工艺课1

参考书：1.电子陶瓷工艺基础，上海科技大学新型无机材料教研组2.新型功能材料设计与制备工艺，2003年3.电子陶瓷材料物理，中国铁道出版社，2002年4.特种陶瓷工艺学,作者:李世普,出版社:武汉理工大学出版社(武汉工业大学)出版日期:2005年9月什么是工艺？•工艺：一般来说，工艺要求采用合理的手段、较低的成本完成产品制作，同时必须达到设计规定的性能和质量。•其中成本包括施工时间、施工人员数量、工装设备投入、质量损失等多个方面。•通常工艺定义如下：技术人员利用生产工具对各种原材料、半成品进行加工和处理，改变它们的几何形状、外形尺寸、表面状态、内部组织、物理和化学性能以及相互关系，最后使之成为预期产品的方法及过程。什么是工艺流程？•工艺流程在英文中是“ProcessFlow”。工艺和工艺流程，一般是指产品制造阶段的流程；所以也常称为制造工艺流程（ManufacturingProcess）。•一个完整的工艺技术管理平台，其技术流程分主流程和支流程两大部分。•主技术流程包括从产品的设计开发、试制、量产、安装交货一直到市场支援的全过程。•支流程则包括市场、采购、库存（后勤）、基础工艺研发、设备工程、能源管理、人力资源管理以及质量管理等等各项具体工作。•每个支流程和主流程都有直接或间接的相关关系；它们通过主流程而相互影响。什么是工序？•一个或一组技术人员，在一个工作地对一个或同时对几个产品所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。•划分工序的依据是工作地是否变化和工作是否连续。直白的说要完成某个工艺过程要分成几步做，每个步骤就是一道工序。什么是工艺规程？•一个同样要求的产品，可以采用几种不同的工艺过程来加工，但其中总有一种工艺过程在给定的条件下是最合理的，人们把工艺过程的有关内容用文件的形式固定下来，用以指导生产，这个文件称为“工艺规程”。•工艺规程是组成技术文件的主要部分，是工艺装备、材料定额、工时定额设计与计算的主要依据，是直接指导操作的生产法规，它对产品成本、劳动生产率、原材料消耗有直接关系。•工艺规程编制的质量高低。对保证产品质量第一起着重要作用。•企业所用工艺规程的具体格式虽不统一，但内容大同小异。一般来说，工艺规程的形式按其内容详细程度，可分为以下几种；•1、工艺过程卡•这是一种最简单和最基本的工艺规程形式，它对产品制造全过程作出粗略的描述。卡片按产品编写，标明产品加工路线、各工序采用的设备和主要工装以及工时定额。•2、工艺卡•它一般是按产品的工艺阶段分车间、分产品编写，包括工艺过程卡的全部内容，只是更详细地说明了产品的加工步骤。卡片上对毛坯性质、加工顺序、各工序所需设备、工艺装备的要求、切削用量、检验工具及方法、工时定额都作出具体规定，有时还需附有产品草图。•3、工序卡•这是一种最详细的工艺规程，它是以指导技术人员操作为目的的进行编制的，一般按产品分工序编号。卡片上包括本工序的工序草图、装夹方式、切削用量、检验工具、工艺装备以及工时定额的详细说明。•实际生产中应用什么样的工艺规程要视产品的生产类型和所加工的产品具体情况而定。一般而言，单件小批生产的一般产品只编制工艺过程卡，内容比较简单，个别关键产品可编制工艺卡；成批生产的一般零件多采用工艺卡片，对关键产品则需编制工序卡片；在大批大量生产中的绝大多数产品，则要求有完整详细的工艺规程文件，往往需要为每一道工序编制工序卡片。MLC瓷料配料流延、印刷印刷电极叠片匀压切割烧结端电极包封粘合剂稀释剂多层陶瓷电容器（MLC）制造工艺流程例如：ZnO压敏半导瓷主晶相性能方面—六方纤锌矿结构，本征特性为半导性。制备工艺方面—ZnO压敏半导瓷对外加电压有一定的响应，其机理主要是晶界的效应，而晶界在很大程度上由制备工艺决定。例如温度过低会使晶粒过小，主晶相合成不完全；温度过高会产生二次晶长使个别晶粒粗大，它们均使ZnO压敏半导瓷压敏性能变坏。本章目的：原料准备步骤的物理、化学原理及整个工艺过程。电子材料的优良特性主要决定于2.