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低溫共燒陶瓷(LTCC)專用燒結(jié)鐘罩爐

日期:2018-2-27 9:40:53  作者:   流量:


  燒結(jié)是LTCC的生產(chǎn)工藝流程中重要的一環(huán),它是將經(jīng)過(guò)層壓的多層基板胚體放入燒結(jié)爐中,進(jìn)行排膠和燒結(jié)成型。排膠工藝對(duì)LTCC基板的質(zhì)量有著嚴(yán)重影響,排膠不充分,燒結(jié)后基板會(huì)起泡、變形或分層;排膠過(guò)量,又可能使金屬化圖形脫落或基板碎裂。低溫共燒技術(shù)的關(guān)鍵是燒結(jié)曲線和爐膛溫度的均勻性,燒結(jié)時(shí)升溫速度過(guò)快,會(huì)導(dǎo)致基板的平整度差和收縮率的一致性也差。

  此外,LTCC燒結(jié)鐘罩爐爐內(nèi)氣體的流動(dòng)狀況以及壓力等對(duì)爐溫均勻性,產(chǎn)品的燒成質(zhì)量有著較大的影響,通過(guò)調(diào)節(jié)噴射氣體流量以達(dá)到控制爐內(nèi)氣體排放的目的。LTCC低溫共燒陶瓷基片對(duì)溫度均勻性以及燒結(jié)曲線有著較高的要求,排膠段需向爐內(nèi)通入氣體來(lái)輔助排膠,如果通入的氣體溫度與爐溫相差過(guò)大,必將影響到爐內(nèi)溫度,可將輔助排膠氣體加熱到爐溫一致后經(jīng)過(guò)較短的保溫管道通入爐內(nèi),使進(jìn)入爐內(nèi)的氣體不對(duì)爐溫產(chǎn)生沖擊。

  上面提到燒結(jié)曲線對(duì)基片的燒成質(zhì)量有很大的影響,一般溫度控制僅僅是依靠布置在加熱器附近的溫度傳感器來(lái)控制的,而對(duì)于待燒基片位置的溫度卻不能夠如實(shí)的反映,這樣一來(lái),燒結(jié)曲線就不是基片所處的真實(shí)溫度過(guò)程,對(duì)燒結(jié)工藝帶來(lái)不確定性。為了使其一致,我們將串級(jí)控溫引進(jìn)到燒結(jié)爐中,通過(guò)加熱器附近和基片附近的兩組熱偶串接共同控制爐溫。

  燒結(jié)爐通常采用間歇式鐘罩爐結(jié)構(gòu),適用于非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝,允許對(duì)基板進(jìn)行檢查,從而提高成品率,整套設(shè)備由爐體、加熱元件、升降系統(tǒng)及裝載臺(tái)、空氣預(yù)熱系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)組成。如下為詳細(xì)說(shuō)明:

(1)陶瓷纖維爐襯:陶瓷纖維材料是目前除納米材料以外,導(dǎo)熱率低,絕熱節(jié)能效果好的耐火材料,它具有質(zhì)量輕、耐溫高、保溫效果好、施工方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)量輕可實(shí)現(xiàn)窯爐的輕型、高效化、減輕窯爐負(fù)荷,延長(zhǎng)爐體壽命。低熱容量可使窯爐在往復(fù)升降溫中吸收的熱量少,同時(shí)升降溫的速度加快。低導(dǎo)熱率可使窯爐隔熱效果好,熱損失少。

(2)進(jìn)氣量控制技術(shù):通過(guò)PLC控制質(zhì)量流量計(jì)或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣量的控制,采用質(zhì)量流量控制器或電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,能按曲線精確控制進(jìn)氣流量。

(3)爐壓控制:排膠段爐壓低,要小于100pa,燒成段爐壓為200-800pa,快速降溫段為800-2000pa,所以整個(gè)燒結(jié)過(guò)程都需要對(duì)爐壓進(jìn)行控制,穩(wěn)定而合適的爐壓對(duì)燒結(jié)質(zhì)量很重要。

(4)滾珠絲桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、定位精度高、傳動(dòng)可逆性等優(yōu)點(diǎn)。

(5)溫度均勻性技術(shù):爐膛越大、燒結(jié)溫度越低,溫度均勻的問(wèn)題就越突出,設(shè)在450*450*500mm的有效爐膛空間內(nèi),正常燒結(jié)溫度850℃時(shí),要實(shí)現(xiàn)各個(gè)截面的溫度均勻性達(dá)到±3℃的指標(biāo),有一定難度的,通常采用計(jì)算機(jī)模擬溫度場(chǎng)分布,建立各種邊界條件,比較分析選取的加熱器分布和爐籿設(shè)計(jì)。要保證爐膛有效空間內(nèi)的溫度均勻性,就是要保證各處產(chǎn)品所接收的熱量一致,首先,加熱器在爐體內(nèi)表面均勻分布。若采用單組加熱器加熱,由于熱場(chǎng)的固有特性——在高度方向呈梯度分布,要保證上、下溫度均勻性不太可能。所以設(shè)置爐墻四面或者五面加熱,每面單獨(dú)四組加熱器獨(dú)立加熱,相鄰面的同組加熱器互相串聯(lián),整個(gè)爐體按高度方向分四點(diǎn)控溫。其次,產(chǎn)品不直接置于加熱器的輻射之下,由于產(chǎn)品距離加熱器的距離不可避免的會(huì)有所不同,我們采用匣缽的承燒夾具設(shè)計(jì),頂部再蓋上蓋子,只在側(cè)面留小缺口或不留,靠縫隙透氣,便于產(chǎn)品內(nèi)膠體的排出。產(chǎn)品不再通過(guò)輻射直接接收熱能,而是通過(guò)夾具間接接收熱能,均勻性自然提高。再者,強(qiáng)制對(duì)流傳熱,壓縮空氣通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后送入爐膛內(nèi),氣體從爐體一面的分射盒的多個(gè)小孔攝入,從對(duì)面的排氣盒排出,在爐膛內(nèi)形成均勻氣流,充分改善爐膛有效空間內(nèi)產(chǎn)品由于輻射距離不一致而造成的受熱不均勻。


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