低溫共燒陶瓷銀漿用有機載體的制備及性能表征

胡永才，姚英邦

（廣東工業大學材料與能源學院 廣東 廣州 510006）

1 引言

低溫共燒陶瓷內電極銀漿在制備過程中需要用到絲網印刷工藝的限制，對銀漿的流變性要求較高，由于銀漿的制備技術已經十分成熟，并且易于生產，所以銀漿現在廣泛應用于電子元器件當中。然而，通過絲網印刷工藝獲得高質量的銀電極仍然是一個挑戰，因為在現階段的工藝水平中，很難保證低接觸電阻的同時減少銀漿的損耗[1]。為了克服這一系列的問題，必須對漿料的流變性和觸變性進行調整，使得銀漿易于絲網印刷，獲得高縱橫比、均勻性好的薄膜。漿料的流變性能，特別是漿料在整個印刷過程中的流動行為，包括印刷后的結構恢復，是影響漿料通過絲網印刷孔的能力和漿料在基材上不擴散的關鍵性能。聚合物黏結劑作為有機漿料介質中最重要的組分之一，有望在改變漿料流變特性方面發揮關鍵作用，從而對印刷網格線的質量產生強烈影響。

2 實驗部分

2.1 有機載體的制備

按比例精確稱取載體有機物各個組分，將其在玻璃燒杯中混合，放入60℃恒溫油浴磁力攪拌器攪拌均勻，直至乙基纖維素、卵磷脂和十六醇等難溶物完全溶解為止，并將其保存在室溫環境溫度下。

有機載體的組成成分及其含量見表1。

表1 有機載體的組成成分及含量

本文通過多組對照實驗，研究不同比例的領苯二甲酸二丁酯和領苯二甲酸二辛酯，以及不同含量的觸變劑對有機載體的觸變性和流變性的影響，其對照實驗思路如下。

研究不同領苯二甲酸二丁酯和領苯二甲酸二辛酯的相對含量對有機載體的黏度以及流變性能影響，具體實施方式見表2。

表2 鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二辛酯的相對含量的具體實施方式

2.2 實驗結果

圖1展示的是有記載體重不同比例的領苯二甲酸二丁酯和領苯二甲酸二辛酯的流變曲線圖。張及其團隊發現他們所自備的銀漿的有機載體的觸變指數（他們將觸變指數定義為剪切速率為5 s-1和50 s-1的黏度的比值）為9.35。從圖1中可以看到，所有的有機載體樣品都具有剪切變稀的行為。并且隨著剪切速率逐漸降低，有機載體的黏度逐漸恢復，在圖中表現為剪切黏度曲線具有遲滯現象。這一現象和漿料具有相同的趨勢，進一步說明漿料的流變性能主要受到有機載體的影響。許多理論被用來解釋流體的剪切變稀行為，其中許多研究者都認為，在流體靜置時，顆粒在流體之間形成了網狀結構，這些結構限制了有機高分子的自由流動，使得流體黏度較大，但是當外力施加之后，網狀結構被破壞，有機高分子開始逐漸流動起來，所以漿料的黏度降低，從而表現出剪切變稀行為。

圖1 編號1～6樣品的流變曲線圖

表3是樣品1～6觸變指數的原始數據。觸變指數常常被研究者們用來研究漿料的觸變性能。屈服應力也經常被用來表征漿料的觸變行為。LIN[2]及其團隊發現最佳的觸變指數（他們將觸變指數定義為剪切速率為3.84 s-1和38.4 s-1的黏度的比值）范圍是2.5～3.0。

表3 樣品1—6觸變指數

樣品（樣品1～6）的剪切速率——黏度曲線圖見圖2。

圖2 不同比例的領苯二甲酸二丁酯和領苯二甲酸二辛酯制備有機載體的（a）剪切速率應力曲線圖——Bingham模型、（b）剪切速率應力曲線圖——Casson模型和（c）屈服應力模擬結果圖

