等離子噴涂承燒板的生產(chǎn)工藝研究

邱衍嵩

摘 要：本文介紹了一種用于鎳電極片式疊層陶瓷電容器（MLCC）承燒的等離子噴涂承燒板，并詳細(xì)介紹了該產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝過程，以及闡述了這種等離子噴涂承燒板性能、應(yīng)用及市場(chǎng)化情況。

關(guān)鍵詞：等離子噴涂；承燒板；剛玉-莫來石；釔穩(wěn)定氧化鋯；研究

1 引言

等離子噴涂承燒板主要包括中間夾層剛玉-莫來石基板、兩面氧化鋯熔敷涂層，其氧化鋯涂層是采用大氣等離子噴涂(APS)技術(shù)制備的，一般應(yīng)用在鎳電極片式疊層陶瓷電容器（MLCC）排膠和燒結(jié)等工藝上，其目的是在高溫條件下，承燒鎳電極片式疊層陶瓷電容器的生胚。

由于鎳電極片式疊層陶瓷電容器（MLCC）的燒結(jié)溫度一般達(dá)到1200℃以上，被承燒產(chǎn)品是疊層承燒，每層承燒板加產(chǎn)品重量約0.7kg，一般疊10～12層左右，而承燒板最大可能承受約10kg的壓力。同時(shí)，承燒板除要承受移動(dòng)時(shí)的推力和裝卸產(chǎn)品時(shí)的摩擦力外，還要經(jīng)受多次冷熱循環(huán)，所以其使用環(huán)境非常惡劣。因此，我們對(duì)承燒板的性能要求較高，一般要求承燒板在不發(fā)生斷裂及嚴(yán)重變形的情況下，氧化鋯涂層堅(jiān)固，化學(xué)穩(wěn)定性極好，不與所承燒產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng)。

承燒板行業(yè)是技術(shù)密集型行業(yè)，由于針對(duì)不同的客戶需求，其生產(chǎn)工藝不同，導(dǎo)致每個(gè)客戶使用條件不同，對(duì)承燒板的規(guī)格和性能有不同要求，需要有針對(duì)性去開發(fā)相應(yīng)配方和模具，并且還需要客戶試用合格后才能進(jìn)行技術(shù)定型和批量生產(chǎn)。

目前，用于承燒鎳電極片式疊層陶瓷電容器的復(fù)合承燒板，大部分依靠進(jìn)口，但其價(jià)格昂貴，成本較高，因此，阻礙了行業(yè)的正常發(fā)展。國(guó)外類似承燒板的生產(chǎn)廠家主要有：住友化工、三井金屬礦業(yè)、covalent大阪窯業(yè)等。

廣東羚光新材料股份有限公司開展承燒板專項(xiàng)研究，研究了顆粒組成、結(jié)合劑種類及含量對(duì)剛玉-莫來石質(zhì)承燒板熱震穩(wěn)定性的影響。目前，在技術(shù)上已取一定的突破，如：研制出了高溫、高強(qiáng)度的剛玉-莫來石復(fù)合承燒板，在1100℃水冷循環(huán)的熱震次數(shù)超過5次不斷。經(jīng)國(guó)內(nèi)某廠家試用 ,其壽命達(dá)到其要求。目前，生產(chǎn)的等離子噴涂承燒板已經(jīng)大批量投放市場(chǎng)，并被一些上市公司及大型外資企業(yè)等采用。

2 等離子承燒板的制備材料

等離子承燒板的制備對(duì)原材料要求較高，國(guó)產(chǎn)的材料存在規(guī)模偏小、粉體粒度大小不同、雜質(zhì)含量較多，以及批量不一致等問題。為了獲得合適的原材料，首先要對(duì)原材料進(jìn)行理化性能測(cè)試分析和工藝對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，找出材料在主要成份和雜質(zhì)控制方面的問題，以便對(duì)原材料供應(yīng)商進(jìn)行管理，并提出技術(shù)改造方案，促使材料廠家按照筆者公司技術(shù)要求進(jìn)行改進(jìn)。從而獲得在工藝上穩(wěn)定、產(chǎn)品一致性好，且價(jià)格合理的原材料。

由于原材料生產(chǎn)工藝的原因，導(dǎo)致所購(gòu)買的原材料或多或少都含有鐵磁性物質(zhì)，因此，需要利用磁選機(jī)嚴(yán)格控制和檢驗(yàn)粉料的含鐵量。

材料粒度組成從40目到400目不等，需要按配方要求進(jìn)行配比。

等離子承燒板的主要原材料有白剛玉、莫來石、氧化鋁微粉、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯噴涂粉等，其化學(xué)組成如表1所示。

3 等離子噴涂承燒板的工藝流程

復(fù)合承燒板的生產(chǎn)工藝流程分為兩個(gè)階段：基板制備流程和涂層制備流程。主要生產(chǎn)設(shè)備有球磨機(jī)、振動(dòng)磨、振動(dòng)篩、磁選機(jī)、混砂機(jī)、高溫遂道爐、液壓機(jī)、等離子噴涂設(shè)備等。

