有机无机复合材料组成及其制备工艺研究开题报告

 2021-08-14 18:33:45

1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

毕业论文开题报告

学生姓名: 毛佳伟 学 号: 1105110219

所在学院: 材料科学与工程

专 业: 复合材料与工程

论文题目: 有机无机复合材料组成及其制备工艺研究

指导教师: 周洪庆

2015 年 1月12 日


开题报告填写要求

1.开题报告(含文献综述)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效;

2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见;

3.文献综述应按论文的格式成文,并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内,学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册);

4.有关年月日等日期的填写,应当按照国标GB/T 740894《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。如2004年4月26日或2004-04-26。


毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告

1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写

2000字左右的文献综述:

1.引言

低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic LTCC)技术是1982年开始发展起来的令人瞩目的整合组件的多学科交叉技术,该技术结合了厚膜技术和高温共烧陶瓷技术(HTCC)的优点,具有非常广阔的应用前景[1],已经成为无源集成的主流技术,成为无源元件领域的发展方向和新的元件产业的经济增长点。

LTCC技术是将低温烧结陶瓷粉制成厚度精确而且致密的生瓷带,作为电路基板材料,在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形,并将多个被动组件(如低容值电容、电阻、滤波器、阻抗转换器、耦合器等)埋入多层陶瓷基板中,然后叠压在一起,内外电极可分别使用银、铜、金等金属,在900℃下烧结,制成三维空间互不干扰的高密度电路,也可制成内置无源元件的三维电路基板,在其表面可以贴装IC和有源器件,制成无源/有源集成的功能模块,可进一步将电路小型化与高密度化,特别适合用于高频通讯用组件。

LTCC 技术主要的优点有:(a)在2.4MHz~80GHz 频率范围内,LTCC 技术带来的信号损失远远低于多层线路板技术;(b)基板烧成前对每一层布线和互连通孔进行质量检查,有利于提高多层基板的成品率和质量,缩短生产周期,降低成本;(c)由于使用嵌入元件而不是线路板上的表面贴装元件,模块尺寸减小20%~40%,系统成本更低;(d)满足无线应用RF频率范围要求的电子模块材料中,LTCC材料是最理想的材料[2]

2.LTCC材料体系

国际上,L T C C 基板材料主要有微晶玻璃、 低软化点玻璃复合陶瓷两大类体系, 其中硼硅酸盐玻璃复合氧化铝陶瓷等, 因其具有介电性能可调、 综合性能稳定的优异特性, 受到电路设计专家的青睐[16~17]

目前LTCC材料主要的制备方法是加入低熔点玻璃或氧化物作为烧结助剂,进行液相活性烧结,即由大量玻璃相和陶瓷相组成的共同体系---玻璃陶瓷。低熔点玻璃主要起助熔剂的作用,促进玻璃陶瓷复合材料的致密化,陶瓷填充物主要用来改善基板的机械强度、绝缘性和防止烧结时由于玻璃表面张力而引起的翘曲。材料的性能不仅与材料体系有关,还与烧结工艺的控制,如烧结升温速度、烧结温度、保温时间等有关。

3.流延成型技术

LTCC基板制备的核心技术是高质量基片坯体的成型,目前的成型方法主要有流延、干压、轧膜等,其中流延法设备简单,工艺稳定,可连续操作,生产效率高,可以实现高度自动化,成型坯体性能的重复性和尺寸的一致性水平高,是理想的陶瓷基板材料成型技术[3-5]。流延成型工艺包括浆料制备、球磨、成型、干燥、剥离基带等过程见图1。

图1 流延成型工艺流程图

3.1 流延用料及选择

流延成型用到的原料主要包括陶瓷粉料、溶剂、分散剂、粘结剂、增塑剂, 必要时还需要除泡剂和均化剂等。

3.1.1粉料

陶瓷粉料的外观物理参量是决定流延成品质量的关键因素,粉料的选择原则是:(1)严格控制陶瓷粉体的杂质含量。(2)严格控制陶瓷粉体的颗粒尺寸和形貌。

为了使成型的素坯膜中陶瓷粉体颗粒堆积致密,粉体的尺寸必须尽可能小。但另一方面,颗粒尺寸越小比表面积越大,浆料制备时所需的有机添加剂越多,导致素坯膜的排胶困难,干燥和烧结后收缩率增加,降低最终烧结陶瓷的体密度。一般流延成型所用Al2O3粉体比表面积为2-11m2/g,颗粒尺寸0.3-1.7um范围内[9]。颗粒形貌近球形较好。

3.1.2溶剂

溶剂的主要作用是溶解粘结剂、增塑剂和其他添加剂,分散粉粒,并为浆料提供合适的粘度。在溶剂的选择上首先要考虑以下几个因素:(1)能很好地溶解分散剂、粘结剂和增塑剂;(2)能分散陶瓷粉料;(3)在浆料中保持化学稳定性, 不与粉料发生化学反应;(4)提供浆料合适的粘度;(5)能在适当的温度下蒸发与烧除;(6)保证素坯无缺陷固化。

