塑性與柔軟性
(6)保護(hù)膠體劑：賦予微粒子安定性，改善成形性
(7)減水劑：制作粉體(水系)漿料時(shí)減少水份含量之用
(8)靜電防止劑：電荷的調(diào)整，防止火氣的爆發(fā)
(9)消泡劑：防上漿料中氣泡之發(fā)生
(10)殺菌劑：防止泥漿時(shí)效處理時(shí)，發(fā)生細(xì)菌
(11)螫合劑及隱蔽劑：有害離子之不活性化
(12)發(fā)泡劑：制作多孔性物品時(shí)加入
(13)界面活性劑：解膠、分散、消泡、潤(rùn)濕等作用

漿料特性: 比重1.80 ~ 1.85、黏度200 ~ 500 cp。
造粒是.陶瓷工業(yè)制程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，造粒的目的是使陶瓷原料具有良好流動(dòng)性與充填性，使坯體在制作過(guò)程中質(zhì)量能夠穩(wěn)定均