3.1基板的制備

等離子噴涂承燒板的基板的工藝流程如圖1所示。

3.1.1配料及混料

首先，根據(jù)配方的組成及含量進(jìn)行配料，并加入一定量的添加劑；然后，進(jìn)行混料（混料采用半干法混料，混料設(shè)備為混砂機(jī)?；炝系恼澈蟿┯泄I(yè)純聚乙烯醇、工業(yè)純甲基纖維素等。）；其次，控制攪拌時(shí)間，水份含量一般控制在1.5%~3.0%，并進(jìn)行人工造粒和困料；最后，將獲得物料均勻、流動(dòng)性好的陶瓷泥料，備用。

3.1.2成型

陶瓷成型有干壓法和熱壓鑄法、軋膜法等多種成型方法，本文主要采用干壓法成型制備復(fù)合承燒板，設(shè)備為四柱液壓機(jī)。干壓法成型對(duì)粉體的流動(dòng)性、粒度分布以及密度的要求較高，并且泥料水分含量要低。

干壓成型技術(shù)是實(shí)現(xiàn)本產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一，決定了陶瓷坯片質(zhì)量和生產(chǎn)效率的高低能否滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。因此，干壓成型技術(shù)中組合模具的設(shè)計(jì)和制造顯得尤為重要。經(jīng)過不斷研究、試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)固定式模架結(jié)構(gòu)，只能提供單面加壓，且更換煩瑣，難以應(yīng)付生產(chǎn)不同規(guī)格生產(chǎn)的需要。經(jīng)試驗(yàn)研究對(duì)比，發(fā)現(xiàn)采用浮動(dòng)式模架結(jié)構(gòu)后，更換容易，并可滿足多種規(guī)格生產(chǎn)的需要。同時(shí)，采用浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了雙面加壓。通過上述方法壓制獲得的產(chǎn)品，其精度和壓強(qiáng)都得到了提高，壓強(qiáng)由140MPa升到160MPa，精度從±0.25mm升到±0.15mm，使產(chǎn)品毛坯密度提升，減少了由于密度低、布料不均勻而引起的質(zhì)量問題。

3.1.3生坯干燥

干燥的目的是為了減少生坯進(jìn)爐排膠前的水分，降低產(chǎn)品開裂率。由于生坯本身水分含量比較低，本文采用自然干燥法干燥生坯，既節(jié)約能源，簡(jiǎn)化工序，又達(dá)到了毛坯脫水干燥過程中基本平整不變形，且不損傷坯片表面質(zhì)量，并可疊層燒成，疊層數(shù)量一次可以達(dá)到20～30片。

3.1.4燒成

陶瓷承燒板的燒成與其它陶瓷燒成不同。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用平式裝板工藝，產(chǎn)品容易開裂、變形。此外，燒成后基片出現(xiàn)表面麻點(diǎn)、凹凸、嚴(yán)重翹曲變形，以及開裂等質(zhì)量問題與燒結(jié)工藝有關(guān)；而裝載數(shù)量、燒結(jié)溫度曲線直接影響了產(chǎn)品的變形率和性能。

通過研究，針對(duì)不同形狀或規(guī)格的產(chǎn)品，按要求制定出合理的裝板方式和數(shù)量，并改進(jìn)裝板工藝，選用適合的裝匣，每片坯片之間撒敷一薄層高純剛玉隔離砂，可以防止燒結(jié)后基片粘結(jié)，優(yōu)化高溫遂道窯燒成不同產(chǎn)品的溫度曲線和推板速度，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，有效地解決了開裂、變形等問題，提高了產(chǎn)品的合格率及效益，降低了生產(chǎn)成本。

3.1.5基板檢驗(yàn)

基板的檢驗(yàn)主要是剔除有斑點(diǎn)、開裂、缺損、彎曲即變形等不良剛玉-莫來石基板。

3.2涂層的制備

涂層制備工藝流程如圖2所示。

3.2.1基板刻沙

由于剛玉-莫來石基板表面比較光滑，不利于噴涂時(shí)上粉。因此，需要通過噴砂摩刻獲得粗造的表面，擴(kuò)大比表面積，提高涂層與基體表面的結(jié)合力。

3.2.2基板表面噴涂

基板表面噴涂需要先干燥預(yù)處理噴涂氧化鋯粉和噴砂后的剛玉-莫來石基板；然后將噴涂氧化鋯粉放進(jìn)專用設(shè)備的送粉裝置里，工作時(shí)把氧化鋯粉送到噴槍噴嘴中；將剛玉-莫來石基板裝夾在噴涂專用工作臺(tái)上；啟動(dòng)專用等離子噴涂設(shè)備，把氣體送到噴槍中，點(diǎn)燃噴槍產(chǎn)生等離子焰流，開始對(duì)剛玉-莫來石基板進(jìn)行熔射噴涂；噴完其中一面后再噴涂另一面，每一面涂層厚度≥0.12mm。

