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透明陶瓷的制作工藝及關(guān)鍵因素

所謂透明陶瓷就是能透過(guò)光線的陶瓷。通常陶瓷是不透明的,其原因是陶瓷材料內(nèi)部含有的微氣孔等缺陷對(duì)光纖產(chǎn)生折射和散射作用,使得光線幾乎無(wú)法透過(guò)陶瓷體。1959年通用電氣公司首次提出了一些陶瓷具有可透光性,隨后1962年R.L.Coble首次制備了半透明的Al2O3陶瓷證實(shí)了這一點(diǎn),同時(shí)也為陶瓷材料開(kāi)辟了新的應(yīng)用領(lǐng)域。艾邦建有透明陶瓷產(chǎn)業(yè)微信群,歡迎產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)/高校研究所參與,長(zhǎng)按識(shí)別二維碼,添加管理員微信,即可加入。

透明陶瓷的制作工藝及關(guān)鍵因素

一、透明陶瓷的特點(diǎn)

透明陶瓷不僅有良好的透明性和光學(xué)特性,同時(shí)又保持結(jié)構(gòu)陶瓷的高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、電絕緣好、熱導(dǎo)率高及良好的介電性能,因此在新型照明技術(shù)、高溫高壓及腐蝕環(huán)境下的觀測(cè)窗口、紅外探測(cè)用窗、導(dǎo)彈用防護(hù)整流罩、軍事用透明裝甲等領(lǐng)域得到愈來(lái)愈多的應(yīng)用。
透明陶瓷的制作工藝及關(guān)鍵因素
此外,與單晶相比,透明陶瓷制造成本低、易于大批量生產(chǎn),可以制成尺寸較大、形狀復(fù)雜的制品;而與玻璃相比,透明陶瓷具有強(qiáng)度和硬度高、光學(xué)透過(guò)范圍大、導(dǎo)熱性好、耐腐蝕、可以實(shí)現(xiàn)活性離子的高濃度均勻摻雜等特點(diǎn),所以對(duì)于許多特殊要求的光學(xué)零部件及激光材料,透明陶瓷具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

二、陶瓷如何做到透明?

首先我們要了解一下影響陶瓷透明的幾個(gè)因素。

1、影響陶瓷透明的因素

  • 氣孔率
  • 晶界結(jié)構(gòu)
  • 表面光潔度
  • 晶粒尺寸
  • 晶體結(jié)構(gòu)
  • 雜質(zhì)
透明陶瓷的制作工藝及關(guān)鍵因素
圖 多晶陶瓷中的主要光線散射效應(yīng)

2、如何將陶瓷做的透明?

想讓陶瓷透明,必須從以上幾個(gè)方面進(jìn)行改善:
  • 完全消除氣孔或使氣孔率趨于0;
  • 通過(guò)研磨拋光提高表面光潔度;
  • 減小雜質(zhì);
  • 選用各項(xiàng)同性的立方晶系材料
  • 讓晶界結(jié)構(gòu)盡可能薄,潔凈無(wú)雜物和氣孔
  • 讓晶粒尺寸與入射光波長(zhǎng)相差較大;
  • 選擇立方等軸晶系的陶瓷

三、透明陶瓷的制作工藝及關(guān)鍵因素

以下是透明陶瓷的工藝流程。

透明陶瓷的制作工藝及關(guān)鍵因素
制作透明陶瓷關(guān)鍵工藝因素有以下幾點(diǎn):
  • 陶瓷粉末的選擇
陶瓷粉末特性直接影響致密化燒結(jié)和陶瓷內(nèi)部的顯微結(jié)構(gòu),從而顯著影響最終燒結(jié)后陶瓷的透光性能。
  • 合適的燒結(jié)添加劑
添加劑用量一般很少,原則上所使用的的添加劑應(yīng)能均勻分布于材料中,即能完全固溶于主晶相而不以新的固相形式析出,不破壞系統(tǒng)的單相性,否則又會(huì)形成新的第二相散射。
  • 致密化燒結(jié)工藝
合理而有效的燒結(jié)工藝可充分地排除氣孔,使氣孔率趨近于零,從而達(dá)到完全致密化,獲得透光性良好的透明陶瓷;因此燒結(jié)工藝選擇是否合理在很大程度上直接決定陶瓷透明性。
  • 表面加工光潔度
透明陶瓷的制作工藝及關(guān)鍵因素
圖 制作透明陶瓷的重要因素
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透明陶瓷的制作工藝及關(guān)鍵因素

推薦展會(huì):第六屆精密陶瓷暨功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈展覽會(huì)

同期舉辦:熱管理材料展

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一、精密陶瓷產(chǎn)業(yè)鏈:

1、陶瓷器件及材料MLCC、LTCC、HTCC、微波介質(zhì)陶瓷、壓電陶瓷、鈦酸鋇、碳酸鋇、氧化鈦、氧化鋁、氧化鋯、玻璃粉、氮化鋁、LTCC介質(zhì)陶瓷粉體、稀土氧化物、生瓷帶等;

2、精密陶瓷:氧化鋯、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化釔、結(jié)構(gòu)陶瓷、高溫陶瓷、透明陶瓷、陶瓷微珠、新能源陶瓷、陶瓷軸承、陶瓷球、半導(dǎo)體陶瓷(搬運(yùn)臂、陶瓷劈刀、靜電卡盤(pán)、蝕刻環(huán)……)、3D打印陶瓷、燃料電池(SOFC)隔膜片、穿戴陶瓷、光纖陶瓷插芯、陶瓷套筒、CIM、生物陶瓷等。

