Постоянный рост числа серверов искусственного интеллекта, высокоскоростных систем связи и современной электроники ведет к увеличению спроса на высокопроизводительные керамические компоненты. В частности, для диэлектрических материалов MLCC (многослойных конденсаторов с керамическим диэлектриком) создание более тонких диэлектрических слоев требует использования керамических порошков более мелкого размера и более однородного состава. Это создает дополнительную нагрузку на два предшествующих этапа производства: измельчение суспензии в наномасштабе и прецизионную грануляцию распылением.

Успешный процесс производства порошка для MLCC должен обеспечивать контроль как над первичными частицами в суспензии, так и над вторичными гранулами, используемыми для формования. Компания Longxin объединяет наноизмельчение и распылительную сушку в единый скоординированный технологический процесс для производства титаната бария, микроволновой диэлектрической керамики, пьезоэлектрической керамики, материалов LTCC/HTCC, функциональных порошков на основе редкоземельных элементов и других электронно-керамических систем.

Две основные проблемы при переработке керамического порошка для MLCC

Создание высокоэффективных диэлектрических составов зависит от двух взаимосвязанных требований: базовый порошок должен быть мелкодисперсным и чистым, а добавки — равномерно распределенными в основной керамической фазе. По мере того как размер частиц переходит в субмикронный и нанометровый диапазон, при использовании традиционного шарового измельчения или низкоэнергетической дисперсии могут возникать проблемы, связанные с агломерацией и широким распределением частиц по размерам.

После измельчения наносуспензию необходимо преобразовать в гранулированный порошок с контролируемым размером частиц, хорошей сыпучестью и надежной способностью к повторной диспергируемости. Если процесс грануляции осуществляется неравномерно, последующие этапы — нанесение лентой, прессование и спекание — могут стать менее стабильными, даже если исходная суспензия соответствует заданным параметрам размера частиц.

Наноизмельчение суспензий титаната бария и электронной керамики

Нанофреза штифтового типа

В штифтовой мельнице используется высокоэнергетическая камера измельчения, в которой происходит тесное взаимодействие между ротором, статором и измельчающими элементами. В режиме циркуляции она способна измельчать суспензии титаната бария и связанных с ним керамических материалов до субмикронного или наноразмерного диапазона, сохраняя при этом высокую производительность.

• Совместим с мелкими шлифовальными элементами из диоксида циркония, в том числе с шариками диаметром около 0,3 мм для соответствующих рецептур.

• Дополнительная керамическая футеровка из диоксида циркония или карбида кремния способствует снижению загрязнения железом и хромом.

• Система охлаждения кожуха регулирует температуру измельчения и способствует сохранению кристаллической структуры и диэлектрических характеристик.

• Предлагается в различных вариантах — от лабораторного оборудования до установок для непрерывного промышленного производства.

Наномельница с двумя приводами

Конфигурация с двумя приводами обеспечивает дополнительную гибкость технологического процесса при работе с суспензиями повышенной вязкости и с повышенным содержанием твердых частиц. Возможность независимой настройки технологического процесса помогает снизить риск засорения и упрощает переключение между диэлектрическим порошком, электродной суспензией и композитными керамическими составами.

Вертикальная нанофреза

В вертикальных конструкциях для длительного производства могут применяться концепции сепарации без сит или с низким уровнем забивания. В подходящих системах технологическая схема может быть ориентирована на получение узкого распределения частиц по размерам в диапазоне примерно 50–200 нм при одновременном сочетании циркуляции с высоким расходом и точного охлаждения.

Прецизионная грануляция распылением для MLCC и порошков высокотехнологичной керамики

При распылительной сушке керамическая суспензия соответствующего качества превращается в сыпучие гранулы, пригодные для формования. По сравнению с сушкой на лотках или в печи распылительная сушка обеспечивает быстрое удаление влаги, непрерывное производство и более точный контроль над морфологией гранул.

Центробежная распылительная сушка

Высокоскоростной ротационный распылитель позволяет регулировать размер гранул за счет изменения скорости распылителя, скорости подачи и свойств суспензии. Данный метод широко применяется для производства диэлектрического порошка для MLCC, микроволновой диэлектрической керамики, пьезоэлектрической керамики и порошковых систем LTCC. Он позволяет преобразовывать наноразмерные первичные частицы в мягкие сферические агломераты, которые сочетают в себе сыпучесть и способность к повторному разбиванию на отдельные части в ходе последующей обработки.

Распылительная сушка под давлением

Насадки высокого давления подходят для керамических суспензий с высоким содержанием твердых частиц, а также для технологических процессов, в которых требуется порошок с несколько более крупными зернами. Износостойкая конструкция насадок и деталей, контактирующих с продуктом, имеет большое значение, поскольку керамические суспензии могут быть густыми и абразивными.

Двухфазное распыление

При двухфазном распылении для разбиения подаваемой жидкости на мелкие капли используется газ, движущийся с высокой скоростью. Этот метод можно рассматривать в качестве варианта для ультрамелких керамических порошков или специальных порошков для нанесения покрытий, для которых требуется иной диапазон размеров капель, чем при центробежном или напорном распылении.

Автоматизация для обеспечения более стабильного производства керамического порошка

При непрерывном производстве обеспечение повторяемости результатов зависит не только от контроля температуры на входе в сушилку. Системы распылительной сушки Longxin позволяют отслеживать и регулировать температуру на входе и выходе, давление воздуха, скорость потока воздуха, частоту вращения насоса и скорость вращения распылителя в рамках системы управления, основанной на рецептурах.

• Для обеспечения поддержки производственного процесса можно интегрировать функции удаленного мониторинга и диагностики аварийных сигналов.

• Циклонная сепарация и мешочная фильтрация обеспечивают многоступенчатую рекуперацию порошка.

• Данные о технологическом процессе можно регистрировать для сравнения партий и оптимизации.

• Оборудование для измельчения, грануляции, сбора и контроля может поставляться в виде единой интегрированной линии, что позволяет снизить риски, связанные с взаимодействием между отдельными поставщиками.

Где можно применять интегрированную линию

• Титанат бария и диэлектрический керамический порошок для MLCC.

• Диэлектрическая керамика для микроволновых печей.

• Пьезоэлектрические керамические порошки.

• Материалы подложки для LTCC и HTCC.

• Оксиды редкоземельных элементов и функциональные керамические порошки.

• Материалы для электродов суперконденсаторов и другие современные порошковые системы, для которых требуется нанодисперсия и контролируемое гранулирование.

От разработки формулы до стабильного производства

Для производителей электронной керамики практическим преимуществом интеграции наноизмельчения и распылительной грануляции является непрерывность технологического процесса. Свойства суспензии, установленные на этапе измельчения, можно адаптировать к условиям распыления и сушки, необходимым для получения гранул требуемого качества. Это снижает риск того, что качественная наносуспензия после сушки превратится в порошок нестабильного качества.Компания Longxin оказывает поддержку в проведении испытаний материалов, оптимизации технологических процессов, подборе оборудования и интеграции линий «под ключ». Для заказчиков, разрабатывающих более мелкие порошки для MLCC или новые рецептуры LTCC/HTCC, пилотная валидация позволяет подтвердить целевые размеры частиц, стабильность суспензии, контроль загрязнений, морфологию гранул и выход порошка перед переходом к полномасштабному производству.