4 產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)

產(chǎn)品主要質(zhì)量檢測(cè)儀器有TZ型陶瓷吸水率測(cè)試儀、SKZ數(shù)顯式抗折儀、GH材料荷重軟化測(cè)試儀、超高溫臥式膨脹儀、電子顯微鏡、X-射線熒光光譜儀、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微計(jì)等。

等離子噴涂承燒板的化學(xué)組成及物理特性如表2所示。

除上述測(cè)試與檢驗(yàn)外，還會(huì)到客戶處定期抽樣檢驗(yàn)。由于其使用壽命因客戶的燒成制度不同會(huì)有較大的差別，一般情況下循環(huán)使用次數(shù)不少于60次。否則，將被視為不合格。

5 產(chǎn)品的市場(chǎng)化情況

等離子噴涂承燒板是可以制作成各種形狀，主要有方形平板、扇形平板、平板帶有支撐腳、在平板上面帶有條狀或網(wǎng)狀溝槽，或者重疊平板之間夾有墊塊等，主要用于承燒鎳電極片式多層陶瓷電容器。圖3為筆者公司生產(chǎn)的有支撐腳方形平板、扇形平板等離子噴涂承燒板外觀示意圖。

等離子噴涂承燒板研發(fā)成功后，經(jīng)國(guó)內(nèi)多家MLCC生產(chǎn)廠家試用，使用效果與進(jìn)口承燒板接近。從2006年后，該產(chǎn)品被大批量投入市場(chǎng)，目前已逐漸替代了部分進(jìn)口等離子噴涂承燒板，并已占有穩(wěn)定的市場(chǎng)份額。

6 總結(jié)

（1） 以電熔剛玉、電熔莫來石和釔穩(wěn)定氧化鋯噴涂粉等為主要原材料，經(jīng)過混料、干法成型、燒成和等離子噴涂等工序，可以獲得以剛玉-莫來石為基體復(fù)合釔穩(wěn)定氧化鋯為涂層的等離子噴涂承燒板。它具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、抗蠕變性、抗熱震性和較高的使用溫度(最高1600℃)，表面涂層化學(xué)穩(wěn)定性好，不易與燒成產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng)，能在較高的溫度下反復(fù)使用60次以上不開裂。同時(shí)，可以根據(jù)客戶要求，制作成各種形狀，特別適宜做燒成陶瓷電子元器件的承燒材料。

（2） 該產(chǎn)品投放市場(chǎng)以來，能滿足國(guó)內(nèi)用戶要求，并可以替代同類進(jìn)口等離子噴涂承燒板。

（3） 隨著節(jié)能降耗、環(huán)保，以及資源節(jié)約等要求的提高，陶瓷電子元器件對(duì)承燒板有了更高、更新的技術(shù)要求，等離子噴涂承燒板將向大規(guī)格超薄長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展。但是，與國(guó)際同行先進(jìn)產(chǎn)品在使用壽命方面相比較，還存在一定的差距。因此，還需要對(duì)等離子噴涂承燒板繼續(xù)深入跟蹤研究，以適應(yīng)技術(shù)發(fā)展潮流，縮小差距。

參考文獻(xiàn)

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山陶瓷,2013(2)：23～25.

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1990,12：4～80

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摘 要：本文介紹了一種用于鎳電極片式疊層陶瓷電容器（MLCC）承燒的等離子噴涂承燒板，并詳細(xì)介紹了該產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝過程，以及闡述了這種等離子噴涂承燒板性能、應(yīng)用及市場(chǎng)化情況。

關(guān)鍵詞：等離子噴涂；承燒板；剛玉-莫來石；釔穩(wěn)定氧化鋯；研究

1 引言

等離子噴涂承燒板主要包括中間夾層剛玉-莫來石基板、兩面氧化鋯熔敷涂層，其氧化鋯涂層是采用大氣等離子噴涂(APS)技術(shù)制備的，一般應(yīng)用在鎳電極片式疊層陶瓷電容器（MLCC）排膠和燒結(jié)等工藝上，其目的是在高溫條件下，承燒鎳電極片式疊層陶瓷電容器的生胚。

由于鎳電極片式疊層陶瓷電容器（MLCC）的燒結(jié)溫度一般達(dá)到1200℃以上，被承燒產(chǎn)品是疊層承燒，每層承燒板加產(chǎn)品重量約0.7kg，一般疊10～12層左右，而承燒板最大可能承受約10kg的壓力。同時(shí)，承燒板除要承受移動(dòng)時(shí)的推力和裝卸產(chǎn)品時(shí)的摩擦力外，還要經(jīng)受多次冷熱循環(huán)，所以其使用環(huán)境非常惡劣。因此，我們對(duì)承燒板的性能要求較高，一般要求承燒板在不發(fā)生斷裂及嚴(yán)重變形的情況下，氧化鋯涂層堅(jiān)固，化學(xué)穩(wěn)定性極好，不與所承燒產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng)。

