1、西南交通大学摩擦学研究所配料工序工艺基础知识简介配料工序工艺基础知识简介西南交通大学摩擦学研究所配配 料料配料定义：将陶瓷粉、粘合剂及溶剂和各种添加剂按一定比一定比例例经过一定时间一定时间的球磨或砂磨球磨或砂磨，形成陶瓷浆料，以供流延制膜流延制膜用。浆料中各组分及其作用主要设备分散方式及过程配料瓷浆的控制项目及常见异常西南交通大学摩擦学研究所一、浆料中各组分及其作用浆料是个比较复杂的系统，一般由瓷粉、溶剂、分散剂、粘合剂、增塑剂和消泡剂组成。瓷粉：瓷介电容的主要材料，烧结后变硬变脆，成为多晶多相结构的瓷体。它是产品质量水平高低的决定性因素，这些陶瓷介质，在电场作用下，极化介电储能，电场变化时极
2、化率随之发生变化，不同介质种类由于它的主要极化类型不一样，其对电场变化的响应速度和极化率亦不一样。瓷粉的选择必须考虑到以下技术参数：化学纯度；颗粒大小、尺寸分布和颗粒形貌；硬团聚和软团聚程度；组分的均一性；烧结活性；规模生产的能力；制造成本。西南交通大学摩擦学研究所瓷粉按材料特性分类可分为：NPO（COG）、X7R（X5R）、Y5V三种各种材料主要成分如下表：瓷粉类型材料成分目前公司所用瓷粉C0GSrZrO3 、CaZrO3 、SiO2GE Q1 G7X7R（X5R）BaO TiO2 、CaO（少量） 、Y2O3（很少量）KM KF Z1 Z3 TJ KTY5VBaO TiO2 、 CaOZr
3、O2（少量）、Y2O3（少量）K4 KL KQ GF GK西南交通大学摩擦学研究所溶剂：湿润瓷粉，使瓷粉与粘合剂更好地均匀结合，使之具有合适的粘度（即有调整瓷浆粘度的作用）。在溶剂的选择上首先要考虑如下几个因素：必须能够溶解分散剂、粘合剂、增塑剂等；在浆料中具有一定的化学稳定性，能够充分分散粉料而不与粉料发生反应；能够提供浆料系统合适的粘度；易于挥发；西南交通大学摩擦学研究所我公司目前使用的为混合有机溶剂：甲苯+乙醇。其主要优点：其表面张力越小，对瓷粉颗粒的湿润性能越好；其对分散剂、粘合剂和增塑剂的溶解性能较佳；混合溶剂的沸点低，有利于流延过程中膜片的干燥。缺点：甲苯本身的毒性较大。西南交通大
4、学摩擦学研究所分散剂：又称为解凝剂、解胶剂、反絮凝剂等。分子内具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂，可在瓷粉颗粒表面形成吸附层，提高浆料系统的zeta电位（电动电位），进而提高形成立体阻碍的颗粒间的反作用力，改善浆料的流动性。分散剂可以强化分散过程，保证瓷粉粒径，从而使瓷粉在树脂溶剂中保持稳定，有效的分散剂具有润湿、分散、稳定润湿、分散、稳定的功能。西南交通大学摩擦学研究所分散剂的选择主要依据瓷粉和树脂溶剂的化学性质来决定，选择分散剂必须考虑瓷粉粉体性能，浆料体系、粘合剂以及其他添加剂的影响。目前我公司所用的分散剂：C料：AKM-0531 R、B料和F料：PSEY-3 分散剂在一个较低浓
5、度下使用，表面能效应降低并且其它性能也会突然的恶化。但是，如果加入量过多，微粒就互相纠缠在一起，表面激活作用消失。 一般分散剂的用量在0.4%-0.8%（相对瓷粉的质量）之间。西南交通大学摩擦学研究所选择粘合剂应考虑的因素：素胚膜的厚度；所选溶剂类型及匹配性，有利于溶剂挥发和不产生气泡应易烧除，不留有残余物；能起到稳定料浆和抑制颗粒沉降的作用；要有较低的塑性转变温度，以确保在室温下不发生凝结；考虑所用基板材料的性质，要不相粘结和易于分离。有适当宽窄的挥发温度范围，防止排胶时在很窄的温度范围内剧烈挥发导致开裂粘合剂：通过球磨或砂磨过程，粘合剂均匀地包裹着每一粒瓷粉，使每一粒瓷粉具有粘性，以便制作
