1前言

是一種具有銅鐵礦結(jié)構(gòu)的功能陶瓷材料，具有寬帶隙的特點(diǎn)，在可見(jiàn)光范圍內(nèi) 具有高透明度與高電導(dǎo)率，因此 被廣泛應(yīng)用于透明導(dǎo)電氧化物、光催化劑、微電子器件、光伏材料、熱電材料等領(lǐng)域。 的制備方法主要有固相反應(yīng)法；凝膠溶膠法；電子束蒸發(fā)；磁控濺射；脈沖激光沉積；化學(xué)氣相沉積-等。

在透明導(dǎo)電氧化物領(lǐng)域， 常被用于制作磁控濺射的靶材。馬丙闖等為了獲得高電導(dǎo)率的 ，在用固相燒結(jié)法合成 陶瓷時(shí)加入不同含量的的鋁硅酸鹽玻璃，探究了鋁硅酸鹽玻璃的添加量對(duì) 活性的影響，并進(jìn)一步探究添加鋁硅酸鹽玻璃后 的最佳燒結(jié)工藝。趙旭光等在用固相燒結(jié)法合成 時(shí)，發(fā)現(xiàn)未摻雜與摻雜 1% 金屬Co時(shí)燒結(jié)樣品為純相的 ，當(dāng)Co摻雜濃度大于 5% 時(shí)，燒結(jié)的樣品會(huì)產(chǎn)生雜相并且樣品磁性由順磁性轉(zhuǎn)變?yōu)殍F磁性。

在催化領(lǐng)域， 被用于甲醇重整制氫的催化劑。慶紹軍等采用固相球磨法合成了 緩釋催化劑，隨后探究了其在甲醇水蒸汽重整反應(yīng)中的催化性能。主要研究了焙燒溫度、焙燒氣氛和加熱速率對(duì) 緩釋催化劑的結(jié)構(gòu)影響。肖書(shū)衛(wèi)等首先用周期密度泛函理論計(jì)算了水分子在 和O缺陷 表面的吸附以及穩(wěn)定性，隨后用周期密度泛函理論計(jì)算了甲醇分子在清潔 和O缺陷 表面的吸附以及甲醇分子和水分子的共吸附，進(jìn)一步闡明了 催化劑構(gòu)效關(guān)系。

在陶瓷金屬化領(lǐng)域， 是直接敷銅陶瓷基板的共晶層，銅氧化物與氧化鋁陶瓷在共晶溫度1065℃與銅熔點(diǎn) 之間燒結(jié)的共晶產(chǎn)物 可以潤(rùn)濕銅與陶瓷，解決銅與陶瓷之間熱膨脹系數(shù)不匹配的問(wèn)題，讓銅與陶瓷緊密的鍵合在一起?；诖嗽韽埜粏⒌?利用CuO漿料在AIN陶瓷上通過(guò)還原燒結(jié)制備多孔銅層，開(kāi)發(fā)新型AIN陶瓷金屬化工藝，其中銅層與氮化鋁陶瓷之間連接的中間產(chǎn)物為 在陶瓷金屬化方向是重要的界面層產(chǎn)物，研究其在不同燒結(jié)參數(shù)的微觀(guān)性能能夠?yàn)殚_(kāi)發(fā)新型散熱陶瓷封裝基板提供指導(dǎo)作用。

鑒于 無(wú)毒性、價(jià)格低、寬禁帶等特點(diǎn)， 在微電子器件等領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α１疚氖紫韧ㄟ^(guò)固相燒結(jié)法制備了 陶瓷并研究了不同燒結(jié)參數(shù)下的反應(yīng)產(chǎn)物，其次制備了 厚膜并研究了燒結(jié)時(shí)間對(duì)厚膜厚度、顯微形貌、表面粗糙度的影響，進(jìn)一步拓寬了 的應(yīng)用前景。