制备工艺1.晶相结构第一章电子材料制备原理化学试剂(化工原料)：电子材料常用原料，一般化工原料采用化学组成分级。工业纯（IR）IndustrialReagent98.0%化学纯（CP）ChemicalPurity99.0%分析纯（AR）AnalyticalReagent99.5%光谱纯（GR）SpectrumReagent99.9%电子级原料专用问题：选择原则？原料人工合成、提纯原料（化学试剂，电子级）天然矿物原料第一节原料一、原料分类二、原料的评价1．化学特性：主要成分、次要成分和微量成分及它们各自的浓度，杂质种类、数量及其存在方式，成分分布的宏观、微观均匀性，原子价态，微观缺陷。2．结构特性：粉体存在的相态，主相与其他相及它们的相对含量。3．物理特性：粉体的密度、比表面积、颗粒尺寸及形状、团聚情况（由于颗粒与颗粒之间的静电力、范德华力等，若干个颗粒粘附或接合在一起)。钛酸钡作为一种基础原材料，被广泛应用于MLCC、PTC热敏电阻等精密电子材料领域。奥新电子公司采用“固相合成”工艺，在严格的质量控制下，制造优良的钛酸钡。以质量赢得客户。我们将根据客户的需要，为客户提供满意的产品和服务，与客户共同获得在精密电子材料领域的产品拓展。钛酸钡性质：BaTiO3有五种晶体。最常见的是四方晶体，密度约为6，是一种重要的铁电体（介电常数很大、并随外电场变化的物质）。在温度低于120℃时具有铁电性质。有稳定的电滞性质，可用于制造非线性元件、介质放大器、电子计算机的记忆元件等。因介电常数大，故可用于制造体积很小、电容很大的微型电容器。有显著的压电性能，可用于制造超声波发生器等的部件材料。•钛酸钡产品的技术指标:•表观白色粉体纯度≥99.65%•Ba/Ti摩尔比1.000±0.005•Fe2O3≤0.003%•Na2O+K2O≤0.003%•MgO≤0.002%•CaO≤0.002%•SrO≤0.01%•Al2O3≤0.005%•SiO2≤0.003%钛酸钡的化学特性钛酸钡的物理特性项目数据方法颗粒尺寸（μm）0.8-2.0（可调）激光测量含水量（wt%）＜0.1At105℃(1hour)灼烧减量（wt%）＜0.5At800℃(1hour)晶形四方X衍射例图柠檬酸比例为1.5∶1时制得的ANNT纳米粒子的TEM照片FigTheTEMphotoofprecursormadebyH3citof1.5:1图草酸盐法合成的ANNT纳米颗粒的TEM照片Fig.TEMphotoofANNTparticulatemadebyoxalatemethod杂质利：能对影响产品的不利因素进行克制，能与产品的某成份形成共熔物或固溶体从而促进烧结，降低烧结温度，使瓷体致密。害：产生各种不必要的晶相及晶格缺陷，影响产品性能。三、原料的选择1、在保证产品性能的前提下，尽量选择低纯度原料；2、各种杂质及种类对产品的影响要具体分析。在实验研究中，对功能材料（电子材料）主晶相原料一般采用化学纯（CP99%）或电子级，而掺杂（也称小料）原料则应采用光谱纯（GR99.9%）。第二节超细原料制备工艺一、粒度的要求随着科学技术的发展，超细粉体的用途越来越广泛。超细粉体，一般定义为小于3m的粉体。超细粉体通常又分为超细粉体，特别是纳米粉体的合成制造技术是当前的热门研究课题1、有利于各组份混合均匀，使其在高温时反应物的生成也均匀，不偏离配方（混合）。超细粉体的优点：2、细粒有利于提高坯体的成型密度（成型）。3、提高粉料活性，降低烧结温度（烧结）。二、粉碎方法及原理粉碎(三个方面)：粉碎方法－用机械装置对原料进行撞击、碾压、磨擦使原料破碎、圆滑。粉碎原理－机械能转换为粉料的表面能和缺陷能，能量转换过程。粉碎要求－效率高，避免混入杂质。1、粉碎在短期内达到预定的细度或达到某一细度所消耗的能量少，时间短。2、尽量减少粉碎机械装置的杂质引入。机械粉碎，即球磨法，是常用的粉体体制造方法，也常被用来作为成型前粉体的准备工序。球磨就是在一个圆筒形容器(球磨罐)中，通过球磨介质进行的研磨。