6、合格的膜片。并且是陶瓷具有一定的塑性西南交通大学摩擦学研究所我公司的粘合剂全部实现自制，而且根据材料特征不同，采用的粘合剂体系也不一样。目前公司使用的全部为PVB（聚乙烯醇缩丁醛）类粘合剂。PVB树脂粉为乙缩丁醛基、羟基和乙酰基三种结构单元形成的嵌段共聚物，结构式如下： 69-88 % weight % 11-27 % weight % 1-4 weight % 乙缩丁醛基 羟基 乙酰基C3H7OCHOCH2CHCH2CHCH2CHCHOHOCOCH3xyzCH2西南交通大学摩擦学研究所羟基含量对性能的影响羟基21 36 mol%粘度（影响流延效果）低高薄带强度（影响叠层）弱强吸湿性（影响叠层
7、，膜片质量）低高聚合度（分子量）对性能的影响聚合度2503500粘度（影响流延效果）低高薄带强度（影响叠层）低高热压着性（影响叠层、层压）高低西南交通大学摩擦学研究所乙酰基含量对性能的影响乙酰基0.513 mol%粘度（影响流延效果）高低薄带柔软性（影响叠层，层压）低高热压着性（影响叠层，层压）低高乙缩丁醛基含量对性能的影响乙缩丁醛基63 78 mol%粘度（影响流延效果）高低和增塑剂的相容性（影响浆料均匀性）弱强薄带柔软性（影响叠层，层压）低高热压着性（影响叠层，层压）低高耐溶剂性（影响浆料均匀性）强弱西南交通大学摩擦学研究所品牌型号分子量羟基（mol%）乙缩丁醛基（mol%）乙酰基（mol
8、%）羟基（wt%）乙酰基（wt%）Tg（）粘度（mPas）SekisuiBM-SZ5300022733 4-6/6080-150BM-252000317833max/67100-170BH-692000306933max/6740-90BH-A1150002958311-15/6235-65BH-3110000346533max/7160-120SolutiaB-7690000-120000 11-13880-2.5/62-67200-450B-7950000-8000010.5-13880-2.5/62-6775-200KurarayB30HH28000-3800016.6-20.976-8
9、2.60.8-3.1 11-14 1-46335-60SB60HH50000-6000018-23.773.3-81.20.8-3.0 12-13 1-465125-140B70HH80000-9000016.7-20.976-82.60.8-3.1 11-14 1-468280-400B60H50000-6000026.2-30.266.9-73.10.7-2.9 18-21 1-470160-260B75H95000-10500018-2175-820-4/7360-100西南交通大学摩擦学研究所增塑剂：增加粘合剂的流动性，并使胶膜具有柔韧性的物质都称为增塑剂。 大多数的聚合物粘合剂有远高
10、于室温的玻璃化转变温度Tg，导致膜带脆性很大，不能满足可靠的加工要求。增塑剂最重要的作用就是降低粘合剂的Tg。增塑剂分子插入到聚合物分子链之间,削弱聚合物分子链间的氢键和范德华力, 增加聚合物分子链的移动性、降低聚合物分子链的结晶度,从而降低聚合物的玻璃化转变温度（Tg）,增加聚合物的塑性。另外增塑剂对陶瓷粉体颗粒还起到润滑和桥联作用，有利于浆料的分散稳定。但加入增塑剂会使生带的强度降低，其使用量需适中。一般用量范围为 2.5%-3.5%。西南交通大学摩擦学研究所电子陶瓷生带用增塑剂需要满足的性能：与树脂粘合剂具有良好的相容性（sp值），高的沸点和低的蒸汽压（流延烘干过程中稳定），高的可塑效率
11、，热、光、化学的稳定，低温下良好的弯曲性，增塑剂与其它材料接触时不快速移动等。我公司所用的增塑剂为DOP，其分子结构如右图：邻苯二甲酸二辛酯(DOP)西南交通大学摩擦学研究所消泡剂：较低表面张力和较高表面活性、能抑制或消除液体中泡沫的物质。消泡剂具有低的表面张力，不溶于发泡介质中，但又能均匀分散于泡沫介质中，产生持续、均衡持续、均衡的消泡能力。 泡沫体系要产生泡沫时，存在于体系中的消泡剂立刻破坏气泡的弹性膜，抑制气泡的产生。若气泡已产生，添加的消泡剂接触泡沫后，进一步扩展，层状侵入，取代原泡沫的膜壁。 消泡剂本身低表面张力使膜壁逐渐变薄，从而导致气泡的破裂。 西南交通大学摩擦学研究所理想消泡剂