承燒板行業(yè)是技術(shù)密集型行業(yè)，由于針對(duì)不同的客戶需求，其生產(chǎn)工藝不同，導(dǎo)致每個(gè)客戶使用條件不同，對(duì)承燒板的規(guī)格和性能有不同要求，需要有針對(duì)性去開發(fā)相應(yīng)配方和模具，并且還需要客戶試用合格后才能進(jìn)行技術(shù)定型和批量生產(chǎn)。

目前，用于承燒鎳電極片式疊層陶瓷電容器的復(fù)合承燒板，大部分依靠進(jìn)口，但其價(jià)格昂貴，成本較高，因此，阻礙了行業(yè)的正常發(fā)展。國(guó)外類似承燒板的生產(chǎn)廠家主要有：住友化工、三井金屬礦業(yè)、covalent大阪窯業(yè)等。

廣東羚光新材料股份有限公司開展承燒板專項(xiàng)研究，研究了顆粒組成、結(jié)合劑種類及含量對(duì)剛玉-莫來石質(zhì)承燒板熱震穩(wěn)定性的影響。目前，在技術(shù)上已取一定的突破，如：研制出了高溫、高強(qiáng)度的剛玉-莫來石復(fù)合承燒板，在1100℃水冷循環(huán)的熱震次數(shù)超過5次不斷。經(jīng)國(guó)內(nèi)某廠家試用 ,其壽命達(dá)到其要求。目前，生產(chǎn)的等離子噴涂承燒板已經(jīng)大批量投放市場(chǎng)，并被一些上市公司及大型外資企業(yè)等采用。

2 等離子承燒板的制備材料

等離子承燒板的制備對(duì)原材料要求較高，國(guó)產(chǎn)的材料存在規(guī)模偏小、粉體粒度大小不同、雜質(zhì)含量較多，以及批量不一致等問題。為了獲得合適的原材料，首先要對(duì)原材料進(jìn)行理化性能測(cè)試分析和工藝對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，找出材料在主要成份和雜質(zhì)控制方面的問題，以便對(duì)原材料供應(yīng)商進(jìn)行管理，并提出技術(shù)改造方案，促使材料廠家按照筆者公司技術(shù)要求進(jìn)行改進(jìn)。從而獲得在工藝上穩(wěn)定、產(chǎn)品一致性好，且價(jià)格合理的原材料。

由于原材料生產(chǎn)工藝的原因，導(dǎo)致所購(gòu)買的原材料或多或少都含有鐵磁性物質(zhì)，因此，需要利用磁選機(jī)嚴(yán)格控制和檢驗(yàn)粉料的含鐵量。

材料粒度組成從40目到400目不等，需要按配方要求進(jìn)行配比。

等離子承燒板的主要原材料有白剛玉、莫來石、氧化鋁微粉、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯噴涂粉等，其化學(xué)組成如表1所示。

3 等離子噴涂承燒板的工藝流程

復(fù)合承燒板的生產(chǎn)工藝流程分為兩個(gè)階段：基板制備流程和涂層制備流程。主要生產(chǎn)設(shè)備有球磨機(jī)、振動(dòng)磨、振動(dòng)篩、磁選機(jī)、混砂機(jī)、高溫遂道爐、液壓機(jī)、等離子噴涂設(shè)備等。

3.1基板的制備

等離子噴涂承燒板的基板的工藝流程如圖1所示。

3.1.1配料及混料

首先，根據(jù)配方的組成及含量進(jìn)行配料，并加入一定量的添加劑；然后，進(jìn)行混料（混料采用半干法混料，混料設(shè)備為混砂機(jī)?；炝系恼澈蟿┯泄I(yè)純聚乙烯醇、工業(yè)純甲基纖維素等。）；其次，控制攪拌時(shí)間，水份含量一般控制在1.5%~3.0%，并進(jìn)行人工造粒和困料；最后，將獲得物料均勻、流動(dòng)性好的陶瓷泥料，備用。

3.1.2成型

陶瓷成型有干壓法和熱壓鑄法、軋膜法等多種成型方法，本文主要采用干壓法成型制備復(fù)合承燒板，設(shè)備為四柱液壓機(jī)。干壓法成型對(duì)粉體的流動(dòng)性、粒度分布以及密度的要求較高，并且泥料水分含量要低。

