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1、河南科技大学毕业设计（论文）开题报告（学生填表）学院：材料科学与工程学院 2011年 3月 8日课题名称Ba2Ti9O20微波介质陶瓷流延浆料的流变特性研究学生姓名魏雯清专业班级硅光伏071课题类型论文指导教师李谦职称副教授课题来源科研1. 设计（或研究）的依据与意义微波介质陶瓷是现代通讯技术中广泛使用的谐振器、滤波器、介质基片等微波元器件的关键材料。随着微波通讯的迅猛发展，对以微波介质陶瓷为基础的微波电路元件提出了更高的要求。BaO-TiO2系陶瓷材料具有良好的介电性能，因此该材料倍受注目，Ba2Ti9O20具有较佳的微波介电特性，是目前应用在高频微波元件的重点材料之一。单一纯相的Ba2Ti
2、9O20相对介电常数r=39.8,介电损耗低(在4GHz时，其Q值8000),而且其共振频率对温度的变化很稳定(f=210-6/)的优点。为了满足微波元器件小型化、集成化的要求，有效的控制陶瓷尺寸，我们通常使用流延法制备陶瓷基片。流延法是一种制备大型薄板陶瓷材料的重要成型方法，流延成型主要用于成型大型薄板陶瓷和金属件，这类材料是不可能或者很难通过压制或挤压的方式来成型。现在,流延成型已成为生产多层电容器和多层陶瓷基片的支柱技术,同时也是生产电子元件的必要技术：如用Al2O3制得各种厚度的集成电路基板和衬垫材料；用BaTiO3制成电容器介质材料；用ZrO2制成固体氧化物燃料电池、氧泵和氧传感器等
3、。为了流延成型出要求的尺寸和形状，同时又没有裂纹等缺陷的陶瓷素坯，必须要求流延浆料具有良好的流变特性。因此，流延成型前对于流延浆料的主要性能以及影响因素的研究是十分必要的。通过实验和对实验数据的分析来选定最佳的流延浆料组分组成，在流延成型之前要选择合适的溶剂、分散剂、塑化剂、粘结剂等有机添加剂的种类及含量。主要参考的性能指标参数有浆料的沉降速率、沉降比、粘度、粘度与剪切速率之间的关系、电泳流动性、剪切速率指数。为了满足流延要求，要有沉降速率小、最终沉降比小、粘度适宜、电泳流动性大、剪切速率指数小的陶瓷流延浆料。目前陶瓷流延浆料制备中，有机流延溶剂多采用异丙醇(IPA)基和乙醇(EtOH)基溶剂
4、体系，最常用的有乙醇/甲乙酮、乙醇/三氯乙烯、乙醇/甲苯、甲苯/正丁醇等二元共沸溶剂；常用的分散剂有聚乙烯(PE)、 鱼油(fish oil)、磷酸酯(phosphate ester)、蓖麻油(caster oil)、脂肪酸(fatty acid)等；常用的塑化剂有酞酸二丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯甲苯等；常用粘结剂有聚乙烯、氯乙烯、丁酸盐、石油树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁酯等。2.国内外同类设计(或同类研究)的概况综述流延成型(Tape casting ,亦称Doctor blading 或Knife coating)是薄片陶瓷材料的一种重要成型方法,该工艺是由Glenn N. Howatt
5、 首次提出并应用于陶瓷成型领域,并于1952 年获得专利。目前，由于流延成型的诸多优点被越来越广泛地被意识到，目前它的应用领域也日益广泛。但是总体而言，国内在流延浆料性能方面的研究还是相对落后的，并且在研究过程中测定的参数指标少而缺乏新意。在Dispersion and rheological studies of Y-PSZ tape casting slurry中，文章对能够被广泛运用在固体氧化物燃料电池、氧敏元件等多领域的先进陶瓷Y-PSZ的流延浆料的性能进行了深入研究。在溶剂体系的选择方面，测试了浆料的沉降速率和最终沉降比。但是在分散剂的选择方面，除了对浆料的沉降速率、沉降比和粘度与剪
6、切速率之间关系进行研究之外，还对分散剂含量与浆料的屈服应力之间进行了研究。从而能够更加准确地选择分散剂种类和最佳含量。除此之外，对没有加入塑化剂之前和加入塑化剂之后浆料的剪切速率和粘度的关系也进行了对比研究，直接反映出塑化剂在流延浆料中的具体作用。有些文献运用了新颖的参数指标来表征流延浆料的性能。在研究分散剂对于流延浆料性能的影响时，使用电泳流动性来表征。在国内的相关文章中还未有见到类似研究方法。同时为了更好的解释分散剂的作用机理，对含有不同量分散剂的流延浆料的剪切速率常数进行了测定。目前国内外对流延浆料的性能研究大多数放在流延成型之前，且多选择压电陶瓷体系。有少量文章涉及到了流延成型后坯体和
7、陶瓷基片的性能研究，从而很好地从侧面反应流延浆料的性能好坏。有文献对素坯的致密度、抗折强度、膨胀系数、弯曲度、气孔率以及烧结过程中温度对陶瓷基片的微观结构都进行了详细地研究。但是在微波介质陶瓷领域流延浆料的流变性能研究还相当匮乏。鉴于传统的流延成型工艺不足之处：所使用的有机溶剂(如甲苯、二甲苯等) 具有一定的毒性,使生产条件恶化并造成环境污染,且生产成本较高。此外,由于浆料中有机物含量较高,生坯密度低,脱脂过程中坯体易变形开裂,影响产品质量。针对上述缺点,研究人员开始尝试用水基溶剂体系替代有机溶剂体系即水基溶剂流延成型、紫外引发聚合流延成型、水基凝胶流延成型等多种成型方法。3课题设计(或研究)
8、的内容1Ba2Ti9O20陶瓷的制备方法(固相合成法)。2流延浆料性能的各种主要影响因素以及这些因素的主要影响机理。3流延坯体的性能测试方法以及温度对流延陶瓷基片性能的影响。4设计(或研究)方法1固相合成Ba2Ti9O20粉体，并进行XRD分析2配制几组有机溶剂,选出效果较佳一组3对所选溶剂调整不同比例，选出最佳配比4用旋转粘度计测量流延浆料的流变特性5实施计划12 周 文献调研，开题报告的撰写，实验方案设计38 周 溶剂体系的选择913 周 分散剂的选择14 周 流延成型后坯体的性能研究1517 周 论文撰写，答辩指导教师意见指导教师签字： 2011年 3月 8日教研室意见教研室主任签字： 2011年 3月 8日