12、的物化性能：具有比泡沫介质更低的表面张力； 不溶于泡沫介质，不与泡沫介质起反应，不能被泡沫介质分解降解；具有正的扩散系数，以便其扩散到气液界面上；低毒或无毒；贮存稳定；具有良好的消泡能力与泡沫控制能力；成本低。我公司用的消泡剂为DC-350CS，在MLCC行业中，一般使用有机硅消泡剂，它具有较高的界面活性，故它能分布在涂料系统内的气液界面起抑泡和消泡的作用。本身不溶解在浆料中西南交通大学摩擦学研究所设备名称制造厂家数量适用规格设备产能相同点区别重要参数及对产品质量影响工艺质量控制点控制方法球磨机台湾台溢6非020130Kg/天都是对瓷粉进行分散，制成瓷浆球磨机分散方式为球磨，而日本三井砂磨机分
13、散方式为卧式砂磨，DNTEK砂磨机分散方式为立式砂磨。砂磨/球磨频率；泵频率；分散时间；氧化锆球尺寸及装载量；泵的密封性；转子的磨损程度；锆环间隙等；分散过程泵压力。砂磨/球磨频率；泵频率；分散时间；氧化锆球尺寸及装载量；泵的密封性；转子的磨损程度；锆环间隙；分散过程泵压力；砂磨A步瓷浆粒度；AB步结束时机头温度；按配方设定频率、时间，到时报警；装锆球前过筛、称重；洗机后称量转子重量，测试泵密封性，锆环用塞尺测试间隙；分散过程通过流量调整泵压力，设定报警上限。A步取样测粒度；通过热电偶监控压力。SC-100砂磨机日本三井1所有规格36Kg/天SC-220砂磨机2360Kg/天DNS-030砂磨
14、机DNTEKCO.,LTD150Kg/天双轴砂磨机1/二、主要设备：西南交通大学摩擦学研究所西南交通大学摩擦学研究所台湾台溢球磨机 6台球磨：制备过程中耗时较长、生产效率较低的一个工序。非主要设备，主要用于回收膜类、Z1材料浆料配制。西南交通大学摩擦学研究所SC-100小砂磨机1台小砂磨机产能较小，主要用于工艺试验开发。该砂磨机没有循环泵，瓷浆靠重力下落到机头。机头西南交通大学摩擦学研究所SC-220砂磨机2台配料主要设备，效率较高。主要用于配 制 2 R 1 0 4 、2F104及C类各规格产品的浆料。循环泵机头西南交通大学摩擦学研究所循环泵SC-220砂磨机泵隔膜循环泵零件西南交通大学摩擦
15、学研究所机头内部SC-220型砂磨机转子锆环西南交通大学摩擦学研究所泵，循环动力提供系统机头，砂磨，分散腔体西南交通大学摩擦学研究所韩国DNTEK砂磨机2台目前公司有两台DNTEK砂磨机，砂磨能力强，但是比耗时。主要用于研发中高容及0201规格产品。机头循环泵西南交通大学摩擦学研究所循环泵DNTEK砂磨机西南交通大学摩擦学研究所机头DNTEK砂磨机锆棒西南交通大学摩擦学研究所三、分散方式及过程分散方式：目前公司采用球磨及砂磨两种方式分散瓷粉。砂磨：利用泵将预先在浆料桶内经搅拌混合的瓷浆输入密闭的研磨腔体内，与高速转动的研磨介质接触，从而使物料中的固体微粒和研磨介质相互间产生更加强烈的碰撞、摩擦
16、和剪切作用，达到加快磨细微粒和分散聚集体的目的。从研磨腔体内流出的浆料回到浆料桶，再次重复前述的分散过程。经过多次循环，从而瓷浆达到要求的细度和很窄的粒度分布范围。砂磨机的磨削能力强，可以在很短的时间（相比球磨）内造成颗粒的粉碎磨削。因此，对砂磨机的砂磨时间要有准确的概念。 西南交通大学摩擦学研究所台湾台溢球磨机球磨：制备过程中耗时较长、生产效率较低的一个工序。通过球磨作旋转运动使罐内介质被提起后呈倾流状态滚边滑下，球体或相互碰撞或相互摩擦而过，提供撞击作用和剪切作用，使瓷浆料中大颗粒解聚，同时使球间的浆料处于高度流状态，使瓷浆得到分散。西南交通大学摩擦学研究所A：滑流：滑流B：倾流：倾流C：
