[发明专利]水基流延法制备压电陶瓷片生坯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用流延法制备压电陶瓷片生坯的方法，尤其涉及一种以水为溶剂，采用流延法制备压电陶瓷片生坯的方法。

背景技术：流延是制备压电陶瓷膜片材料的工艺之一，它分为水基流延和非水基流延。非水基流延工艺比较成熟，制备的膜片质地均匀、强度高、韧性好、便于切割和加工，已在实际生产中应用多年；但非水基流延工艺需使用大量有毒的有机物作为溶剂，不仅生产成本高，而且易造成环境污染。水基流延工艺以水作为溶剂，有机物用量少、成本低、污染小，环境相容性业好。然而，目前广泛使用的流延设备普遍采用钢制的流延膜带，该膜带主要是针对非水基流延工艺而设计，其表面张力通常在19达因左右；而水基流延浆料表面张力较高，对钢制流延膜带表面的润湿性很差；在浆料干燥而形成流延膜片之前会出现非常明显的收缩，达不到压电陶瓷片的设计要求，因此需要对基流延工艺进行改进。

发明内容：针对现有技术存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种水基流延法制备压电陶瓷片生坯的方法，该方法能够利用现有的流延成型机、采用水基流延工艺制备出合格的压电陶瓷片生坯。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括对流延浆料进行除泡处理和流延烘干，所述流延浆料由下列重量百分比的原料配制而成：中位粒径为1微米的压电陶瓷粉60～70%、集合度为1200～2000、醇解度为50～99%的丙烯酸树脂乳液3～13%、型号为D-3019的分散剂0.1～2%、邻苯二甲酸二辛酯0.1～3%、其余为去离子水，其方法如下：

1）将上述分散剂与去离子水中混合均匀，然后加入压电陶瓷粉，球磨12～36小时，得陶瓷浆料；

2）向上述陶瓷浆料中加入所述丙烯酸树脂乳液和邻苯二甲酸二辛酯，球磨12～36小时，得流延浆料；

3）向上述流延浆料中加入正辛醇混合均匀，抽真空除泡；正辛醇的加入量为流延浆料体积的0.03～2%；

4）用流延成型机对经过除泡处理的流延浆料进行流延烘干，得压电陶瓷片生坯；该钢带流延机的温度区域为50℃、70℃、90℃、120℃，流延时间为3～18分钟。

在上述技术方案中，丙烯酸树脂乳液是丙烯酸树脂聚合物的稳定悬浮液，是通过丙烯酸单体在水中进行乳液聚合而得到，聚合物颗粒的粒径在30～500nm间。它的优点是固含量高（浓度可达到50wt%）、粘度低、玻璃化转变温度低、具有一定的分散功能，因此是一种非常适合制备流延浆料的粘结剂。丙烯酸树脂乳液虽是一种低粘度、高固含量的粘结剂，但流延浆料的粘度随丙烯酸树脂乳液用量的增加而呈线性增长，因此必须严格控制。这是因为它是高分子化合物，分子链长，分子间相互缠绕容易使体系粘度增加；因此，在保证陶瓷生坯膜片强度的前提下应尽量减少使用量。这不仅可以增加生坯膜片的固体密度、而且还可以降低制造成本。

分散剂的作用是防止陶瓷颗粒发生絮凝而导致颗粒沉降，因此分散剂也称为“反絮凝剂”。其主要机理是利用了分散剂分子的空间位阻效应和静电排斥效应，因此可以显著增加PZT粉末颗粒间的排斥作用。在固含量一定的条件下可明显降低浆料的粘度（不使用分散剂时，浆料粘度为250cP，分散剂用量为0.4 wt%时，粘度迅速下降至120cP）。然而，当分散剂用量多大时，浆料粘度反而有所增加。这是因为当分散剂用量超过一定浓度时，陶瓷粉末颗粒表面已完全被分散剂分子所包裹，多余的分散剂只能溶解于溶剂中。而分散剂为高分子化合物，具有长链结构，它们间的相互作用将导致浆料粘度的增加。可见分散剂用量并非越大越好，而是存在最佳用量。

通常，为了减少蒸发溶剂所需的热量、提高膜片强度、增加效率，往往希望浆料具有较高的固含量；这样可以减少生坯膜片中有机物的含量并致密度。但在其它条件一定的情况下，浆料粘度随固含量的增加而增加，因此必须选择合适的固含量范围，避免浆料粘度过高。

与现有技术比较，采用本发明由于采用了上述技术方案，以丙烯酸树脂乳液作为粘结剂、以邻苯二甲酸二辛酯为增塑剂、并采用正辛醇作为除泡剂、再配合型号为D-3019分散剂；因此可通过粘结剂和增塑剂的双重作用而降低流延浆料的表面张力，使其接近钢带的表面张力（350～600mPa.s），从而达到良好润湿的目的。采用本发明方法制备的水基流延浆料固含量高，其生产效率比PVA体系高出50%左右。

具体实施方式：下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明，具体步骤如下：

实施例1