干壓成型技術(shù)是實(shí)現(xiàn)本產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一，決定了陶瓷坯片質(zhì)量和生產(chǎn)效率的高低能否滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。因此，干壓成型技術(shù)中組合模具的設(shè)計(jì)和制造顯得尤為重要。經(jīng)過不斷研究、試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)固定式模架結(jié)構(gòu)，只能提供單面加壓，且更換煩瑣，難以應(yīng)付生產(chǎn)不同規(guī)格生產(chǎn)的需要。經(jīng)試驗(yàn)研究對(duì)比，發(fā)現(xiàn)采用浮動(dòng)式模架結(jié)構(gòu)后，更換容易，并可滿足多種規(guī)格生產(chǎn)的需要。同時(shí)，采用浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了雙面加壓。通過上述方法壓制獲得的產(chǎn)品，其精度和壓強(qiáng)都得到了提高，壓強(qiáng)由140MPa升到160MPa，精度從±0.25mm升到±0.15mm，使產(chǎn)品毛坯密度提升，減少了由于密度低、布料不均勻而引起的質(zhì)量問題。

3.1.3生坯干燥

干燥的目的是為了減少生坯進(jìn)爐排膠前的水分，降低產(chǎn)品開裂率。由于生坯本身水分含量比較低，本文采用自然干燥法干燥生坯，既節(jié)約能源，簡(jiǎn)化工序，又達(dá)到了毛坯脫水干燥過程中基本平整不變形，且不損傷坯片表面質(zhì)量，并可疊層燒成，疊層數(shù)量一次可以達(dá)到20～30片。

3.1.4燒成

陶瓷承燒板的燒成與其它陶瓷燒成不同。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用平式裝板工藝，產(chǎn)品容易開裂、變形。此外，燒成后基片出現(xiàn)表面麻點(diǎn)、凹凸、嚴(yán)重翹曲變形，以及開裂等質(zhì)量問題與燒結(jié)工藝有關(guān)；而裝載數(shù)量、燒結(jié)溫度曲線直接影響了產(chǎn)品的變形率和性能。

通過研究，針對(duì)不同形狀或規(guī)格的產(chǎn)品，按要求制定出合理的裝板方式和數(shù)量，并改進(jìn)裝板工藝，選用適合的裝匣，每片坯片之間撒敷一薄層高純剛玉隔離砂，可以防止燒結(jié)后基片粘結(jié)，優(yōu)化高溫遂道窯燒成不同產(chǎn)品的溫度曲線和推板速度，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，有效地解決了開裂、變形等問題，提高了產(chǎn)品的合格率及效益，降低了生產(chǎn)成本。

3.1.5基板檢驗(yàn)

基板的檢驗(yàn)主要是剔除有斑點(diǎn)、開裂、缺損、彎曲即變形等不良剛玉-莫來石基板。

3.2涂層的制備

涂層制備工藝流程如圖2所示。

3.2.1基板刻沙

由于剛玉-莫來石基板表面比較光滑，不利于噴涂時(shí)上粉。因此，需要通過噴砂摩刻獲得粗造的表面，擴(kuò)大比表面積，提高涂層與基體表面的結(jié)合力。

3.2.2基板表面噴涂

基板表面噴涂需要先干燥預(yù)處理噴涂氧化鋯粉和噴砂后的剛玉-莫來石基板；然后將噴涂氧化鋯粉放進(jìn)專用設(shè)備的送粉裝置里，工作時(shí)把氧化鋯粉送到噴槍噴嘴中；將剛玉-莫來石基板裝夾在噴涂專用工作臺(tái)上；啟動(dòng)專用等離子噴涂設(shè)備，把氣體送到噴槍中，點(diǎn)燃噴槍產(chǎn)生等離子焰流，開始對(duì)剛玉-莫來石基板進(jìn)行熔射噴涂；噴完其中一面后再噴涂另一面，每一面涂層厚度≥0.12mm。

4 產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)

產(chǎn)品主要質(zhì)量檢測(cè)儀器有TZ型陶瓷吸水率測(cè)試儀、SKZ數(shù)顯式抗折儀、GH材料荷重軟化測(cè)試儀、超高溫臥式膨脹儀、電子顯微鏡、X-射線熒光光譜儀、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微計(jì)等。

等離子噴涂承燒板的化學(xué)組成及物理特性如表2所示。

除上述測(cè)試與檢驗(yàn)外，還會(huì)到客戶處定期抽樣檢驗(yàn)。由于其使用壽命因客戶的燒成制度不同會(huì)有較大的差別，一般情況下循環(huán)使用次數(shù)不少于60次。否則，將被視為不合格。

5 產(chǎn)品的市場(chǎng)化情況

等離子噴涂承燒板是可以制作成各種形狀，主要有方形平板、扇形平板、平板帶有支撐腳、在平板上面帶有條狀或網(wǎng)狀溝槽，或者重疊平板之間夾有墊塊等，主要用于承燒鎳電極片式多層陶瓷電容器。圖3為筆者公司生產(chǎn)的有支撐腳方形平板、扇形平板等離子噴涂承燒板外觀示意圖。

等離子噴涂承燒板研發(fā)成功后，經(jīng)國(guó)內(nèi)多家MLCC生產(chǎn)廠家試用，使用效果與進(jìn)口承燒板接近。從2006年后，該產(chǎn)品被大批量投入市場(chǎng)，目前已逐漸替代了部分進(jìn)口等離子噴涂承燒板，并已占有穩(wěn)定的市場(chǎng)份額。