17、离心运动：离心运动西南交通大学摩擦学研究所分散过程：配料过程分主要为A、B两步进行。（部分配方采用三步法） A步主要原料：瓷粉、甲苯、乙醇、分散剂、（稀释剂）。主要把团聚的瓷粉颗粒打散，以及润湿瓷粉。分散剂和粘结剂对陶瓷粉的吸附有竞争性，先加入分散剂使其吸附在陶瓷粉颗粒表面后不易解吸，可使浆料分散效果好，使浆料粘度低以利于成膜。B步主要原料：甲苯、乙醇、粘合剂、增塑剂、消泡剂。加入粘合剂，起到包裹瓷粉，抵制其沉降，保持整个分散体系的稳定。西南交通大学摩擦学研究所1、领料：原材料核对 原材料收取配料主要流程：领料A步加料A步分散B步加料B步分散出料慢磨西南交通大学摩擦学研究所2、A步物料称量及加
18、料：西南交通大学摩擦学研究所设置分散频率、时间、压力3、A步分散：西南交通大学摩擦学研究所B步加料4、B步物料称量及加料：西南交通大学摩擦学研究所设置分散频率、时间、压力5、B步分散：西南交通大学摩擦学研究所出料 慢磨6、出料慢磨：西南交通大学摩擦学研究所分散效果影响因素除了原料组成，以下因素也影响分散效果：砂磨材质和直径。在MLCC瓷浆的研磨分散中，通常选用Y2O3稳定的四方相氧化锆球，磨损较小。磨球直径的大小由原料粒径及研磨分散的目标值决定。 研磨介质填充率。磨球填充量低，磨球之间互相碰撞的机率也小，从而使研磨分散效果降低，随着磨球填充率增高，研磨分散效果明显增大，但磨球填充量超过一定限度
19、（一般为70%-80% 体积比），瓷浆容积减少，磨球自身摩擦加剧，瓷浆温度升高，瓷浆易团聚反而不利于分散。西南交通大学摩擦学研究所研磨机转速。随着转速增加，磨球运动速度增大，与瓷浆颗粒碰撞、摩擦和剪切几率增大，有利于瓷浆的分散，但过快的转速会导致颗粒破损的程度增大，粉碎作用大于分散作用。泵频率。泵速越大，进去机头的瓷浆量越多，当达到一定程度时，导致砂磨不完全。泵速小，机头可能局部空转，降低了效率。不同研磨时间。随着研磨时间增加，粒径进一步减少的速度减缓，之后瓷浆粒径趋于稳定。但随着研磨时间增加，粒径小的颗粒相对增加，达到一定的数量后，分散和团聚呈现动态的平衡，此时粒径达到极限值，研磨效率明显下
20、降。西南交通大学摩擦学研究所分散方式设备磨介（氧化锆球）尺寸及装载量A步分散时间B步分散时间球磨球磨机 5mm 160Kg约12h约12h砂磨小砂磨机 0.5mm 750g约1h约1h大砂磨机 0.5mm 6700g约1h约1h立式砂磨机 0.1、0.3、0.5mm4#机 6.38Kg 5#机12.8Kg以循环数计算，砂磨能力强西南交通大学摩擦学研究所卧式及立式砂机分散效果A步瓷粉粒度分布图西南交通大学摩擦学研究所一种合适的流延浆料必须满足以下几个条件：干燥过程中没有缺陷(如裂纹等)；流延片干燥后要有一定的强度，如可切割、钻孔等；流延片要有非常均匀的微观结构和光滑平整的表面；流延片中的有机物可
21、以通过热分解后完全排除；流延片要有好的叠层性能，可用于叠层工艺；流延片要有非常好的烧结性能等。 四、配料瓷浆的控制项目及常见异常西南交通大学摩擦学研究所配料关键质量控制点配料A步粘合剂质量（PVB用量）瓷粉水分（气泡、不溶）瓷浆粒度（影响密度，可靠性）瓷浆温度（分散效果，溶剂量）分散频率时间（砂磨效率，时间）压力、流量（砂磨效率，时间）B步瓷浆粘度出料率瓷浆固含量（？）瓷浆温度分散频率时间压力（流量）西南交通大学摩擦学研究所配料常见异常及处理方法常见异常处理方法砂磨过程中发现漏锆球滤布出料，洗机头，此罐料流返磨或流延盖片。瓷浆粒度超出控制标准根据具体情况处理，可能加磨。粘度超出控制标准粘度高可以加适量溶剂调整B步砂磨过程机头压力高适当降低泵频率，增加砂磨时间对于转瓷批，投料罐数需洗机等特殊情况用溶剂循环15-20min，可投料出料率低查找出原因，根据不同原因处理浆料循环泵密封性不良停止投料，反馈设备部维修西南交通大学摩擦学研究所非常感谢
