[科普中国]-拉伸法高分子薄膜制备

拉伸法高分子薄膜制备是一种经混合、蒸发、干燥、切割等工艺之后可以得到所需成品的薄膜制备技术。因此，拉伸成型己成为生产电子组件的必要技术，同时也是生产片式多层陶瓷基片和片式多层陶瓷器件的支柱技术，为超大规模集成电路以及电子设备、电子组件的微型化的实现提供了广阔的前景。

简介拉伸法高分子薄膜制备被首次应用于陶瓷电容器的生产，由于拉伸成型工艺具有以下特点：（1）设备简单；（2）可连续操作；（3）生产效率高；（4）自动化水平高；（5）工艺稳定；（6）膜片性能均一的优点，广泛的应用于制备薄板陶瓷部件，据报导目前己能够成型出厚度为的产品。因此，拉伸成型己成为生产电子组件的必要技术，同时也是生产片式多层陶瓷基片和片式多层陶瓷器件的支柱技术，为超大规模集成电路以及电子设备、电子组件的微型化的实现提供了广阔的前景。

工艺过程拉伸成型的具体工艺过程是将陶瓷粉体与各种添加剂（粘结剂、增塑剂、分散剂等）在溶剂中混合，形成均勾稳定的装料。成型时众料从料槽流至基带之上，通过刮刀与基带的相对运动形成湿带，厚度由刮刀与基带的距离控制。将湿膜片连同基带一起送入供干室，在溶剂蒸发过程中，具有一定强度和柔初性的素片通过粘结剂的成膜作用将陶瓷颗粒粘结在一起而形成，干燥的素片连同基带一起或从基带上脱离卷轴待用。然后可按所需形状打孔、冲片或切割，最后经过烧结得到成品。

拉伸成型自其出现以来，不论是在技术装备上还是在理论方面一直都在不断的发展，成型工艺上有：传统的非水基拉伸成型工艺，环保型的水基拉伸成型工艺以及由此而派生出来的如：凝胶拉伸成型工艺、紫外引发聚合物成型工艺和拉伸等静压复合成型工艺等一系列新成型工艺。正是由于传统工艺的成熟、新工艺的研发使得拉伸成型工艺的发展越来越完善。1

分类非水基拉伸成型工艺传统的拉伸工艺即非水基拉伸成型工艺，其工艺包括：众料制备、球磨、脱泡、成型、干燥、剥离基带等工序。设备简单，工艺稳定，可连续操作，生产效率高，可实现高度自动化，皆为非水基拉伸成型工艺的特点。通常，拉伸成型的具体工艺过程是在有机溶剂中将陶瓷粉末与有机粘结剂、润湿剂、分散剂、塑性剂等添加剂混合，形成稳定均匀悬浮装料。成型时装料从料斗下部流至基带上，通过刮刀与基带的相对运动形成湿带，在表面张力的作用下形成光滑的上表面，还膜的厚度由刮刀与基带的间隙控制。待溶剂蒸发，有机结合剂在陶瓷颗粒间形成网络结构，形成具有一定强度和柔朝性的素片，干燥的素片与基带剥离后卷轴待用，最后经过烧结得到成品。目前传统的较为成熟的非水基拉伸成型，在陶瓷领域有广泛的应用，如通过非水基拉伸成型工艺来制备功能梯度材料、复合陶瓷薄膜、氧化锅陶瓷膜等。非水基拉伸成型工艺能够得到高质量的陶瓷素片，但由于所使用的有机溶剂具有毒性、挥发性以及价格偏高等原因，使人们开始尝试使用水作溶剂代替有机溶剂，发展了水基拉伸法成型工艺。

水基拉伸成型工艺水基拉伸成型工艺使用的溶剂为水，由于水分子是极性分子，而分散剂、增塑剂和粘结剂等是有机添加剂，与水分子之间存在兼容性的问题，因此在添加剂的选择上，为确保得到均一稳定的众料需选择水溶性或者能够在水中形成稳定乳池液的有机物。同时还应在保证众料稳定悬浮和素还强度和柔轫性的前提下，使粘结剂、增塑剂、分散剂等有机添加剂的用量尽量地少。水基拉伸成型具有价格低廉，无毒性，不易燃等优点，但也存在一些问题：（1）水的蒸发速率慢；（2）粘结剂所需的浓度高；（3）絮凝由于氢键引起的陶瓷粉末团聚也记忆发生；（4）工艺参数变化极易影响众料的性质，陶瓷膜表面的致密光滑现象不易得到；（5）还体结合不充分，脆性大，干燥易起泡开裂，易弯曲变形；（6）烧结开裂现象由于缺陷引起的应力集中而经常发生。关于水基拉伸成型工艺，在一些文献中都有大量的报道。

凝胶拉伸成型工艺凝胶注模成型在拉伸成型工艺中的护展应用为凝胶拉伸成型。该工艺是在含有交联剂和有机单体的溶剂中分散陶瓷粉料，制备出具有高固相体积分数且粘度低的陶瓷菜料，在一定的温度条件下加入的引发剂和催化剂引发有机单体聚合，从而导致原位凝固成型，得到具有一定强度和韧性的素片。

紫外引发聚合物拉伸成型工艺紫外引发拉伸成型是在拉伸装料中加入紫外光聚合引发剂和紫外光敏单体，应用了紫外引发原位聚合机制，使装料暴露在一定强度的紫外光下，通过引发剂的引发作用，时光敏单体发生聚合反应，形成网络结构，将颗粒固定其中，形成具有一定强度的素片。

装料拉伸后通过紫外照射引发聚合反应是紫外引发拉伸成型的最大特点，由于各组成成份原位固化，迅速成型，因此可以不经过复杂的干燥过程而直接脱模，从而避免干燥而造成的湿带收缩和素片开裂的现象的发生，提高了生产效率。

拉伸等静压成型工艺为提高膜片的成型密度和烧结密度，把拉伸成型和等静压成型有效地结合起来的拉伸等静压复合成型工艺形成了。由于拉伸膜片本身制备工艺的限制，其装料固含量较低，粘结剂和塑性剂在膜片干燥过程中难以填充溶剂挥发留下的气孔，从而许多四坑和孔洞会在膜片表面和内部出现，得到结构疏松的素片，且素片密度较低，而大量有机添加剂会在的烧结过程中除去，所以，致密的烧结体很难获得。虽然等静压二次成型的采用以提高素片的成型密度，并提高烧结体的密度。但是等静压成型设备昂贵，而且一道工序的增加，导致了成本的增加和生产效率降低。1

特点（1）低廉的设备和原材料价格，低的制作成本，高的生产效率，操作的可连续性，适用于工业生产；

（2）拉伸成型可实现厚度范围较宽的素片制备且厚度可控，因此在陶瓷工业得到广泛的应用；

（3）由于拉伸成型工艺可方便的制备不同组分比例的拉伸素片，因此，可按产品的性能要求制备出叠层复合材料；而且由于各叠层的厚度可实现精确控制，因此，理想的功能梯度复合材料可通过叠层烧结成功制备。1

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学