2實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)原料

蓖麻油、聚乙二醇400、乙基纖維素M9、鄰苯二甲酸二丁酯以及松節(jié)油透醇購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；三氯化鐵購(gòu)自上海麥克林生化科技股份有限公司； 粉（粒徑 1μm） 購(gòu)自鄭州中瓷科技有限公司； CuO 粉（粒徑 1μm 購(gòu)自蘇州優(yōu)鋯納米科技有限公司； 基板（厚度 0.38mm 購(gòu)自南京中江新材料科技有限公司。

2.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程

塊體制備

（1）配料：用天平按照1：1的摩爾質(zhì)量比稱(chēng)取適量 粉與 粉。

（2）球磨：將配好的兩種粉體混合，并將混好的粉與球磨子、酒精按照1：1：1.5的比例放人球磨罐，為實(shí)現(xiàn)配平須另備空的球墨罐裝入適當(dāng)去離子水。配平完成后將兩種粉體球磨12h并放入烘箱中烘干。

（3）壓片：將烘干后的粉體倒入研缽，碾碎。利用液壓機(jī)使粉體受力形成塊體。（4）燒結(jié)：將樣品放人馬弗爐中燒結(jié)，升溫速度為 ，樣品需在 排膠燒結(jié)1h后才能繼續(xù)升溫。 厚膜制備

（1）配漿：將 CuO 粉體與有機(jī)載體按照8：2的質(zhì)量比混合并攪拌至粘稠。有機(jī)載體的配制比例如表1所示。表1有機(jī)載體的成分與功能

（2）涂布：使用涂布機(jī)將CuO漿料涂布在 基板上并控制涂布厚度為 100μm ，待漿料流平后將樣品放入烘箱烘干。

（3）燒結(jié)：將樣品放入馬弗爐中燒結(jié)，樣品燒結(jié)時(shí)的熱處理曲線(xiàn)如圖1所示。

2.3性能測(cè)試與表征

使用Empyrean型X射線(xiàn)衍射儀表征燒結(jié)塊體的物相，測(cè)試角度為 ，掃描速度為 /min 。使用LYRA3GMU型掃描電鏡表征制備厚膜的形貌與厚度，由于樣品不導(dǎo)電測(cè)試前需要進(jìn)行噴金處理。使用KC-X1010型激光共聚焦顯微鏡表征制備厚膜表面粗糙程度，掃描間距為 2μm ，采樣頻率為 ，掃描方向?yàn)閄軸。

3結(jié)果與分析

3.1燒結(jié)參數(shù)對(duì)燒結(jié)塊體物相的影響

圖2為通過(guò)固相反應(yīng)法制備的樣品XRD。由圖2可知，樣品在不同參數(shù)下燒結(jié)的物相以 為主，部分燒結(jié)樣品在 "44.7°中行 處存在弱衍射峰，對(duì)應(yīng)的物相為 。如圖2（a）所示，當(dāng)燒結(jié)溫度為 時(shí)，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)， 相衍射峰的強(qiáng)度也在增大，而 相衍射峰的強(qiáng)度先增大后減小，因此 燒結(jié)時(shí)為獲得純相最佳燒結(jié)時(shí)間為 8h 。如圖2（b）所示當(dāng)燒結(jié)溫度為 時(shí)，隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)， 相變化不大，燒結(jié)時(shí)間為8h時(shí)， 相的衍射峰最強(qiáng)。對(duì)比燒結(jié)時(shí)間為8h時(shí)不同溫度下燒結(jié)的兩個(gè)樣品， 燒結(jié)時(shí) 相的強(qiáng)度最大，由此推斷固相反應(yīng)法制備 的最佳燒結(jié)工藝為： 燒結(jié) 8h

3.2燒結(jié)時(shí)間對(duì)厚膜顯微形貌的影響

圖3為在 基板上涂布 CuO 漿料并燒結(jié)制備的樣品截面顯微形貌，根據(jù)圖3能夠直觀(guān)看出中間層的存在。如圖3（a）所示，當(dāng)燒結(jié)時(shí)間為1h時(shí)，中間層厚度較薄，厚度約為 10.26μm 。如圖3（b）所示，當(dāng)燒結(jié)時(shí)間為2h時(shí)，中間層相比圖3（a）更厚，厚度約為 19.46μm 。如圖3（c）所示，當(dāng)燒結(jié)時(shí)間為3h時(shí)，中間層厚度為 27.88μm總的來(lái)說(shuō)，隨著燒結(jié)時(shí)間的延長(zhǎng)，中間層逐漸變厚。

