等離子噴涂承燒板生產(chǎn)工藝研究

劉名惠 宋先剛 王英紅

摘 要：等離子噴涂承燒板主要應(yīng)用于電子元器件行業(yè)。本文對(duì)原料進(jìn)行了選型，并對(duì)原有工藝進(jìn)行了改進(jìn)，包括配料工序增加造粒功能、成型工序提高液壓機(jī)壓力、燒成工序改進(jìn)裝缽方式和燒溫曲線、噴砂工序改為自動(dòng)化操作等。上述研究提高了氧化鋁基板壽命和釔穩(wěn)定氧化鋯涂層的粘合力，從而有效提高了噴涂承燒板整體質(zhì)量，滿足了客戶的新需求。

關(guān)鍵詞：等離子噴涂；承燒板；氧化鋁；釔穩(wěn)定氧化鋯；電子元器件

等離子噴涂承燒板廣泛應(yīng)用于MLCC等電子元器件行業(yè)。公司客戶主要有風(fēng)華高科、潮州三環(huán)、太陽(yáng)誘電等，主要平板產(chǎn)品尺寸為150mm*150mm*5mm。近年來，客戶對(duì)噴涂承燒板的質(zhì)量提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，核心是降低雜質(zhì)含量、提高使用壽命。這就要求在保證客戶使用環(huán)境的基礎(chǔ)上，提高基板壽命、增加涂層粘合力。本文擬從原材料選型開始，通過對(duì)原有工藝改進(jìn)，使產(chǎn)品達(dá)到客戶新要求。

一、工藝流程

生產(chǎn)過程分為兩個(gè)階段，分別是氧化鋁基板制作和釔穩(wěn)定氧化鋯涂層制備，生產(chǎn)工藝流程見圖一。

二、生產(chǎn)設(shè)備和檢驗(yàn)設(shè)備

（1）主要生產(chǎn)設(shè)備

雙碾輪式混砂機(jī)、振動(dòng)篩、200T四柱液壓機(jī)、磁選機(jī)、隧道爐、等離子噴涂機(jī)（APS）。

（2）主要檢驗(yàn)設(shè)備

游標(biāo)卡尺、材料荷重軟化測(cè)試儀、吸水率測(cè)試儀、抗折儀、螺旋測(cè)微計(jì)。

三、原料選型

為防止雜質(zhì)較多影響客戶產(chǎn)品，需嚴(yán)格控制原料中雜質(zhì)含量。經(jīng)過研究客戶要求和對(duì)比試驗(yàn)分析，提高了主要化學(xué)成分的要求，并增加了氧化鈉和氧化鉀含量要求，確定了主要原料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，具體見表1。

四、基板制作

（1）配料

原有工藝為：根據(jù)氧化鋁基板配方領(lǐng)料后，再使用混砂機(jī)進(jìn)行混料處理，混料過程中逐步添加甲基纖維素、聚乙烯醇等添加劑。經(jīng)40～50分鐘混料、物料水分控制為2%～3%后出料、篩分、困料、除鐵?；炝檄h(huán)節(jié)對(duì)于物料的均勻性、流動(dòng)性有著至關(guān)重要的作用，也會(huì)影響基板成品質(zhì)量。本文研究對(duì)混砂機(jī)刮板進(jìn)行了改進(jìn)，使混砂機(jī)在混料時(shí)增加了造粒功能，有效提高了物料的均勻性和流動(dòng)性。

（2）成型

本公司采用液壓機(jī)進(jìn)行干壓。經(jīng)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)從145MPa提升到160MPa，生坯尺寸精度較處理前提高約20%，縮小至正負(fù)0.15mm，同時(shí)提高了生坯密度，有效降低了粉體密度不均對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

（3）干燥

生坯進(jìn)爐前需通過干燥處理，以提高生坯強(qiáng)度、利于裝缽。

（4）燒成

原工藝采用立式裝板處理，產(chǎn)品合格率約90%。本文研究在生坯中間放置1片高純剛玉隔離薄板，使生坯中的水分和膠水更易揮發(fā)；同時(shí)重新設(shè)計(jì)了燒溫曲線，使升降溫更平緩，并增加排膠時(shí)間。經(jīng)過上述改進(jìn)，基板產(chǎn)品變形率和開裂率大幅降低，合格率提升至97%。

五、涂層制備

（1）噴砂

原有工藝是員工手持噴砂機(jī)對(duì)著基板操作，員工工作經(jīng)驗(yàn)非常重要。為了提高效率、降低人為因素影響，本文研究設(shè)計(jì)了自動(dòng)化噴砂流水線工藝，確定了鋼砂D50粒度為0.3～0.6μm、壓縮空氣壓力為0.4～0.6MPa條件下，噴砂后的基板粗糙度最優(yōu)、與涂層粘合力最好。上述改進(jìn)同時(shí)提高了噴砂工序的質(zhì)量和效率。

（2）噴涂

使用等離子噴涂機(jī)（APS）將釔穩(wěn)定氧化鋯在高溫熔融狀態(tài)下噴涂在基板表面，可根據(jù)客戶要求反復(fù)噴涂以保證涂層厚度。

六、檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)

產(chǎn)品已通過3家大客戶批量認(rèn)證，對(duì)客戶產(chǎn)品無影響，使用壽命提高約30%，可保證循環(huán)150次、約9個(gè)月時(shí)間承燒板不斷裂、涂層不脫落，產(chǎn)品物化指標(biāo)和壽命均達(dá)到客戶要求。

七、總結(jié)

本文通過研究分析，確定了原材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及更加適合的工藝流程和工藝參數(shù)，研制的等離子噴涂承燒板產(chǎn)品雜質(zhì)含量低、工作壽命長(zhǎng)，符合客戶使用要求。

參考文獻(xiàn)

[1]張鵬飛，李新梅.等離子噴涂WC-Co涂層的研究現(xiàn)狀和性能改善措施[J].熱加工工藝，2016（8）：7-10.

[2]劉偉，陳瑞芳，花銀群，等.GH586等離子噴涂CoCrAlYTaSi涂層的高溫氧化性能研究[J].熱加工工藝，2017（10）：188-191.

[3]任偉.等離子噴涂Cr_2O_3涂層的顯微硬度及耐磨性能研究[J].熱加工工藝，2017（22）：178-180.

[4]梁存光，李新梅.曲面響應(yīng)法在等離子噴涂WC-12Co涂層工藝優(yōu)化中的應(yīng)用[J].材料科學(xué)與工藝，2018，26（2）：90-96.

[5]尹瀛月，烏日開西·艾依提，張建杰.等離子噴涂技術(shù)在骨科植入物表面改性的應(yīng)用[J].熱加工工藝，2016（6）：33-35.

[6]Mishra S K，Jagdeesh N，Pathak L C.Fabrication of Nanosized Lanthanum Zirconate Powder and Deposition of Thermal Barrier Coating by Plasma Spray Process[J].Journal of Materials Engineering & Performance，2016，25（7）：2570-2575.

（作者單位：廣東羚光新材料股份有限公司）