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凝胶注模技术是近年来发展起来的一种陶瓷材料近净尺寸成型工艺,被认为是纯度高、形状复杂陶瓷部件的最有发展前景的制备技术。本课题以半导体制造装备中所需精细陶瓷部件为应用背景,以日本进口半导体行业所用的高纯氧化铝为初始粉料,研究了超细氧化铝粉体以及不同粒径氧化铝混合粉体的凝胶注模制备工艺,系统探讨了不同粒径的粉体对料浆特性、生坯成型以及烧结的影响,并分析了烧结体的力学性能及其显微结构,对用凝胶注模技术制备半导体制造装备中的精细陶瓷部件进行了前期探索。主要工作包括:
1)研究了不同粒度配比的氧化铝料浆的制备,考察了粉体粒度、固相含量、料浆pH值、分散剂等因素对料浆粘度及流动性的影响,制备了凝胶注模用高固相含量(50vol﹪)、低粘度(108mPas)的料浆。料浆粘度随粗颗粒氧化铝比例的增加而略有下降。
2)考察了料浆中氧化铝粒度组成、干燥工艺和方法对生坯胶凝及收缩变形的影响。实验发现,利用湿石膏进行生坯的干燥是控制其收缩变形的有效方法。
3)研究了样品的烧结工艺,考察了不同样品的收缩变形、力学性能和显微结构,并探讨了影响其性能的因素。实验结果表明:在各烧结温度下,颗粒尺寸小的样品各项性能均最好,但样品的收缩率较大,坯体在制备过程中的变形开裂现象明显,且不易控制。综合各种因素,欲实现其工程实际应用,应选择具有合理粒度配比的粉体。