從表3中可以看出，樣品1、2、3、5均具有較高的觸變指數，分別為2.26、2.10、2.07、2.24。

一般來說，對于塑性或者假塑性流體就有一定值的屈服應力。不同流體的屈服應力不同，影響材料屈服應力的因素：這種屈服應力與其結構有關，其中隨機連接的顆粒或長分子鏈在靜止時形成穩定的網絡。為了模擬出自備有機載體的屈服應力（τ0，Pa），本文使用了Bingham模型（如公式1）和Casson模型（如公式2）來對有機載體剪切應力和剪切速率曲線進行模擬。Bingham模型的特殊之處在于，當剪切應力高于臨界值時，剪切應力與剪切速率之間呈現出線性關系。而Casson模型的特征在于，當剪切應力超過臨界值時，剪切應力和剪切速率呈現出非線性關系，但是此時剪切應力的算術平方根和剪切速率的算術平方根呈現出線性關系。許多學者也用著兩個模型對流體進行模擬[3]。

此公式中τ為剪切應力（Pa）、τ0為屈服應力（Pa）、η∞為當剪切速率（γ.）趨于無窮大時的黏度。

圖2展示了不同比例的領苯二甲酸二丁酯和領苯二甲酸二辛酯制備有機載體的剪切速率應力曲線圖—Bingham模型、剪切速率應力曲線圖—Casson模型和屈服應力模擬結果圖。對剪切應力和剪切速率曲線的40～100（s-1）范圍內進行擬合。根據圖中得知，比例分別為0-10、2-8、4-6、6-4、8-2和10-0的樣品的Bingham屈服應力的擬合值分別為658.96、545.61、564.02、37.60、578.32和397.79。比例分別為0-10、2-8、4-6、6-4、8-2和10-0的樣品的Casson屈服應力的擬合值分別為252.17、187.14、197.68、1.88和119.90。這兩種線性擬合都十分吻合，其線性擬合系數分別為0.90、0.92、0.94、0.99、0.95和0.98—Bingham模型以及0.93、0.94、0.94、0.98、0.95和0.99—Casson模型。通過這兩個模型模擬出來的屈服應力值有較大的區別，這是正常現象。因為許多模型所適應的范圍不同，并不存在著一個模型可以對所有流體的屈服應力進行模擬。根據以前的研究可以發現，Casson模型是一個半經驗模型，許多油漆、油墨或者漿料都用此模型來進行擬合。圖2（c）繪制了不同比例的領苯二甲酸二丁酯和領苯二甲酸二辛酯制備有機載體的屈服應力模擬結果圖，結合表3分析可以知道，樣品1、2、5都具有較高的屈服應力值和較大的觸變指數，其結果一致。

此測試方法是先給漿料施加100 s-1的剪切速率，然后每隔5 min對漿料的黏度進行一次測量。從黏度回復性曲線圖中可以看到，當領苯二甲酸二丁酯和領苯二甲酸二辛酯的比例為4:6時，漿料的回復性能最好；結合上面的實驗結果綜合得知，當領苯二甲酸二丁酯和領苯二甲酸二辛酯的比例為4:6時，漿料的觸變性能和回復性能均較好，如圖3所示。

圖3 不同比例領苯二甲酸二丁酯和領苯二甲酸二辛酯的回復性曲線圖

3 結語

本文研究了有機載體的不同成分對有機載體的黏度、觸變性能、回復性能的影響。研究了不同比例領苯二甲酸二丁酯和領苯二甲酸二辛酯制備有機載體的性能，隨著比例的增加，有機載體的黏度逐漸降低，并且其觸變性也逐漸降低，當其比例為4:6時，黏度為57 Pa·s，觸變指數為2.07，Bingham屈服應力為545.61 Pa，Casson屈服應力為187.14 Pa，均為較高的水平，具有良好的絲網印刷性能，比較適合于通孔漿料，當卸掉剪切應力后可以快速地恢復。