6 總結(jié)

（1） 以電熔剛玉、電熔莫來石和釔穩(wěn)定氧化鋯噴涂粉等為主要原材料，經(jīng)過混料、干法成型、燒成和等離子噴涂等工序，可以獲得以剛玉-莫來石為基體復(fù)合釔穩(wěn)定氧化鋯為涂層的等離子噴涂承燒板。它具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、抗蠕變性、抗熱震性和較高的使用溫度(最高1600℃)，表面涂層化學(xué)穩(wěn)定性好，不易與燒成產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng)，能在較高的溫度下反復(fù)使用60次以上不開裂。同時(shí)，可以根據(jù)客戶要求，制作成各種形狀，特別適宜做燒成陶瓷電子元器件的承燒材料。

（2） 該產(chǎn)品投放市場(chǎng)以來，能滿足國(guó)內(nèi)用戶要求，并可以替代同類進(jìn)口等離子噴涂承燒板。

（3） 隨著節(jié)能降耗、環(huán)保，以及資源節(jié)約等要求的提高，陶瓷電子元器件對(duì)承燒板有了更高、更新的技術(shù)要求，等離子噴涂承燒板將向大規(guī)格超薄長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展。但是，與國(guó)際同行先進(jìn)產(chǎn)品在使用壽命方面相比較，還存在一定的差距。因此，還需要對(duì)等離子噴涂承燒板繼續(xù)深入跟蹤研究，以適應(yīng)技術(shù)發(fā)展潮流，縮小差距。

參考文獻(xiàn)

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1990,12：4～80

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摘 要：本文介紹了一種用于鎳電極片式疊層陶瓷電容器（MLCC）承燒的等離子噴涂承燒板，并詳細(xì)介紹了該產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝過程，以及闡述了這種等離子噴涂承燒板性能、應(yīng)用及市場(chǎng)化情況。

關(guān)鍵詞：等離子噴涂；承燒板；剛玉-莫來石；釔穩(wěn)定氧化鋯；研究

1 引言

等離子噴涂承燒板主要包括中間夾層剛玉-莫來石基板、兩面氧化鋯熔敷涂層，其氧化鋯涂層是采用大氣等離子噴涂(APS)技術(shù)制備的，一般應(yīng)用在鎳電極片式疊層陶瓷電容器（MLCC）排膠和燒結(jié)等工藝上，其目的是在高溫條件下，承燒鎳電極片式疊層陶瓷電容器的生胚。

由于鎳電極片式疊層陶瓷電容器（MLCC）的燒結(jié)溫度一般達(dá)到1200℃以上，被承燒產(chǎn)品是疊層承燒，每層承燒板加產(chǎn)品重量約0.7kg，一般疊10～12層左右，而承燒板最大可能承受約10kg的壓力。同時(shí)，承燒板除要承受移動(dòng)時(shí)的推力和裝卸產(chǎn)品時(shí)的摩擦力外，還要經(jīng)受多次冷熱循環(huán)，所以其使用環(huán)境非常惡劣。因此，我們對(duì)承燒板的性能要求較高，一般要求承燒板在不發(fā)生斷裂及嚴(yán)重變形的情況下，氧化鋯涂層堅(jiān)固，化學(xué)穩(wěn)定性極好，不與所承燒產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng)。

承燒板行業(yè)是技術(shù)密集型行業(yè)，由于針對(duì)不同的客戶需求，其生產(chǎn)工藝不同，導(dǎo)致每個(gè)客戶使用條件不同，對(duì)承燒板的規(guī)格和性能有不同要求，需要有針對(duì)性去開發(fā)相應(yīng)配方和模具，并且還需要客戶試用合格后才能進(jìn)行技術(shù)定型和批量生產(chǎn)。

目前，用于承燒鎳電極片式疊層陶瓷電容器的復(fù)合承燒板，大部分依靠進(jìn)口，但其價(jià)格昂貴，成本較高，因此，阻礙了行業(yè)的正常發(fā)展。國(guó)外類似承燒板的生產(chǎn)廠家主要有：住友化工、三井金屬礦業(yè)、covalent大阪窯業(yè)等。

廣東羚光新材料股份有限公司開展承燒板專項(xiàng)研究，研究了顆粒組成、結(jié)合劑種類及含量對(duì)剛玉-莫來石質(zhì)承燒板熱震穩(wěn)定性的影響。目前，在技術(shù)上已取一定的突破，如：研制出了高溫、高強(qiáng)度的剛玉-莫來石復(fù)合承燒板，在1100℃水冷循環(huán)的熱震次數(shù)超過5次不斷。經(jīng)國(guó)內(nèi)某廠家試用 ,其壽命達(dá)到其要求。目前，生產(chǎn)的等離子噴涂承燒板已經(jīng)大批量投放市場(chǎng)，并被一些上市公司及大型外資企業(yè)等采用。

