一种防静电陶瓷配方、防静电陶瓷吸嘴及其制作工艺的制作方法

本发明涉及陶瓷技术领域，尤其是一种防静电陶瓷配方、防静电陶瓷吸嘴及其制作工艺。

背景技术：

防静电(esd)又称静电释放，静电是一种客观的自然现象。产生的方式有多种，如接触、摩擦等。静电防护技术在电子工业、航天航空领域应用非常广泛。随着集成电路的微型化，对smt吸嘴(smt贴片机用来吸取贴装与元件实际接触的部件。)防静电的要求不断提高。smt吸嘴在吸取和放置电子元器件时，吸嘴端面与电子元器件接触的过程中容易产生静电，为减少静电对电子元器件的损害，具有防静电特性的陶瓷吸嘴极为重要。

目前市场上陶瓷吸嘴不具有防静电功能，在抓取和贴装电子元器件过程中易产生静电，而静电的产生会损坏电子元器件，导致产品损坏或隐性损伤。

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种防静电陶瓷配方，适于用来制作具有防静特性的smt吸嘴，以避免生产过程中对贴装电子元器件造成的静电损伤。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种防静电陶瓷配方，以该配方制作防静电陶瓷吸嘴，避免smt贴装过程中陶瓷吸嘴在抓取和贴装电子元器件过程中产生静电而损坏电子元器件，解决因smt吸嘴因产生静电而导致电子产品损坏或隐性损伤的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种防静电陶瓷配方，其是以氧化锆为陶瓷基质材料、掺入耐高温导电粉，且所述氧化锆、耐高温导电粉按照质量比400-600：12-24调配混合。

优选地，所述氧化锆、耐高温导电粉按照质量比500：15的比例调配混合。

优选地，所述有机粘结剂是由pp料、pc料、石蜡按照5:4:3的质量比混合组成。

优选地，所述耐高温导电粉为碳化物，如碳化锆，碳化钨，碳化硅，碳化硼和碳化铬等材料粉末。

上述这些导电碳化物不仅具有良好的导电性、流动性和浸润性、较好的机械性能、硬度高，耐磨性和抗熔焊性，还能够与氧化锆陶瓷基体具有很好的混合性，耐高温性。

本发明还提供一种防静电陶瓷吸嘴，其是采用上述防静陶瓷配方的陶瓷材料制成。

本发明还提供一种防静电陶瓷吸嘴的制作工艺，其包括如下制备步骤：

s1:配制陶瓷粉料；以氧化锆为陶瓷基质材料，加入耐高温导电粉，且其中氧化锆、耐高温导电粉按400-600：12-24的质量比混合调配，所述耐高温导电粉为碳化物；

s2:加粘结剂造粒；

s3:注塑成型吸嘴生坯；

s4:对吸嘴生坯脱脂处理；

s5:高温烧结。

在本发明的一个优选实施例中，步骤s1中，将陶瓷氧化锆粉末、耐高温导电粉混合，投入到球磨机，添加适量溶剂经球磨机球磨混料，然后取出后进行烘干，得到防静电陶瓷粉料。

优选地，所述陶瓷氧化锆粉末与耐高温导电粉是按照96～100:3～4的质量比混合；优选地，所述溶剂为乙醇或异丙醇，溶剂添加量为陶瓷氧化锆与耐高温导电粉总质量的8-20％；优选地，球磨转速为50-60r/min、混料时间为8-15h。优选地，球磨混料结束后，将粉料取出置于烘箱中110～120℃下烘20-25h。优选地，在球磨混料中使用球磨锆珠，球磨锆珠的用量为待混合物料总质量的120～300％，球磨锆珠粒度选择为120目。球磨混料结束后，过筛回收球磨锆珠。

在本发明的一个优选实施例中，步骤s2中，将有机粘结剂与防静电陶瓷粉料按比例投入到造粒机中，造粒机加热升温使有机粘结剂熔融，防静电陶瓷粉料在造粒机旋转下，通过机械研磨，搅拌及粉碎，完成造粒。

