吉林建筑大学 吉林长春 130117
摘要：玻璃陶瓷的制备方法根据其所用原材料的种类、特性、对材料的性能要求而变化，主要有熔融法、烧结法、溶胶凝胶法、二次成型工艺、强韧化技术等。本文概述了玻璃陶瓷的几种低温烧结的生产工艺。
关键词：玻璃陶瓷；制备方法；低温烧结
引言
我国对玻璃陶瓷材料的研制开发始于20世纪70年代中期，直到90年代初才初步形成工业化生产。90年代初，在借鉴国外发达国家（主要是日本）的先进经验的基础上，我国在玻璃陶瓷材料的生产技术上取得了突破性进展，采用直接烧结法进行玻璃陶瓷工业化生产的先进技术，成功地解决了以压延法生产微品玻璃所带来的一系列技术难题。
1玻璃陶瓷的概述
玻璃陶瓷又称微晶玻璃是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料[1]。玻璃陶瓷的结构和性能与陶瓷和玻璃均不相同，其性质由晶相的矿物组成与玻璃相的化学组成以及它们的数量来决定，因而它集中了两者的特点，既具有较低的热膨胀系数，较高的机械强度，又具有显著的耐腐蚀、抗风化能力和良好的抗热震性能。与传统玻璃相比，其软化温度、热稳定性、化学稳定性、机械强度、硬度比较高，并具有一些特殊的性能；与陶瓷相比，它的显微结构均匀致密、表面光洁、制品尺寸准确并能生产特大尺寸的制品。它不仅可以替代工业及建筑业的传统材料，而且将开辟全新的应用领域，在国防、航空航天、电子、建筑、化工等领域作为结构材料、功能材料、装饰材料而获得广泛应用[2-4]。
2制备方法
2.1热压烧结法
热压烧结的定义：将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法[5]。
热压烧结的特点：热压烧结由于加热加压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力仅为冷压时的1/10；还能降低烧结温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械性能、电学性能良好的产品。无需添加烧结助剂或成型助剂，可生产超高纯度的陶瓷产品。热压烧结的缺点是过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高。
2.2溶胶凝胶法
溶胶凝胶技术是低温合成材料的一种新工艺，其原理是将金属有机或无机化合物作为先驱体，经过水解形成凝胶，再在较低温度下烧结，得到玻璃陶瓷。与熔融法和烧结不同发，溶胶凝胶法在材料制备的初期就进行控制，材料的均匀性可以达到纳米甚至分子级水平。该方法的优点包括：①其制备温度远低于传统方法，同时可以避免某些组分挥发、侵蚀容器、减少污染；②其组分完全可以按照原始配方和化学计量准确获得；③在分子水平上直接获得均匀的材料；④可扩展组成范围，制备传统方法不能制备的材料。溶胶凝胶法的缺点是生产周期长，成本高。另外，凝胶在烧结过程中有较大的收缩，制品容易变形。
2.3低温共烧陶瓷（LTCC）技术
LTCC技术是近年来兴起的一种具有多学科交叉性质的组合模块封装技术，该技术可制造出具有低介电损耗和嵌入式银电极的三维陶瓷封装模块，其具有优异的电子和热机械性能。玻璃陶瓷复合系基板材料是以玻璃为基质，陶瓷作为填充材料[7]。此复合材料的烧结性质主要取决于玻璃相，而物理性质则由玻璃相和结晶相共同决定。就介电性能而言，复合材料中的结晶相是介电性能的主要贡献者，而玻璃相也会相对会降低材料的介电常数，增加介电损耗。陶瓷颗粒在玻璃相中的溶解对熔体在烧成过程中的粘度有重要影响，因此玻璃材料的选择会影响复合材料的最终性能。此外，在大多数玻璃-陶瓷复合材料体系中，玻璃的作用不仅是充当填充料之间的粘结剂，而且还会在烧结过程中与填充料发生反应而形成额外的结晶相，这对材料最终的介电和机械性能都会有所改善。