2 等離子承燒板的制備材料

等離子承燒板的制備對(duì)原材料要求較高，國(guó)產(chǎn)的材料存在規(guī)模偏小、粉體粒度大小不同、雜質(zhì)含量較多，以及批量不一致等問題。為了獲得合適的原材料，首先要對(duì)原材料進(jìn)行理化性能測(cè)試分析和工藝對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，找出材料在主要成份和雜質(zhì)控制方面的問題，以便對(duì)原材料供應(yīng)商進(jìn)行管理，并提出技術(shù)改造方案，促使材料廠家按照筆者公司技術(shù)要求進(jìn)行改進(jìn)。從而獲得在工藝上穩(wěn)定、產(chǎn)品一致性好，且價(jià)格合理的原材料。

由于原材料生產(chǎn)工藝的原因，導(dǎo)致所購(gòu)買的原材料或多或少都含有鐵磁性物質(zhì)，因此，需要利用磁選機(jī)嚴(yán)格控制和檢驗(yàn)粉料的含鐵量。

材料粒度組成從40目到400目不等，需要按配方要求進(jìn)行配比。

等離子承燒板的主要原材料有白剛玉、莫來石、氧化鋁微粉、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯噴涂粉等，其化學(xué)組成如表1所示。

3 等離子噴涂承燒板的工藝流程

復(fù)合承燒板的生產(chǎn)工藝流程分為兩個(gè)階段：基板制備流程和涂層制備流程。主要生產(chǎn)設(shè)備有球磨機(jī)、振動(dòng)磨、振動(dòng)篩、磁選機(jī)、混砂機(jī)、高溫遂道爐、液壓機(jī)、等離子噴涂設(shè)備等。

3.1基板的制備

等離子噴涂承燒板的基板的工藝流程如圖1所示。

3.1.1配料及混料

首先，根據(jù)配方的組成及含量進(jìn)行配料，并加入一定量的添加劑；然后，進(jìn)行混料（混料采用半干法混料，混料設(shè)備為混砂機(jī)?；炝系恼澈蟿┯泄I(yè)純聚乙烯醇、工業(yè)純甲基纖維素等。）；其次，控制攪拌時(shí)間，水份含量一般控制在1.5%~3.0%，并進(jìn)行人工造粒和困料；最后，將獲得物料均勻、流動(dòng)性好的陶瓷泥料，備用。

3.1.2成型

陶瓷成型有干壓法和熱壓鑄法、軋膜法等多種成型方法，本文主要采用干壓法成型制備復(fù)合承燒板，設(shè)備為四柱液壓機(jī)。干壓法成型對(duì)粉體的流動(dòng)性、粒度分布以及密度的要求較高，并且泥料水分含量要低。

干壓成型技術(shù)是實(shí)現(xiàn)本產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一，決定了陶瓷坯片質(zhì)量和生產(chǎn)效率的高低能否滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。因此，干壓成型技術(shù)中組合模具的設(shè)計(jì)和制造顯得尤為重要。經(jīng)過不斷研究、試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)固定式模架結(jié)構(gòu)，只能提供單面加壓，且更換煩瑣，難以應(yīng)付生產(chǎn)不同規(guī)格生產(chǎn)的需要。經(jīng)試驗(yàn)研究對(duì)比，發(fā)現(xiàn)采用浮動(dòng)式模架結(jié)構(gòu)后，更換容易，并可滿足多種規(guī)格生產(chǎn)的需要。同時(shí)，采用浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了雙面加壓。通過上述方法壓制獲得的產(chǎn)品，其精度和壓強(qiáng)都得到了提高，壓強(qiáng)由140MPa升到160MPa，精度從±0.25mm升到±0.15mm，使產(chǎn)品毛坯密度提升，減少了由于密度低、布料不均勻而引起的質(zhì)量問題。

3.1.3生坯干燥

干燥的目的是為了減少生坯進(jìn)爐排膠前的水分，降低產(chǎn)品開裂率。由于生坯本身水分含量比較低，本文采用自然干燥法干燥生坯，既節(jié)約能源，簡(jiǎn)化工序，又達(dá)到了毛坯脫水干燥過程中基本平整不變形，且不損傷坯片表面質(zhì)量，并可疊層燒成，疊層數(shù)量一次可以達(dá)到20～30片。

3.1.4燒成

陶瓷承燒板的燒成與其它陶瓷燒成不同。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用平式裝板工藝，產(chǎn)品容易開裂、變形。此外，燒成后基片出現(xiàn)表面麻點(diǎn)、凹凸、嚴(yán)重翹曲變形，以及開裂等質(zhì)量問題與燒結(jié)工藝有關(guān)；而裝載數(shù)量、燒結(jié)溫度曲線直接影響了產(chǎn)品的變形率和性能。