优选地，将防静电陶瓷粉料和有机粘结剂按照1:0.4～0.75的质量比混合；更优选地，步骤s2中是将所述防静电陶瓷粉料和pp料、pc料、石蜡三种有机粘结剂按质量比1:0.2-0.3:0.1-0.25:0.1-0.2的比例混合，设定造粒机温度为80-120℃，使有机粘结剂受热熔融，然后进行炼胶造粒。

在本发明的一个优选实施例中，步骤s3中，设计制作smt吸嘴的成型模具，使用注塑机将s2造出的陶瓷母粒注塑到所述成型模具的型腔内，脱模得到吸嘴生坯。

优选地，所述smt吸嘴的成型模具在设计和制作时，需根据smt吸嘴的外形、尺寸、烧结过程中的收缩比、注塑压力、脱模方式、进料水口等因素进行设计，在预生产过程中，根据成型的吸嘴生坯品质，对对模具的结构不断优化、对型腔设计及流道进行优化改良，以避免注塑过程中产生的陶瓷生坯出现气孔、细长模针易偏位，不易脱料、脱模等问题，使注塑成型的吸嘴生坯的品质得到有效保证。

优选地，步骤s3中，将s2造出的陶瓷母粒装入注塑机内，调节注塑机料筒熔融注射温度按一段130℃、二段100℃、三段90℃的三段式温度设置，注塑压力以45bar压力注射，合模压力为40bar，注塑至成型模具的型腔内成型。

在本发明的一个优选实施例中，步骤s4中，将经步骤s3注塑成型好的吸嘴生坯浸泡到化学油剂中浸泡脱脂。具体地，可将吸嘴生坯放入脱脂机内，选用特殊配制的化学油剂在40-120℃的温度条件下进行10-20小时浸泡脱脂。优选地，在50℃下浸泡12h进行脱脂。所述化学油剂优选为煤油、异丙醇、石油醚、乙醇中等高脂溶性有机溶剂的一种或几种的混合。脱脂的目的是尽可能将吸嘴生坯中的有机粘结剂浸出，以提高经烧结后陶瓷吸嘴的致密度和硬度，并进一步提高陶瓷吸嘴中所含的耐高温导电材料的导电性，可有效释放静电。

在本发明的一个优选实施例中，步骤s5中，将脱脂处理后的吸嘴生坯放入高温烧结炉中，控制烧结炉温度由低至高依次为250℃、400℃、600℃、800℃、1000℃，每个温度下烘烤4～5h，然后自然冷却至100℃，取出，制得防静电陶瓷吸嘴。该烧结过程可保证陶瓷结构的致密度及硬度。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

按照本发明的方法制作的防静电陶瓷吸嘴，经测试相比改进之前的smt陶瓷吸嘴表现出优异的防静电性能，耐磨度高，其耐磨性比钨钢和钻石钢的都要高数倍，使用寿命会更长。

本发明的防静电陶瓷吸嘴在陶瓷氧化锆陶瓷基质中混入一定比例的耐高温导电粉材料，解决了smt贴装过程中陶瓷吸嘴在抓取和贴装电子元器件过程中产生静电损坏电子元器件，导致产品损坏或隐性损伤的问题。

本发明的防静电陶瓷吸嘴，还具有吸嘴尖端不发白、防静电、无磁性、耐磨度高，使用寿命长和成本低等特点，使用寿命上是硬质合金(钨钢)吸嘴及所谓“钻石钢”“黑材”吸嘴寿命的数倍，能够降低电子元器件的损坏率，有效地保护smt设备的安全，为smt贴装行业节约成本、降低不良率。

本发明是由以氧化锆为主的非金属防静电陶瓷为基本材料，采用精密组合模具一次性注塑成型得到吸嘴生坯，然后经脱脂、高温烧结的新型smt吸嘴制造工艺；按照该工艺制作的防静电陶瓷吸嘴具有吸嘴尖端不反白、防静电、无磁性、耐磨度高，使用寿命长和成本低的特点，且降低电子元器件的损坏率，有效地保护smt设备的安全。