LTCC技术工艺流程主要包括流延、裁片、打孔、通孔填充、导带及内植元件印刷、叠片、热压、烧结和检测等工序，具体过程如下：
（1）流延片的制备：将陶瓷和玻璃粉料以合适的比例混合，加入有机粘结剂，在聚酯膜上经过浆化后平铺在载带之上，控制好刮刀间隙，经干燥后获得致密且厚度均匀的生瓷带。
（2）流延片的裁剪：将流延得到的生瓷带，采用激光、切割机或冲床等切割成形状、大小合适的生瓷片。
（3）流延片的打孔：利用冲孔、钻孔或激光打孔的方式在生瓷片上打出用于散热和电路互联的通孔。通孔之中。
（4）通孔填充：采用丝网印制、厚膜印制或导体生片等方法将导体填料填充与属化。
（5）导带印刷：采用厚膜丝网印刷和计算机直接刻面相结合的方法将生瓷片金。
（6）叠压及切片，按照电路要求和先前设计，将印明好的导体和形成互连通孔的生资片投设计层数和期序依次叠放，给于定温度和压力：形成个多层基板坯体。再根据各元器件或极块所需尺寸要求，进行切割。
（7）烧结和测试将切制后的多层基板还体按照设计的烧结曲线一次性烧制成型。最后进行电学性能检测，剔除不合格产品。
该方法制备的产品有其显著优势：
（1）优异的高频和微波特性：由于LTCC材料拥有低介电常数、低插入损耗和低损耗角正切值，极大的提高了其信号传输速率。还可根据材料配方的变化，使其介电常数能够在一定范围内变化，从而增加了电路系统设计的灵活性。
（2）实现-体化集成封装：LTCC技术制作的多芯片模块可以实现互连基板和封装外壳的一体化，提高了封装密度和密封可靠性，减小了器件的尺寸质量。
（3）实现无源元器件的集成：LTCC技术可将电容、电感、滤波器等无源器件内植于封装基板内，实现高密度组装及封装模块的多功能化。
（4）采用高电导率导体材料：由于低温共烧温度低于900℃，使得金、银、铜等具有高电导率低熔点特性的金属得以应用，优化了电路系统的品质因数。
（5）高密度的布线能力：采用光刻成形厚膜技术或薄膜工艺，表面层的线宽和间距可以达到0.03-0.05mm。
（6）高加工效率、低成本：由于采用平行加工的生产工艺，多层基板坯体的各层可以并行加工和单独检验，避免了因后续制造工艺出现问题而导致前面所做工作的全部浪费，有利于提高加工效率，缩短生产周期，降低生产成本。
结语
综上所述在传统陶瓷生产中经常采用常压烧结方法，这种烧结方法比特殊烧结方法生产成本低，是最普遍的烧结方法。但其烧结温度较高，对窑炉要求也较高，能源浪费大。采用低温烧结工艺，在对坯体加热的同时进行加压，烧结不仅是通过扩散传质来完成，此时塑性流动起了重要作用，坯体的烧结温度将比常压烧结低很多，并且容易扩展玻璃的组成，是制备低温共烧陶瓷基板材料的有效方法。
参考文献：
[1]程金树.微晶玻璃[M].北京：化学工业出版社，2006.
[2]裘慧广，沈强，王传彬，等，微晶玻璃的种类、制备及其应用[J].中国建材科技，2005，14（1）：15-19.
[3]李秋义，姜玉丹，牟洪，等.微晶玻璃的发展状况及展望[J].青岛建筑工程学院学报，2004，25（4）：25-27.
[4]刘金彩.微晶玻璃饰面材料的应用与发展[J].上海建材，2007（2）：16-17.
[5]吴松全，李亚娟，王福平.Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的制备方法和应用现状[J].硅酸盐通报，2005（1）：76-88.