Литье ленты (также называемое ракельным лезвием, ножевым покрытием и сдвигом хвостовика ) [1] — это процесс литья, используемый при производстве тонких керамических лент и листов из керамической суспензии . [2] Керамическая суспензия отливается тонким слоем на плоскую поверхность, а затем высушивается и спекается . [3] Это часть порошковой металлургии . [4] : 167
Литье ленты было впервые описано как метод массового производства конденсаторов . [1] В этом первом опубликованном описании от 1947 года процесс был описан следующим образом: [5]
«Описана машина, которая выдавливает керамический шликер со связующим веществом на движущейся ленте. Тонкий лист достаточно прочен в сухом виде, чтобы его можно было снять, разрезать или вырубить до любой желаемой плоской формы и обжечь».
В 1960 году был подан патент на литье многослойной ленты, а в 1996 году были отлиты первые ленты толщиной менее 5 мкм. [1]
Процесс литья ленты преобразует керамический порошок в тонкую пленку путем придания ему жидкой формы, отливки на плоскую поверхность и сушки. [6] Процесс включает несколько ключевых этапов:
Подготовка суспензии : сырье, обычно керамический порошок, смешивают с растворителями , диспергаторами , связующими, пластификаторами и другими добавками для образования равномерно диспергированной и стабильной суспензии. [6] [7]
Отливка шлама: Затем шлам отливается на плоскую поверхность с помощью ленточной литейной машины. Машина распределяет шлам в тонкую пленку требуемой толщины. [7]
Сушка : литая пленка, известная как зеленая лента, высушивается для удаления растворителей. Этот шаг имеет решающее значение для обеспечения сохранения лентой своей формы и целостности.
Резка и перфорация: высушенная зеленая лента разрезается или перфорируется в желаемые формы. Этот шаг часто используется для создания многослойных структур для электронных и энергетических приложений. [7]
Ламинирование : несколько слоев зеленой ленты можно укладывать друг на друга и ламинировать вместе при определенных условиях температуры, давления и времени выдержки для формирования целостной структуры.
Спекание : Затем слоистая структура спекается при высоких температурах для достижения желаемых конечных свойств, таких как механическая прочность и электропроводность.
Для достижения желаемой толщины и качества поверхности ленты используются различные механизмы литья, такие как ракельные ножи, щелевые дозаторы и устройства для нанесения микрогравюрных покрытий.
Начальной точкой процесса литья ленты является порошок, из которого должна состоять «лента». Это активный компонент конечного продукта, а другие компоненты, такие как связующий материал и растворители, должны быть совместимы с порошком. Порошок, как правило, очень мелкий, с максимальным размером частиц 5 микрометров. [8] Растворитель служит для того, чтобы позволить порошку быть отлитым, как если бы он был жидкостью, а также для распределения вторичных компонентов по ленте. Также добавляются поверхностно-активные вещества, чтобы контролировать поведение поверхности ленты. Кроме того, добавляется связующий материал. Это определяет объемную структуру и механические характеристики ленты. [1]
Ингредиенты шлама, упомянутые в предыдущем разделе, смешиваются и хранятся в резервуарах. [ необходима ссылка ]
Материал шликера транспортируется по трубам из резервуаров в литейную машину. Перед применением шликер может быть отфильтрован для удаления дефектных частиц. Отлитый шлам называется зеленым слоем или зеленым листом (это не относится к цвету листа) и требует дальнейшей обработки, такой как резка и сушка. [8]
Во время литья важно отливать идеально ровную поверхность без полос, для этого были разработаны различные механизмы литья, чтобы минимизировать скользящие потоки в пульпе. Лезвия, которые выравнивают и утончают отлитую поверхность, называются ракелями. Они бывают разных форм, например, с толстыми или тонкими плоскими режущими поверхностями, с закругленными краями и краями в форме лезвия ножа. [1] Для лент, которые отливаются тоньше 50 микрометров, покрытие наносится не сверху, а сбоку (щелевое нанесение покрытия) или снизу (губное нанесение покрытия и микрогравюрное нанесение покрытия).
Поверхность, на которой производится литье, может быть изготовлена из стали , стекла , покрытой бумаги и полимеров . Сталь является наиболее экономичной поверхностью, но удаление тонких листов со стальной поверхности затруднено, и стальная поверхность требует относительно частой замены из-за повреждений. [1]
Лента для литья высыхает только с одной стороны, открытой поверхности, поскольку поверхность литья непроницаема. Сушка зависит от двух процессов, а именно испарения растворителя с поверхности и диффузии растворителя через ленту к единственной открытой поверхности. Испарение можно ускорить, применив воздушную сушку. Однако обычно испарение следует ограничить, чтобы обеспечить равномерную диффузию растворителя. Если растворитель не покидает лист контролируемым образом, лента может треснуть или скрутиться. [1]
В зависимости от требований к продукту могут быть выполнены несколько этапов обработки, такие как резка, ламинирование, перфорация или термическая обработка. [9]
Этот процесс используется в производстве керамических конденсаторов , полимерных батарей , фотоэлектрических элементов , электродов для топливных элементов из расплавленного карбоната . Тонкие пленки толщиной до 5 микрометров могут быть получены с помощью литья ленты. [1] [8]