為進(jìn)一步驗(yàn)證中間層產(chǎn)物對(duì)圖3（c）所示區(qū)域進(jìn)行EDS面掃，面掃結(jié)果如圖4所示。根據(jù)圖4可以直觀(guān)看出上層區(qū)域主要有 Cu 與0兩種元素組成，為殘余的CuO 層。中間層包含 三種元素，為 與 cuO 反應(yīng)形成的 層。下層主要由Al元素與0元素組成，該層為 陶瓷基板。

為研究 厚膜表面形貌需用 溶液將樣品表面殘存的 CuO 層腐蝕掉，腐蝕后厚膜的表面形貌如圖5所示。如圖5（a）所示，當(dāng)燒結(jié)時(shí)間為1h時(shí)厚膜表面以大的立方體為主，有少量小顆粒。如圖5（b）所示，當(dāng)燒結(jié)時(shí)間為2h時(shí)，厚膜表面主要由小顆粒組成，相比圖5（a）所示厚膜的平均晶粒尺寸更細(xì)小。如圖5（c）所示當(dāng)燒結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)到3h時(shí)，厚膜表面幾乎沒(méi)有小顆粒，厚膜表面較為粗糙顆粒尺寸也最大。綜合比較反應(yīng)時(shí)間為2h時(shí)厚膜表面最為均勻致密。

3.3燒結(jié)時(shí)間對(duì)厚膜表面粗糙程度的影響

圖6為制備厚膜表面的三維形貌圖，測(cè)試前用Fe-Cl3 溶液去除樣品表面CuO以防止雜相干擾。如圖6（a）所示，燒結(jié)時(shí)間為1h的樣品表面有少量毛刺，對(duì)該區(qū)域測(cè)得的面平均粗糙度為 21.129μm 。如圖6（b）所示，燒結(jié)時(shí)間為 2h 的樣品表面相對(duì)平滑，對(duì)該區(qū)域測(cè)得的面平均粗糙度為 19.955μm 。如圖 6（c） 所示，燒結(jié)時(shí)間為3h的樣品表面有較多尖銳的毛刺，對(duì)該區(qū)域測(cè)得的面平均粗糙度為 30.708μm 。因此保溫時(shí)間為2h時(shí)制得的 厚膜表面最為平整，這與掃描電鏡測(cè)得的結(jié)果一致。

4結(jié)論

（1）采用固相反應(yīng)法制備 陶瓷時(shí)， CuO 粉與 粉反應(yīng)充分，未在生成物中檢測(cè)到兩者物相。燒結(jié)后的反應(yīng)產(chǎn)物以 為主，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)， 相衍射峰的強(qiáng)度也在增大。這表明過(guò)長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間容易引起雜質(zhì)產(chǎn)生。XRD數(shù)據(jù)表明當(dāng)燒結(jié)溫度為 ，燒結(jié)時(shí)間為8h時(shí)，燒結(jié)制得的 純度最高。

（2）使用 漿料在 陶瓷基板上制備 時(shí)，能夠明顯觀(guān)察到中間層，EDS面掃表明中間層由 Cu 、Al、0三種元素組成，為 相。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，中間層逐漸變厚，當(dāng)燒結(jié)時(shí)間為3h時(shí)，厚膜厚度到達(dá)峰值 27.88μm 。

（3）將制備厚膜表面經(jīng)過(guò)腐蝕處理后觀(guān)察其表面形貌與粗糙度，結(jié)果表明厚膜表面主要為多面體結(jié)構(gòu)，隨著燒結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)厚膜表面晶粒尺寸先減小后增大，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為2h時(shí)，厚膜表面最為平整光滑。

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