3.1.3分散剂

分散剂通过空间位阻稳定或静电位阻稳定机制,使陶瓷粉末在浆料中处于悬浮状态。粉料颗粒在流延料浆中分散均一与否直接影响素坯的质量及其烧结特性,从而影响烧结体的致密性、气孔率和机械强度等一系列特性。分散剂的分散效果是决定流延制膜成败的关键。对有机流延体系,常用分散剂有磷酸酯、乙氧基化合物、三油酸甘油酯、鲱鱼油,对自制的CaO-B2O3-SiO2系玻璃粉末的流延桨料, 选用3%的磷酸三丁酯作为分散剂时, 浆料的流变性能最好、沉积率最小, 且粘度为1300mPa .s, 适合于流延[3]

3.1.4 增塑剂

增塑剂的加入是为了保证素坯膜的柔韧性,降低粘结剂的玻璃化转变温度,使粘结剂在较低的温度下,链分子在外力的作用下卷曲和伸展,增加形变量。对于某种浆料中的粘结剂,不是每种增塑剂都合适,要针对不同粘结剂选择合适的增塑剂。通常采用的粘结剂与增塑剂的组合为PVB/DBP,PVA/PEG。

3.1.5 粘结剂

粘结剂是为了分散于陶瓷粉粒之间,连接颗粒,使流延片具有一定的强度和可操作性。选择粘结剂需要考虑的因素有:(1)素坯的厚度;(2)所选用溶剂的类型及其匹配性,应不妨碍溶剂挥发和不产生气泡;(3)易于烧除,不留残余物;(4) 能起到稳定浆料和抑制颗粒沉降的作用;(5)有较低的塑性转变温度,以确保在室温下不发生凝结;(6)与衬垫材料不相粘和易于分离。在有机流延体系中,常用粘结剂有PVB、聚丙烯酸甲酯、乙基纤维素和聚甲基丙烯酸[7]

4.新型流延技术

4.1 有机凝胶成型工艺

Gideon S. Grader[10]等研究了原位聚合流延制备生料带,结果表明,采用原位聚合法流延生料带及其烧结性能均优于传统的流延所制备的生料带性能。

4.2 水机凝胶成型工艺

水基凝胶流延成型是利用有机单体的聚合原理进行流延成型。该法是将陶瓷粉料分散于含有有机单体和交联剂的水溶剂中,制备出低粘度且高固相体积分数的浓悬浮体,然后加引发剂和催化剂,在一定温度条件下引发有机单体聚合,使悬浮体粘度增大,从而导致原位凝固成型,得到具有一定强度、可进行机加工的坯体[11,14,15],工艺流程如下。

图2 原位聚合流延成型示例

图4 水基凝胶成型工艺流程图

5.总结与展望

移动通信的迅速发展进一步促进了DC/DC变换器的小型化,为SMD型DC/DC变换器提供了广阔的应用市场。国外不少电源制造厂商都在采用LTCC技术积极开发标准的SMD型DC/DC变换器。一些新的DC/DC变换器设计还可提供较短的启动时间。电子元件小型化、集成化已成主流,对LTCC基板的要求也越来越高。低温共烧陶瓷( LTCC )多层基板由于其烧成温度低于900℃,可实现微细化布线, 特别是共烧基板材料的介电常数较低,热膨胀系数可以通过调整材料成分及结构能与Si的热膨胀系数接近,而且容易实现多层化[12]。基于这些优点,LTCC基板近年来在高速MCM封装,以及BGA、CSP等高密度封装中,应用越来越广泛[13]

现代电子元器件的微型化、集成化、低噪声和多功能化的发展趋势进一步加速,导致许多新型封装技术的相继问世。它的主要特点是无引线(或短引线)、片式化、细节距和多引脚。新型封装技术与片式元件表面组装技术相结合,开创了新一代微组装技术,作为微组装所用的陶瓷基片产业也因此迅速发展起来。而流延法正是适应这一需要发展起来的现代陶瓷成型方法。

流延成型是目前生产陶瓷薄片常用的方法之一。流延成型的工艺过程非常简单,但流延膜的厚度和流延膜的质量却不易控制,应仔细分析影响流延膜的厚度和流延膜的质量的因素,采取一定的措施,才能制备出厚度均匀、质量优异的薄片。流延成型方法的应用,不仅给电子设备、电子元件的微小型化以及超大规模集成电路的实现提供了广阔的前景, 而且给工程陶瓷的宏观结构设计和微观结构设计提供了可能,为材料的性能优化提供了一条新的途径。因此,流延成型是一种具有非常广阔应用前景的成型方法。

参考文献

[1] 周丹,王少洪,侯朝霞等. 多层流延坯片的叠层工艺研究进展[J].兵器材料科学与工程,2012,7.