附图说明

图1为本发明的防静电陶瓷吸嘴的制作工艺流程图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

如图1所示，为本发明的防静电陶瓷吸嘴的制作工艺流程图,其包括如下制备步骤：

s1:配制陶瓷粉料；以氧化锆为陶瓷基质材料，加入耐高温导电粉，且其中氧化锆、耐高温导电粉按400-600：12-24的质量比混合调配，所述耐高温导电粉为碳化物。具体是采用球磨湿法混料制得防静电陶瓷粉料，球磨混料条件为：

述陶瓷氧化锆粉末与耐高温导电粉是按照96～100:3～4的质量比混合，投入到球磨机，添加陶瓷氧化锆与耐高温导电粉总质量的8-20％的溶剂，如乙醇或异丙醇到球磨机中，经球磨机球磨混料，然后取出后进行烘干，得到防静电陶瓷粉料。优选地，所述碳化物为碳化锆，碳化钨，碳化硅，碳化硼或碳化铬等材料粉末。

优选地，球磨转速为50-60r/min、混料时间为8-15h。球磨混料结束后，将球磨机内粉料取出，在烘箱中110-120℃下烘20-25h。在球磨混料中需使用球磨锆珠，球磨锆珠的用量为待混合物料总质量的120～300％，球磨锆珠粒度选择为120目。球磨混料结束后，可经过筛回收球磨锆珠。

s2:加粘结剂造粒；

将防静电陶瓷粉料和有机粘结剂按照1:0.5～0.65的质量比混合，设定造粒机温度为80-120℃，使有机粘结剂受热熔融，然后在造粒机旋转下，通过机械研磨，搅拌及粉碎，进行炼胶造粒。

s3:注塑成型吸嘴生坯；

在注塑成型前，先设计和制作制作smt吸嘴的成型模具。smt吸嘴的成型模具在设计和制作时，需根据smt吸嘴的外形、尺寸、烧结过程中的收缩比、注塑压力、脱模方式、进料水口等因素进行设计，在预生产过程中，根据成型的吸嘴生坯品质，对对模具的结构不断优化、对型腔设计及流道进行优化改良，以避免注塑过程中产生的陶瓷生坯出现气孔、细长模针易偏位，不易脱料、脱模等问题，使注塑成型的吸嘴生坯的品质得到有效保证。

然后使用最终调整和制作的成型模具，采用注塑机将s2造出的陶瓷母粒注塑到型腔内，脱模得到吸嘴生坯，具体过程为：

将s2造出的陶瓷母粒装入注塑机内，调节注塑机熔融注射温度、注塑压力及合模压力等参数，注塑至成型模具的型腔内成型。

s4:对吸嘴生坯脱脂处理；

将经步骤s3注塑成型好的吸嘴生坯浸泡到化学油剂中浸泡脱脂。具体地，可将吸嘴生坯放入脱脂机内，选用特殊配制的化学油剂在40-120℃的温度条件下进行10-20小时浸泡脱脂。所述化学油剂优选为煤油、异丙醇、石油醚、乙醇中等高脂溶性有机溶剂的一种或几种的混合。

s5:高温烧结。

将脱脂处理后的吸嘴生坯放入高温烧结炉中，精确控制烧结温度进行烧结。温度呈多次梯度上升，控制每个梯度温度的烧结时长。例如，确控制烧结炉温度由低至高依次为250℃、400℃、600℃、800℃、1000℃，每个温度下烘烤4-5h，然后自然冷却至100℃以下取出，制得防静电陶瓷吸嘴。