3、陶瓷基板及封裝外殼:陶瓷封裝外殼、DPC、DBC、AMB、HTCC基板、LTCC基板、薄膜電路板、厚膜電路板、陶瓷封裝基座、熱沉、氧化鋁、氮化鋁、氮化硅、氧化鈹、莫來(lái)石粉體及基板等;

4、金屬材料:銀粉、金粉、銅粉、鎳粉、焊料(焊片、焊膏)、MLCC用內(nèi)/外電極漿料、LTCC銀漿、金漿、鎢鉬漿料、銅漿、靶材、無(wú)氧銅帶、可伐合金、金屬?zèng)_壓件等;

5、助劑:陶瓷和導(dǎo)電漿料用分散劑、黏合劑、增塑劑、絮凝劑、礦化劑、消泡劑、潤(rùn)滑劑、燒結(jié)助劑等;

6、設(shè)備:

陶瓷加工設(shè)備:砂磨機(jī)、球磨機(jī)、真空脫泡機(jī)、三輥機(jī)、噴霧造粒機(jī)、干壓機(jī)、流延機(jī)、注塑機(jī)、3D打印機(jī)、模具、干燥設(shè)備、研磨機(jī)、精雕機(jī)、裁片機(jī)、激光設(shè)備、打孔機(jī)、填孔機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)、疊層機(jī)、層壓機(jī)、等靜壓機(jī)、熱切機(jī)、整平機(jī)、排膠爐、燒結(jié)爐、釬焊設(shè)備、電鍍?cè)O(shè)備、化學(xué)鍍、噴銀機(jī)、浸銀機(jī)、端銀機(jī)、真空鍍膜設(shè)備、顯影設(shè)備、去膜設(shè)備、蝕刻機(jī)、濕制程設(shè)備、等離子清洗、超聲波清洗、自動(dòng)化設(shè)備、剝離強(qiáng)度測(cè)試儀、AOI檢測(cè)設(shè)備、打標(biāo)機(jī);

封裝測(cè)試設(shè)備:貼片機(jī)、引線鍵合機(jī)、封蓋機(jī)、平行縫焊封帽、切筋機(jī)、釬焊設(shè)備、激光調(diào)阻機(jī)、網(wǎng)絡(luò)分析儀、熱循環(huán)測(cè)試設(shè)備、測(cè)厚儀、氦氣檢漏儀、老化設(shè)備、外觀檢測(cè)、超聲波掃描顯微鏡、X-光檢測(cè)、激光打標(biāo)、分選設(shè)備、測(cè)包編帶機(jī)等;

7、耗材:離型膜、載帶(塑料和紙質(zhì))、耐火材料、承燒板/匣缽(氧化鋁、剛玉莫來(lái)石、氮化硼等)、承燒網(wǎng)、發(fā)泡膠、研磨耗材(金剛石微粉、研磨液)、精密網(wǎng)版、清洗劑、電鍍藥水等。

二、熱管理產(chǎn)業(yè)鏈:

?

1、熱管理材料:氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、石墨烯、石墨、碳納米管、空心玻璃微珠、導(dǎo)熱粉體、散熱基板、熱沉(鎢銅、鉬銅、氮化鋁、金剛石等)、鋁碳化硅AlSiC、相變材料、導(dǎo)熱凝膠、導(dǎo)熱界面材料、導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱膠帶、灌封膠、熱管/均熱板;

2、散熱器件:半導(dǎo)體制冷片(TEC)、IGBT散熱器(銅、鋁)、大功率晶體管散熱器、通信基站散熱殼體、液態(tài)金屬散熱器、插針式散熱器等;

3、設(shè)備:壓延機(jī)、涂布機(jī)、分條機(jī)、模切機(jī)、復(fù)卷機(jī)、切片機(jī),CNC設(shè)備、壓鑄/沖壓設(shè)備、熱分析儀器、激光導(dǎo)熱儀、導(dǎo)熱系數(shù)儀、強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)、檢測(cè)設(shè)備、自動(dòng)化等。

三、功率半導(dǎo)體器件封裝產(chǎn)業(yè)鏈:

1、材料:碳化硅,陶瓷襯板(DBC、AMB)、封裝管殼、鍵合絲、散熱基板(銅、鋁碳化硅AlSiC)、導(dǎo)熱硅凝膠、環(huán)氧灌封膠、焊料(預(yù)制焊片)、銀膜/銀膏、散熱器(銅、鋁)、功率引出端子(銅端子)、外殼(工程塑料PPS、PBT、高溫尼龍)、清洗劑等;

2、設(shè)備及配件:真空焊接爐、貼片機(jī)、固晶機(jī)、引線鍵合機(jī)、X-ray、推拉力測(cè)試機(jī)、等離子清洗設(shè)備、點(diǎn)膠機(jī)、絲網(wǎng)印刷機(jī)、超聲波掃描設(shè)備、動(dòng)靜態(tài)測(cè)試機(jī)、點(diǎn)/灌膠機(jī)、銀燒結(jié)設(shè)備、垂直固化爐、甲酸真空共晶爐、自動(dòng)封蓋設(shè)備、高速插針機(jī)、彎折設(shè)備、超聲波焊接機(jī)、視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備、推拉力測(cè)試機(jī)、高低溫沖擊設(shè)備、功率循環(huán)測(cè)試設(shè)備、打標(biāo)機(jī)、檢驗(yàn)平臺(tái)、治具等;

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