中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近年來(lái)，隨著太陽(yáng)能 電池、發(fā)光二極管、半導(dǎo)體、液晶顯示屏等片式/薄膜電子元件產(chǎn)品性能和產(chǎn)量不斷提高，對(duì)提供更高精度和性能的元件裝夾用真空吸盤(pán)的需求越來(lái)越大。真空吸盤(pán)與真空設(shè)備通過(guò)連接管接通，當(dāng)真空吸盤(pán)與待加工物如片式/薄膜材料等接觸時(shí)，真空設(shè)備開(kāi)始工作，使得真空吸盤(pán)內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，待加工物在大氣壓力作用下牢牢貼附在真空吸盤(pán)上，即可對(duì)待加工物進(jìn)行相應(yīng)加工作業(yè)。當(dāng)待加工物完成加工后，真空設(shè)備停止工作，緩慢向真空吸盤(pán)內(nèi)充氣，加工物自動(dòng)與真空吸盤(pán)分離，完成對(duì)待加工物的裝夾、加工和搬運(yùn)等工序。
傳統(tǒng)真空吸盤(pán)為通孔式金屬吸盤(pán)，如鋁合金、不銹鋼等吸盤(pán)，由于吸附孔的尺寸較大，在對(duì)片式/薄膜元件進(jìn)行吸附固定時(shí)，氣體壓力會(huì)導(dǎo)致薄片或薄膜材料在吸附孔附近產(chǎn)生局部彈性變形，給電路印刷等后續(xù)加工操作等帶來(lái)不利影響。目前通常采用氣孔尺寸微米級(jí)的多孔陶瓷作為真空吸盤(pán)，同時(shí)，為避免電子元件光刻加工時(shí)吸盤(pán)反射雜光造成干擾，真空吸盤(pán)的顏色要求為黑色。
我國(guó)電子元器件生產(chǎn)廠(chǎng)家目前所用黑色多孔陶瓷真空吸盤(pán)均為國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，且消耗量大，因此研究并制備新型黑色多孔陶瓷真空吸盤(pán)對(duì)于消除進(jìn)口依賴(lài)、降低國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)成本具有重要的意義和廣闊的應(yīng)用前景。
黑色多孔氧化鋁陶瓷的研究
黑色氧化鋁陶瓷是以Al2O3為主要成分，過(guò)渡金屬氧化物作為著色劑，同時(shí)添加燒結(jié)助劑，在一定的溫度下燒結(jié)而成。其中著色劑是此類(lèi)陶瓷的重要組成，決定了最終呈色。用作真空吸盤(pán)的此類(lèi)陶瓷，在選用著色劑時(shí)，要保證真空吸盤(pán)的呈色程度、機(jī)械強(qiáng)度、孔隙率以及孔徑大小。
過(guò)渡金屬氧化物著色劑
目前，國(guó)內(nèi)外常用做著色劑的過(guò)渡金屬氧化物有Fe2O3、CoO、NiO、Cr2O3、MnO2等，其中以Fe2O3、CoO、NiO、MnO2最為常用。因?yàn)檠趸X在高溫下發(fā)揮較弱，而過(guò)渡金屬氧化物則相反，溫度越高，揮發(fā)越快。這類(lèi)氧化物在高溫?zé)Y(jié)時(shí)形成尖晶石型化合物，其揮發(fā)性會(huì)有所降低。因此，為抑制過(guò)渡金屬氧化物的揮發(fā)，應(yīng)選擇合適的工藝條件使其在較低溫度下結(jié)合成尖晶石型化合物。
而黑色氧化鋁中的呈色效果主要是由不同的尖晶石型化合物決定的。下表是各種尖晶石型化合物的顏色。
▲尖晶石類(lèi)化合物及其顏色
黑色氧化鋁陶瓷的制備
目前，國(guó)內(nèi)外常采用兩步燒結(jié)法和一步燒結(jié)法制備此類(lèi)陶瓷。
一次合成法是將氧化鋁、著色氧化物、助溶劑直接按一定的配比和工藝來(lái)制備黑色氧化鋁。此法過(guò)程簡(jiǎn)單，但陶瓷著色比二次合成法稍差，其原因是Fe2O3、Cr2O3、CoO、V2O5、NiO和Mn2O3等著色氧化物在高溫下?lián)]發(fā)性都較強(qiáng)。