[2] 钟慧,张怀武. 低温共烧结陶瓷(LTCC):特点、应用及问题[J].磁性材料及器件, 2003,8.

[3] 胡晓侠,周洪庆,刘敏等. 低温共烧CBS基片的流延成型及其性能的研究[J].硅酸盐通报,2007,2.

[4] Mistler, Richard E. The basic process for meeting the needs of the electronics industry[ J]. Merican Ceramic Society Bulletin, 1990,69( 6) : 1022-1026.

[5] Gutierrez C A, Moreno R. In fluence of slip preparation and casting conditions on aqueous tape casting of A l2O3 [ J] . Materials Research Bullet in,2001, 36 ( 11) : 2059-2072.

[6] Xiang J, Xie Z P, Huang Y. Processing of Al2O3 sheets by the ge-l tap e-casting process[ J] . Ceramics International 2002, 28( 1 ) : 17-22.

[7] 宋占永等. 陶瓷薄片的流延成型工艺概述[J].材料导报:综述篇,2009,5.

[8] 李冬云,乔冠军,金志浩. 流延法制备陶瓷薄片的研究进展[J].硅酸盐通报,2004.

[9] Hotza D, Greil P. [J]. Materials Letters, 1996, 26: 27-23.

[10] Gideon S. Grader. Tape Casting Slip Preparation by in situ Polymerization[J]. J.Am.Ceramic.Soc1993,76(7):1809-1814

[11]黄勇等. 陶瓷材料流延成型研究现状[J]. 硅酸盐通报,2001

[12] 过江,彭绪承,鲍永峰. 应用粒化高炉矿渣降低高水胶凝材料成本的可行性研究[J]. 湖南有色金属, 1997,13(1):13-14.

[13] 李东旭. 低钙玻璃态碱胶凝材料的研究进展[A]. 第一届全国化学激发剂材料研讨会论文集[C]. 南京: 南京工业大学出版社,2004.30-40.

[14] Henryk Tomaszewski, Helena Weglarz. Multilayer ceramic composites with high failure resistance[J]. Journal of the European Ceramic Society,2007,27:1373-1377.

[15] Yasuhiro Tanimoto, Tohru Hayakawa, Kimiya Nemoto. Characterization of sintered TCP sheets with various contents of binder prepared by tape-casting technique[J]. Dental Materials,2007,23:549-555.

[16]  D e r n o v s e kO , N a e i n iA , P r e uG , e ta l .L T C Cg l a s s - c e -r a m i cc o m p o s i t e s f o rm i c r o w a v e a p p l i c a t i o n [ J ] . JE u rC e -r a mS o c , 2 0 0 1 , 2 1 ( 1 0 - 1 1 ) : 1 6 9 3 - 1 6 9 7.

[17 ]   贾程棡, 钟朝位, 周晓华, 等 . 低温共烧陶瓷用硼硅酸盐玻璃的研究进展[J ] . 电子元件与材料, 2 0 0 6 , 2 5 ( 9 ) : 8 - 1 2.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告

2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):

一、本课题研究内容:

原料: 实验室自制玻璃粉(过100目);氧化铝(过100目);分散剂蓖麻油;实验室自配三元溶剂;增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP);粘结剂聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、丙烯酸树脂BR117和B66,环氧树脂E44,固化剂T31。

1、分析玻璃粉、氧化铝、色料在乙醇中的zeta电位

将少量的粉末分散在乙醇中,测其zeta电位,比较玻璃、氧化铝、色料表面电荷情况。比较PVB与PMMA结构等的区别,结合玻璃、氧化铝、色料表面电荷情况,研究生料带上下表面颜料分布不均的问题。

2、粘结剂对比实验设计方案:

(1)实验采用有机流延法,比较PVB和丙烯酸树脂这两类粘结剂对生料带及其烧结性能的影响。

(2)添加不同质量分数的PVB(4、6、8、10、12、14wt%),研究生片中粘结剂的含量与陶瓷颗粒间距间的关系。

(3)研究不同配比的PVB与环氧树脂E44的复合粘结剂对生料带及烧结性能影响。

二、实验仪器及其应用:

采用JA31001称重;GZX-9146MBE电热恒温鼓热干燥器烘料;769YP粉末压片机压片;TCW-32进行玻璃片子的烧成;游标卡尺测试样的直径的高度;阿基米德法测试样品体积密度;用美国Agilent 公司4294A 型阻抗分析仪测试试样10MHz下的εr和tgδ;用日本理学公司的Dmax/RB型X射线衍射仪进行物相分析;用日本电子公司的JSM5900的扫描电镜观察试样表面的形貌;用差热分析仪(DSC204)进行生料带的热分析;

剩余内容已隐藏,您需要先支付 10元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

课题毕业论文、开题报告、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。