球磨罐可沿其轴线水平旋转，高度通常大于或近似等于其直径。(一)球磨工艺原理1、行星式球磨机基本结构行星式球磨机如图1所示。行星式球磨机是在一转盘上装有四个球磨罐，当转盘转动时，球磨罐中心轴作行星运动，罐中磨球在高速运动中研磨和混和样品。该产品能用干、湿两种方法粉碎和混和粒度不同，材料各异的产品，研磨产品最小粒度可至0.1微米（即1.0×10-4mm）2、球磨机粉碎原理球磨机粉碎原理如图2所示。图2球磨机粉碎原理内装不同规格磨球，筒体转动产生离心力将磨球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用球磨机对粉料作的功：（1）磨球自由落体撞击功。（2）球—球，球—内衬之间的滚动、碾压、磨擦功。3、影响球磨效率的主要因素1－转速、2－磨球形状、3－筒体直径（D）、4－磨球与内衬的质料、5－球磨时间、6－料、球和水的配比。1－转速（角速度ω），转速与球磨效率的关系如图3所示。图3转速与球磨效率的关系当旋转高于临界转速ωc(r／min)时，将产生离心运动，使球磨效率大大降低，临界转速ωc可由下式求得式中，D为球磨筒直径；g是重力加速度。在某一转速以下可能会发生滑落状态。这取决于球磨罐的大小，填充物的性质及数量。通常干法球磨的转速为0.7～0.8ωc，湿法球磨的转速为0.5～0.65ωc2－磨球形状，球状与圆柱状研磨体在粉碎过程中的接触方式如图4所示。图4球状与圆柱状研磨体在粉碎过程中的接触方式3－常用的磨球材料氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）、玛瑙（SiO2）、钢球等材料。下表给出了某些瓷介质研磨体的性能。材质主要成份密度(g/cm3)莫氏硬度磨耗量氧化铝磨体Al2O387%～96%3.4～3.659氧化锆磨体ZrO295%5.95最恶劣条件1/10万玛瑙磨体SiO22.37.5问题：选择的基本原则？磨球的材质、尺寸、磨耗量5－球磨时间并非越长越好，一般为4～24小时，时间长杂质混入较多。一般而言，粉碎时间与粉料的粉碎粒径有如图5所示的关系。图5粉碎时间与粉碎粒径之间的关系6－料、球和水的配比料/球/水=1/1/（0.6～1）体积比，粗略的说，料/球/水=1/1/1。7-球磨工艺优缺点优—设备简单，混合料均匀，粒形好（圆形）。缺点—研磨体在有限高度泻落或抛落，产生撞击力，作用强度较弱。8-各种球磨机的粉碎程度粗磨—50～10μm细磨—10～2μm超细磨—2μm美国SWECO公司振磨机（M-18L）（二）振磨工艺原理振动球磨是利用研磨体高频振动产生的球对球的冲击来粉碎粒子或混料，其机制以冲击粉碎为主，这对于粉碎脆性的粉体是特别有利的，其冲击频率可达l0次／min以上。1、惯性式振动磨机基本结构图惯性式振动磨机基本结构图7振磨机粉碎过程研磨体作用示意图2、惯性式振动磨机粉碎原理振磨机粉碎过程研磨体作用如图所示。3、影响振磨效率的主要因素影响振磨效率的主要因素有球质量、振磨振动频率及振动幅度。①av为垂直线加速度，F为筒壁与下落磨球相互作用力。②振动频率提高，单位时间研磨次数增多，加强了滚动磨擦。③振动幅度加大，磨球的上抛高度加大，加强了磨球下落的冲击力。（效率）撞击作用力)(gamFmvf振动频率A振动幅度4、振磨工艺优缺点优—粉料在单位时间内受研磨体的冲击与研磨作用次数极大，其作用次数成千倍于球磨机，因此粉碎效率很高。粉碎粒度细，混入杂质较少。缺—粒形较差，呈棱角，混合效果及均匀度较球磨差。5、振磨机的粉碎程度当进料尺寸不大于250μm，则成品料平均细度可达0.5μm。球磨与振磨比较其效率较低。问题：其他粉碎手段？各种粉碎机械研磨粉料均有饱和极限其原因在于：(1)电子瓷粉料通常都是无机氧化物或含氧的酸、碱性盐类，属离子晶体，破碎后小粒的外层都带有电荷，即破碎后粉粒表面均带有电荷，由于库伦力的作用而聚合。(2)有些颗粒在粉碎过程中获得能量被极化而产生电偶极矩，它们依赖极化作用力而聚合。(3)同时粉料研磨达到一定细度后，