成形與塑形

流延成形(tape casting)

想像用一把直抹刀以固定高度替蛋糕抹糖霜:你會得到一層平滑均勻的膜,厚度恰好是你留的縫隙。流延成形就是把這個想法變成一台機器,用來做又薄又平的陶瓷片。陶瓷漿料被一把固定的刀刃鋪在一條長長移動的塑膠載帶上,乾燥成一張柔軟的片,再剝下成為生帶。它是幾乎所有層狀電子陶瓷背後那位安靜的主力——多層電容器的介電層、氧化鋁電路基板,以及固態氧化物燃料電池的電池片。

漿料配方在這裡幾乎比任何地方都更關鍵,因為帶子既要能流延,乾了之後又要柔軟到能拿取與裁切。它是粉末加上一種溶劑(有機的如乙醇-甲苯,或愈來愈多用水)、一種黏結劑(如聚乙烯醇縮丁醛,給乾帶強度與柔韌)、一種塑化劑(讓它不開裂),以及一種分散劑(防止粉末結塊)。刀刃——刮刀——以設定的縫隙懸在載帶上方,把漿料計量成受控濕厚度的膜。當帶子通過乾燥隧道時溶劑蒸發、膜隨之收薄;最終帶厚是刀縫的一個分數,通常落在約 10 microns 到一毫米之間。

乾了之後,生帶是一種百變的中間體:可以裁切、沖出導通孔、網印金屬電極,接著把許多層堆疊並在壓力與熱下疊層成一整塊、切成晶片、共燒。這套堆疊-共燒的路徑,正是多層陶瓷電容器把數百層電極塞進米粒大小封裝的方法。誠實的難處是流延生帶的密度偏低、乾燥收縮又大且在面內,因此配帶是在可流延性、強度與帶子乾燥時會拉多少之間走鋼索。

一種鈦酸鋇漿料在設為 40 micron 縫隙的刮刀下流延到移動的 PET 膜上;溶劑在乾燥隧道中揮發,帶子以約 20 microns 厚出來。在上面印好電極,把數百層這樣的帶子堆疊、疊層,再把方塊切割、共燒成多層陶瓷電容器。

刀刃把漿料鋪在移動的膜上,做成又薄又柔的生帶——層狀電子陶瓷的基本構件。

生帶刻意富含黏結劑與塑化劑——有機物可達數十 volume percent——所以生坯密度低、燒除必須溫和。真正限制帶子平整度與翹曲的,通常是巨大的面內乾燥收縮,而不是厚度。

又称
doctor-blade casting帶鑄帶狀澆鑄