为便于理解，下面具有实施例和对比例对本发明作详细描述。

实施例1

(1)球磨混料：

将500g氧化锆粉投入到球磨设备的球磨罐中，称量约20g的碳化锆粉，加入占氧化锆和碳化锆粉总质量10％的无水乙醇，和前述总物料质量180％的球磨锆珠，拧紧球磨罐盖，防止泄漏，开启球磨机，在60r/min转速下，进行12小时的球磨。球磨完成后，取出混合好的粉料，用筛子将球磨锆珠与粉料分离，然后将粉料转入烘箱内，在120℃下烘烤24h，得到防静电陶瓷粉料。球磨锆珠为120目的氧化锆颗粒。

(2)加粘结剂造粒：将防静电陶瓷粉料和pp料、pc料、石蜡三种有机粘结剂辅料，按1:0.25:0.2:0.15的质量比混合，设置造粒机熔融温度为80-120℃，并开启造粒机转动，在通过进一步机械研磨，搅拌及粉碎后，进行炼胶造粒，制得防静电性质的陶瓷母粒。

(3)注塑成型：

将陶瓷母粒放入注塑机内，调节注塑机料筒熔融注射成型温度按一段130℃、二段100℃、三段90℃的三段式温度设置，注塑压力以45bar压力注射，合模压力为40bar，注入到预先所设计和制作好的精密模具型腔内，脱模、得到smt的陶瓷吸嘴生坯。

(4)脱脂处理：将陶瓷吸嘴生坯放在脱脂机内，50℃恒温条件下，于石油醚中进行浸泡脱脂12h。

(5)烧结：将脱脂处理后的陶瓷吸嘴生坯放入高温烧结炉中，控制烧结炉温度由低至高依次为250℃、400℃、600℃、800℃、1000℃，每个温度段烧结4小时,然后自然冷却至100℃即可开炉，制得防静电陶瓷吸嘴。该烧结模式，可保证陶瓷结构具有足够的致密度及硬度。

实施例2

本实施例2与实施例1的区别在于：(1)球磨混料时，氧化锆粉与碳化钨粉是按照500：15的质量比混合。(2)烧结时，控制烧结炉温度由低至高依次为250℃、400℃、600℃、800℃、1000℃，每个温度段烧结5小时,然后自然冷却至100℃。其他制作过程与实施例1完全一致。使用的吸嘴成型模具为实施例1中的吸嘴成型模具。

实施例3

本实施例2与实施例1的区别在于：氧化锆粉与碳化钨粉是按照400：12的质量比混合。其他制作过程与实施例1完全一致。使用的吸嘴成型模具为实施例1中的吸嘴成型模具。

实施例4

本实施例2与实施例1的区别在于：烧结时，烧结炉温度由低温快速升至1000℃，烧结24小时,然后自然冷却至100℃。其他制作过程与实施例1完全一致。使用的吸嘴成型模具为实施例1中的吸嘴成型模具

对比例1

对比例1是在实施例1的基础上，球磨混料时未加入任何耐高温导电粉材料，其他制作过程与实施例1完全一致。使用的吸嘴成型模具为实施例1中的吸嘴成型模具。

对比例2

对比例2是在实施例1的基础上，球磨混料时未加入任何耐高温导电粉材料，且同时不包含对生坯的脱脂处理。其他制作过程与实施例1完全一致。使用的吸嘴成型模具为实施例1中的吸嘴成型模具。

性能测试

对实施例1-4、对比例1-2所制得的smt陶瓷吸嘴进行性能测试，其结果如下表：

经上述测试结果过程可知，陶瓷吸嘴无磁性，而本发明方法制作的相比改进前的smt陶瓷吸嘴表现出优异的防静电性能，能够降低电子元器件的损坏率，可有效地保护smt设备的安全，为smt贴装行业节约成本、降低不良率。

本发明的防静电陶瓷吸嘴的耐磨度高，使用寿命会更长。其中，实施例1-3的烧结制度相比较于实施例4，可使制作的防静电陶瓷吸嘴的硬度等级更高，而包含了脱脂处理步骤的对比例1的陶瓷吸嘴，致密度和硬度性能优于对比例2。