Viscoplastic conformation by cold roll pressing and characterization of alumina substrats

Abstract

Foram conformados substratos cerâmicos de alumina pelo processo de conformação viscoplástica por rolos a frio em uma faixa de espessura entre 100 e 200 m, a qual apresenta grande interesse tecnológico para aplicações eletro-eletrônicas. Dentre as diversas técnicas de conformação cerâmica, o processamento viscoplástico tem demonstrado grandes vantagens, permitindo a conformação de corpos cerâmicos com propriedades mecânicas superiores, quando comparadas às obtidas por técnicas tradicionais, como a extrusão ou mais complexas, como a colagem de fita (tape casting). Neste âmbito, o objetivo deste trabalho foi verificar o potencial da conformação viscoplástica por rolos a frio, como técnica para obtenção de substratos de fina espessura, a partir de massa plástica de alta alumina preparada em misturador tipo sigma e extrudada a vácuo. Dessa forma, parâmetros de processo, tais como velocidade dos rolos de conformação e espessura dos substratos, foram avaliados, bem como as etapas de secagem e queima. As amostras finais foram caracterizadas quanto à microestrutura, densidade e porosidade aparente, retração volumétrica de queima, líquido penetrante e rugosidade superficial. Os resultados mostraram que velocidades dos rolos laminadores em torno de 15 a 18 rpm proporcionaram a obtenção de substratos livres de macrodefeitos. Além disso, não houve uma correlação direta entre a espessura dos substratos e as características finais após sinterização, e não ocorreu orientação preferencial das partículas com a deformação da massa plástica. Densidades superiores a 95% da densidade teórica foram atingidas, produzindo amostras translúcidas e com grande homogeneidade de tamanho de grão. Após o estabelecimento das melhores condições de preparação dos substratos de alumina, estas foram aplicadas na preparação de substratos de zircônia com reprodutibilidade dos resultados, demonstrando que a conformação por rolos a frio de massas viscoplásticas pode ser um processo alternativo para a fabricação de substratos cerâmicos.Alumina ceramic substrates were conformed by viscoplastic conformation by cold roll pressing in a range of thickness between 100 and 200 m, which one presents a great technology interesting for eletro-eletronic applications. Among all the techniques of ceramic conformation the viscoplastic processing shows great advantages, allowing the conformation oh ceramic bodies with superior mechanical properties, when compared to the bodies conformed by traditional techniques, such as extrusion, or more complex as tape casting. In this scope, the objective of this work was to verify the potential of viscoplastic conformation by cold roll pressing as a technique to obtain thin substrates, from a high alumina plastic mass prepared in a sigma mixer and extruded by vacuum. In this way, parameters process such as the speed of the rollers and the thickness of the substrates were evaluated, as well as the stages of shrinkage and firing. The final samples were characterized by determination of the microstructure, apparent density and porosity, volume retraction, penetrating liquid and surface roughness. The results showed that the speed of rollers around 15 and 18 rpm provided substrates without the presence of macro defects. Moreover, theres no correlation between the thickness of the substrates and the final characteristics after sinterization, and theres no preferential orientation of the particles when the mass of submitted to plastic deformation. Density superior to 95% of theoretical density were achieved, producing translucent samples and a great homogeneity of the grain size. After the establishment of best conditions for preparation of alumina substrates, they have been applied in the preparation of zirconia substrates with reproducibility of the results, showing that the viscoplastic processing by roll pressing can be an alternative process for the manufacture of ceramic substrates