通過研究，針對(duì)不同形狀或規(guī)格的產(chǎn)品，按要求制定出合理的裝板方式和數(shù)量，并改進(jìn)裝板工藝，選用適合的裝匣，每片坯片之間撒敷一薄層高純剛玉隔離砂，可以防止燒結(jié)后基片粘結(jié)，優(yōu)化高溫遂道窯燒成不同產(chǎn)品的溫度曲線和推板速度，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，有效地解決了開裂、變形等問題，提高了產(chǎn)品的合格率及效益，降低了生產(chǎn)成本。

3.1.5基板檢驗(yàn)

基板的檢驗(yàn)主要是剔除有斑點(diǎn)、開裂、缺損、彎曲即變形等不良剛玉-莫來石基板。

3.2涂層的制備

涂層制備工藝流程如圖2所示。

3.2.1基板刻沙

由于剛玉-莫來石基板表面比較光滑，不利于噴涂時(shí)上粉。因此，需要通過噴砂摩刻獲得粗造的表面，擴(kuò)大比表面積，提高涂層與基體表面的結(jié)合力。

3.2.2基板表面噴涂

基板表面噴涂需要先干燥預(yù)處理噴涂氧化鋯粉和噴砂后的剛玉-莫來石基板；然后將噴涂氧化鋯粉放進(jìn)專用設(shè)備的送粉裝置里，工作時(shí)把氧化鋯粉送到噴槍噴嘴中；將剛玉-莫來石基板裝夾在噴涂專用工作臺(tái)上；啟動(dòng)專用等離子噴涂設(shè)備，把氣體送到噴槍中，點(diǎn)燃噴槍產(chǎn)生等離子焰流，開始對(duì)剛玉-莫來石基板進(jìn)行熔射噴涂；噴完其中一面后再噴涂另一面，每一面涂層厚度≥0.12mm。

4 產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)

產(chǎn)品主要質(zhì)量檢測(cè)儀器有TZ型陶瓷吸水率測(cè)試儀、SKZ數(shù)顯式抗折儀、GH材料荷重軟化測(cè)試儀、超高溫臥式膨脹儀、電子顯微鏡、X-射線熒光光譜儀、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微計(jì)等。

等離子噴涂承燒板的化學(xué)組成及物理特性如表2所示。

除上述測(cè)試與檢驗(yàn)外，還會(huì)到客戶處定期抽樣檢驗(yàn)。由于其使用壽命因客戶的燒成制度不同會(huì)有較大的差別，一般情況下循環(huán)使用次數(shù)不少于60次。否則，將被視為不合格。

5 產(chǎn)品的市場(chǎng)化情況

等離子噴涂承燒板是可以制作成各種形狀，主要有方形平板、扇形平板、平板帶有支撐腳、在平板上面帶有條狀或網(wǎng)狀溝槽，或者重疊平板之間夾有墊塊等，主要用于承燒鎳電極片式多層陶瓷電容器。圖3為筆者公司生產(chǎn)的有支撐腳方形平板、扇形平板等離子噴涂承燒板外觀示意圖。

等離子噴涂承燒板研發(fā)成功后，經(jīng)國(guó)內(nèi)多家MLCC生產(chǎn)廠家試用，使用效果與進(jìn)口承燒板接近。從2006年后，該產(chǎn)品被大批量投入市場(chǎng)，目前已逐漸替代了部分進(jìn)口等離子噴涂承燒板，并已占有穩(wěn)定的市場(chǎng)份額。

6 總結(jié)

（1） 以電熔剛玉、電熔莫來石和釔穩(wěn)定氧化鋯噴涂粉等為主要原材料，經(jīng)過混料、干法成型、燒成和等離子噴涂等工序，可以獲得以剛玉-莫來石為基體復(fù)合釔穩(wěn)定氧化鋯為涂層的等離子噴涂承燒板。它具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、抗蠕變性、抗熱震性和較高的使用溫度(最高1600℃)，表面涂層化學(xué)穩(wěn)定性好，不易與燒成產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng)，能在較高的溫度下反復(fù)使用60次以上不開裂。同時(shí)，可以根據(jù)客戶要求，制作成各種形狀，特別適宜做燒成陶瓷電子元器件的承燒材料。

（2） 該產(chǎn)品投放市場(chǎng)以來，能滿足國(guó)內(nèi)用戶要求，并可以替代同類進(jìn)口等離子噴涂承燒板。

（3） 隨著節(jié)能降耗、環(huán)保，以及資源節(jié)約等要求的提高，陶瓷電子元器件對(duì)承燒板有了更高、更新的技術(shù)要求，等離子噴涂承燒板將向大規(guī)格超薄長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展。但是，與國(guó)際同行先進(jìn)產(chǎn)品在使用壽命方面相比較，還存在一定的差距。因此，還需要對(duì)等離子噴涂承燒板繼續(xù)深入跟蹤研究，以適應(yīng)技術(shù)發(fā)展潮流，縮小差距。

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1990,12：4～80

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