二次合成法是先利用一些金屬氧化物合成黑色色料，再把黑色色料、助溶劑、氧化鋁按一定配比和工藝來(lái)制備黑色氧化鋁。此法過(guò)程比較復(fù)雜，能耗高。
凝膠注模法制備黑色多孔氧化鋁陶瓷
多孔氧化鋁陶瓷是一種基體為氧化鋁，經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)，內(nèi)部含有大量相互貫通并且與表面也相通的微孔或孔洞結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。多孔陶瓷內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)、特定化學(xué)成分直接影響其形態(tài)和性質(zhì)，而影響孔隙結(jié)構(gòu)最為重要的因素是制備工藝與方法。
凝膠注模法是在陶瓷料漿中添加高分子有機(jī)物，利用其產(chǎn)生的聚合反應(yīng)，使得陶瓷料漿原位固結(jié)得到坯體，坯體中的水分蒸發(fā)留下孔隙，最后在高溫下進(jìn)行燒結(jié)，使坯體中的高分子有機(jī)物發(fā)生分解，從而得到具有一定孔隙率的多孔陶瓷材料，用作真空吸盤(pán)的黑色多孔氧化鋁陶瓷其氣孔率需達(dá)到40%左右。
用該方法制備的陶瓷孔隙率可以達(dá)到 95%，孔徑一般為納米級(jí)，并且氣孔分布相對(duì)均勻。
燒結(jié)助劑與著色劑對(duì)黑色多孔氧化鋁陶瓷的影響
在制備黑色多孔氧化鋁陶瓷過(guò)程中添加適量的燒結(jié)助劑，由于氧化鋁基體的晶格常數(shù)與某些燒結(jié)助劑相差不大，在燒結(jié)過(guò)程中易形成固溶體或者新相，使晶格發(fā)生畸變，從而降低燒結(jié)溫度；氧化物（MnO2）在燒結(jié)過(guò)程中生成了液相，由于液相具有流動(dòng)性與受到表面作用力的作用，加快了原子的擴(kuò)散速度，促進(jìn)混合尖晶石化合物的生成，使陶瓷試樣呈現(xiàn)不同程度的顏色。據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，在燒結(jié)助劑的含量相同時(shí)，減少氧化鋁的含量、增加著色劑含量，顏色加深。
由于凝膠注模法制備試樣的燒結(jié)溫度為1250℃，溫度較低，由于氧化物Fe2O3、MnO2同時(shí)具有著色和助熔作用，因此隨著著色劑含量的逐漸增多，氣孔率會(huì)有所下降，之后隨著著色劑含量的進(jìn)一步增多，MnO2在溫度較高時(shí)會(huì)有一定量的氣化，起到類(lèi)似發(fā)泡的作用，從而使得氣孔率增大。
采用多孔陶瓷制作的真空吸盤(pán)使用超細(xì)微米級(jí)孔和孔間距能夠可靠地處理更薄、更精細(xì)的工件。同時(shí)，該真空吸盤(pán)可以吸附不同尺寸的工件，不需要為不同的工件保持一系列的形狀和尺寸，從而節(jié)省成本和提高工作效率。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)黑色多孔陶瓷真空吸盤(pán)仍依賴(lài)進(jìn)口，研究其工藝原理及制備方向?qū)ζ髽I(yè)降低成本具有重大的意義。
參考來(lái)源：
趙元豪：黑色多孔氧化鋁陶瓷的制備工藝研究
張小鋒：黑色氧化鋁陶瓷制備與介電性能的研究
粉體網(wǎng)：黑色氧化鋁陶瓷:長(zhǎng)得黑也是一種優(yōu)勢(shì)!
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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