成型是陶瓷基板的制備過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，影響陶瓷基板的質(zhì)量和成本。陶瓷基板的平整度、表面粗糙度、尺寸穩(wěn)定性等是影響基板后續(xù)制備覆銅、刻蝕電路的關(guān)鍵因素，這對(duì)陶瓷基板成形工藝提出了很高的要求，同時(shí)大批量生產(chǎn)也要求成型方法生產(chǎn)效率高、成本低。
陶瓷基板的制備與其他陶瓷部件一樣，其制備的包括混料、成型、燒結(jié)等基本步驟，由于陶瓷基板一般是1mm以下，甚至是 0.3mm 左右的超薄片體，成型和燒結(jié)都是制備的關(guān)鍵難點(diǎn)，且燒結(jié)后還需整平、磨拋等環(huán)節(jié)。
1、流延工藝
流延成型又稱為刮刀成型法、帶式澆注法等，是目前薄膜或薄片狀材料最重要的成型方法。該方法于 1947 年被首次用于生產(chǎn)陶瓷片狀材料。流延成型的特點(diǎn):
①生產(chǎn)效率高，可連續(xù)操作，自動(dòng)化水平高，工藝穩(wěn)定，非常適合批量化生產(chǎn)；
②坯體致密度較好，彈性及韌性好；
③可實(shí)現(xiàn)坯體厚度控制；
陶瓷基板流延成型的基本流程為：流延漿料調(diào)配、真空除泡、流延成型、排膠燒結(jié)等。其中，獲得具有高固相含量并且黏度適合的流延漿料是流延成型的關(guān)鍵。流延成型兼具高生產(chǎn)效率、超薄的雙重優(yōu)點(diǎn)，但由于坯體致密度較低，燒結(jié)時(shí)容易變形，制備大尺寸基板優(yōu)等品率低，因而提高導(dǎo)熱性、控制良品率是其面臨的主要問題。大尺寸陶瓷基板往往容易產(chǎn)生變形，采用流延成型與等靜壓成型相結(jié)合的粉體成型工藝來提高陶瓷基板流延生坯的密度，來進(jìn)一步減少坯體在燒結(jié)過程中的收縮，從而有助于獲得大尺寸高導(dǎo)熱陶瓷基板。
3、凝膠注模成型
20 世紀(jì) 90 年代初期，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory，ORNL)的 M.A.Jenny 和O.O.Omatete 發(fā)明了一種新的陶瓷成型技術(shù)—凝膠注模成型技術(shù)，是一種新型的制備高品質(zhì)復(fù)雜形狀陶瓷件的近凈成型技術(shù)。
凝膠注模成型是將陶瓷粉料分散于含有有機(jī)單體和交聯(lián)劑的水溶液或非水溶液中，制備出低粘度且高固相體積分?jǐn)?shù)的濃懸浮體 (>50vol%)，然后加入引發(fā)劑和催化劑，將懸浮體注入模具中，在一定的溫度條件下引發(fā)有機(jī)單體聚合，導(dǎo)致原位凝固成型。經(jīng)過低溫干燥得到強(qiáng)度很高、可進(jìn)行機(jī)加工的坯體。
圖 AIN生坯成型，來源：北京協(xié)同創(chuàng)新研究院
凝膠注模成型適用于厚度0.6～10mm的陶瓷基板成型，但自動(dòng)化程度和成型效率相對(duì)較低。批量化生產(chǎn)中一般利用漿料的自身重力作為動(dòng)力源注入模具，其工藝中對(duì)漿料流動(dòng)性、注入模具的流動(dòng)方式、凝膠時(shí)間控制、坯體干燥均勻性等方面要求較高，量化控制難度較大。凝膠注模用于基板成型目前少有批量化生產(chǎn)的實(shí)例，但與其他成型技術(shù)相比較，凝膠注模成型技術(shù)具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：
①適用范圍廣，對(duì)粉體無特殊要求；
②可實(shí)現(xiàn)近凈尺寸成型，制備出復(fù)雜形狀的部件；
③坯體強(qiáng)度高，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)成型工藝所制的坯體，可進(jìn)行機(jī)械加工；
④坯體有機(jī)物含量低；
⑤坯體和燒結(jié)體性能均勻性好；
⑥工藝過程易控制；
有研究結(jié)合凝膠注模和流延技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，嘗試?yán)眯路f的凝膠流延工藝制備高致密度和均勻性好的基片。
2、干壓成型
干壓成型是將經(jīng)過造粒、具有良好流動(dòng)性、粒度級(jí)配合適的粉料，裝入模具內(nèi)，通過壓機(jī)施加壓力，使粉料壓制成一定形狀的坯體。干壓成型工藝簡(jiǎn)單，操作方便，宜于大批量生產(chǎn)，且周期短，工效高，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化生產(chǎn)。坯體致密度高，尺寸比較精確，燒成收縮小，瓷件機(jī)械強(qiáng)度高，電性能較好。干壓成型適合于壓制圓形、薄片狀制品，產(chǎn)品密度高、基板平整度容易保證，但生產(chǎn)效率較低，制備超薄基板比較困難。
4、3D打印成型
3D 打印成型技術(shù)（3D printing technology）最早產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 70 年代末到 80 年代初，是目前備受關(guān)注的技術(shù)之一。3D 打印“增材制造”的加工思想，擺脫模具對(duì)傳統(tǒng)成型的限制，在當(dāng)今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的情況下，3D 打印成型可以實(shí)現(xiàn)頻繁的產(chǎn)品試制及改型，相比于傳統(tǒng)的加工方法具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。
目前已有一些國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試使用3D打印技術(shù)制備片狀陶瓷材料，此外，3D打印技術(shù)可大大簡(jiǎn)化多層共燒陶瓷基板工藝步驟，實(shí)現(xiàn)快速成型，為多層共燒陶瓷基板的集成化成型提供了新方法。
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活動(dòng)推薦：【邀請(qǐng)函】2024年3D打印陶瓷產(chǎn)業(yè)論壇（6月21日·深圳）
2024年3D打印陶瓷產(chǎn)業(yè)論壇
The Ceramic 3D Printing Industry Forum
深圳
主辦單位：艾邦智造
媒體支持：陶瓷科技視野、艾邦陶瓷展、南極熊3D打印網(wǎng)
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序號(hào)
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3D 打印陶瓷的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展
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陶瓷 3D 打印的全新方法
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陶瓷激光增材制造技術(shù)研究進(jìn)展
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醫(yī)療領(lǐng)域的 3D 打印陶瓷解決方案
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3D 打印氧化鋯陶瓷及其應(yīng)用
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氧化鋁陶瓷增材制造工藝研究進(jìn)展
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多材料高精度陶瓷 3D 打印技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用
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3D 打印陶瓷的脫脂與燒結(jié)工藝技術(shù)
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3D 打印非氧化物陶瓷材料的設(shè)計(jì)與制備
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氧化鋁陶瓷光固化漿料的制備
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3D 打印高分辨率陶瓷電路基板
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光固化 3D 打印陶瓷技術(shù)及光敏樹脂體系研究
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黏結(jié)劑噴射 3D 打印陶瓷關(guān)鍵技術(shù)
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增材制造壓電陶瓷的研究進(jìn)展
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3D 打印陶瓷部件測(cè)試方案
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