1.3 工艺及设备介绍

1.3.1 球磨

图1.3 行星式球磨机实物设备图

通过固态反应法制备锆钛酸铅系压电陶瓷材料，在混料，磨制过程中离不开球磨机，球磨机参数的设定也是制备工艺中的重要一环，如转速及球磨时间的设定，我们所使用的是行星式球磨机如图1.3，第一次混料完成后将混合好的粉料进行预烧，预烧完成后添加CuO作为助熔剂再次混料，最后再将有机物溶剂按照特定比例加入球磨罐中继续混合，制成具有一定黏度的浆料。在整个制作浆料的过程中球磨机的使用是非常频繁的，当然也是非常重要的。

1.3.2 流延工艺

图1.4 流延机设备实物图

先进的流延工艺可以制备非常薄的陶瓷片（最小甚至达10um），因此陶瓷器件的小型化成为了现实，其也为堆叠型多层陶瓷致动器发展应用奠定了基础。陶瓷流延工艺已经比较成熟，但是成熟并不意味着操作容易，流延是制备多层器件工艺的极其重要的一环，因为流延生片的好坏直接决定器件的好坏。流延过程主要有浆料的制备和流延成型两部分[19]，其中浆料的制备是关键，前期所制备的浆料首先要进行除气泡，除泡时间过短浆体会很稀，将会使得流延片在干燥后表面形成孔洞以及开裂，除泡时间过长将会导致浆过于粘稠以至于浆料无法通过刮刀，流延膜表面会产生较多颗粒，因此通过除气泡过程可以控制浆体的粘稠度。浆体的均匀程度对流延过程也会产生直接影响。找到浆体最佳的粘稠度也是流延过程的重要参数，当然对于分散性而言浆料应该搅拌的越均匀越好。浆料的制备是首先将配比好的陶瓷粉料、溶剂以及分散剂进行球磨混合，分散剂一般使用玉米油），溶剂使用有机溶剂[20]（水溶剂干燥速率较慢），水系溶剂所形成的流延片和我们采用PET膜的基带不易结合，流延片易出现开裂现象，但是有机溶剂就可以比较好的解决这些问题，而且有机溶剂所制备出的流延片其表面较为平整光滑，虽然其具有一定的毒性和较高的成本，但是极大提高了生产效率，对设备的要求也没有那么高，故而目前有机溶剂被广泛使用。除泡过程结束后就是浆料流延阶段。流延片厚度是可以自主调节的，根据我们的需求调节好刮刀间隙、传送带传送速率以及干燥区的温度[21-22]，干燥温度设置的比较低会导致流延片没有完全干燥，无法从基片上取下。流延具体操作：把浆料以固定的速率倒入浆料槽中，浆料槽是长的所以倒料点要不停移动以保证倒料的均匀，随基带以一定的速度缓慢向前移动，浆料经过刮刀会被挤出形成厚膜，再经过烘干区域干燥，最后从基片上揭下就得到了我们所需的流延生片。