电子陶瓷用的几种新型烧结设备

第２６卷第８期电子

元件与材

料

、，０１．２６Ｎｏ．８

２００７年８月

ＥＬＥＣＴＲｏＮＩＣＣＯⅣⅡ・ＯＮＥＮＴＳ

ＡＮＤ

ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ

Ａｕｇ．２００７

电子陶瓷用的几种新型烧结设备

王石，匡万兵，刘亚红

（中国电子科技集团公司第四十八研究所，湖南

长沙４ｉＯｌｌｌ）

摘要：介绍了用于电子陶瓷材料与元件烧结的几种新型间隙式烧结炉和连续式烧结炉。评述了两种型号的钟罩炉以及宽窑腔空气窑和全密封高温氮气氛保护窑的结构特点和性能指标，并对其进一步改进提出了自己的看法。

关键词：电子技术；陶瓷材料；钟罩炉；推板窑；氮气氛保护中图分类号：ＴＭ２０５

文献标识码：Ａ

文章编号：１００ｌ一２０２８（２００７）０８—００６５．０２

Ｎｅｗ拇Ｄｅ—ｅＷ珥ｐｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇＳＩｎｔｅｒＩｎｇｅｑＵｌｐｍｅｎｔＳｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓＵＳｅｄｕｓｅｄ

ｉｎｌｎｅｌｅｃｔｒｉｃｅｌｅＣｔｒｌＣｃｅｒａｍｉｃｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓ

ＷＡＮＧＳｌｌｉ，ＫＵＡＮＧＷｈｎ．ｂｉｎｇ，ＬＩＵＹｈ－ｈｏｎｇ

（４８ｔｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ７ｒｃｃｈｎｏｌｏｇｙＧｍｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｓｈａ

４１０１１ｌ，Ｃｈｊｎａ）

Ａｂｓｔ盼ｃｔ：Ｂａｔｃｈｆｕｍａｃｅ

ａｌｌｄ

ｃ咖ｔｉｎｕｏｕｓｌ（ｉｌｎ

Ｕｓｅｄｉｎ

ｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｌｎｉｃｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅｉｎｔｍｄｕｃｅｄ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｄｖａｎｔａｇｅｓ

ａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｉｎｄｅｘｏｆｔｗｏ

ｍｏｄｅＩｅｌｅＶａｔｏｒｆｈｒｎａｃｅｓｏｆｗｉｄｅｃｈａｍｂｅｒｋｉｌｎａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｐｒｏｔｅｃｔｏｎｓｅａｌｅｄｋｉｌｎｗｅｒｅｒｅＶｉｅｗｅｄ．Ｉｎ

ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｓｏｍｅｉｍｐｒｏＶｅｍｅｎｔｏｐｉｎｉｏｎｓｏｆａｂｏＶｅ—ｍｅｎｔｉｏｎｅｄｅｑｌｌｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅ西ｖｅｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｃｅｒ锄ｉｃｍａｔｅｒｉａｌ；ｅｌｅｖａｔｏｒｆｌｌｍａｃｅ：ｐＩｌ≤肫ｒｌ（ｉｌｎ；ｎｉｔｍｇｅｎ

ｐｍｔｅｃｔｉｏｎ

电子陶瓷材料与元件是电子工业的重要基础，随着汽车电３．炉温稳定段±２℃／２ｈ子、通讯、计算机、消费类电子产品和军用电子产品的飞速发４．

炉温均匀温度±４℃

展，对电子陶瓷材料与元件提出了越来越高的要求。在电子陶５．

保护工艺气氛

№、Ｈ２一Ｎ２、０２等

瓷材料与元件的制造过程中，烧结是关键工序。近年来，国内６．加热功率

１５

ｋＷ保温功率小于８ｋｗ

电子陶瓷材料工艺水平不断提高，再加上电子陶瓷材料与元件７．

控制方式计算机自动控制

的种类和工序的多种多样，对烧结设备也提出了更高的要求。设备为圆形升降式结构，由炉体、升降机构、气路系统、同时，面临市场激烈竞争，电子陶瓷产品价格不断下降，因而冷却水系统、电气控制系统组成。萁特点为：纤维炉衬，节能、控制产品成本至关重要。烧结过程合格率和一致性的提高、节蓄热小、升降温快：工艺保护气体流量用质量流量计控制，精能等是降低电子陶瓷制造成本的关键。中电集团第４８所为提度高，所得到的工艺曲线平滑；一体化工业控制机对工艺过程高烧结产品的～致性、稳定性，提高设备的可靠性，降低能耗进行自动控制，具有实时显示工艺流程、工艺曲线、工况图及进行了深入的研究，取得了可喜的成果。本文介绍４８所近两报警状态等功能，计算机可存储１００条工艺曲线，每条工艺曲年研发的几种电子陶瓷材料与元件烧结新设备。

线工艺程序编缉可达３０步，工艺数据永久保存；炉体及上下１

间隙式烧结炉

端盖采用水冷夹层结构：带有加湿及伴热系统，适宜小量多品种陶瓷材料与元件烧结工艺的选择。

问隙式烧结炉以钟罩炉为典型。钟罩炉以其炉内温度场与

１．２

ＲＢＮｌ４＿一３２０ｍｍ×３２０ｍｍ×１０００ｍｍ钟罩炉

气氛场均匀、稳定，精度高，重复性好，而适宜于高性能、多该设备适宜于电子陶瓷材料与元件批量烧结。品种、小批量产品的生产。

主要技术指标１．１

ＲＢＮｌ４一毋３０ｍｍ×３０ｍｍ钟罩炉

装载尺寸

３２０ｍｍ×３２０肼ｎ×１

０００ｍｍ

该钟罩炉为精细电子陶瓷材料与元件实验型烧结设备，特

（Ｗ×Ｌ×Ⅳ；４堆或８堆）

别适合工艺实验与小批量烧结。

最高炉温１

４５０℃

主要技术指标

温控精度

±２℃１．窑腔工作温度ｌ

３８０℃（最高ｌ４５０℃）

温度均匀度±４℃

２．

工作区尺寸

庐３００ｍｍ×３００ｍｍ升温时间

室温～１４００℃，５

ｈ

收稿日期：２００７．０６．１４

通讯作者：王石

作者简介：王石（１９７３一），男，湖南岳阳人，工程师，从事电子专用设备的研制及推广工作。Ｔｃｌ：（０７３１）５４０１９５０；Ｅ—ｍ枷：ｗａｎ西ｈｉ６１６＠１６３．ｃｏｍ：

匡万兵（１９７３一）’男，湖南永州人，工程师，从事电子专用设备的研制及管理工作；刘亚红（１９６３一），女，湖南茶陵人，研究员级高

万　

方数据工，从事电子专用设备的研制及推广工作。

、，０１．２６Ｎｏ．８

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王石等：电子陶瓷用的几种新型烧结设备

Ａｕｇ．２００７

降温时间保护工艺气氛

１４

００～２５０℃，＜１０ｈ率降至最低。窑顶结构强度从炉体金属外壳强度、拱顶砖周边保温结构强度以及科学施工三个方面加以保证。

在电子陶瓷元件烧结中，气压、温度、气流的影响不可忽视。往往在一年四季，天气变化，均会直接影响烧结产品的成品率。为解决这一问题，在宽窑腔的窑炉的入口横送与出口横送的轨道上，加装封闭门。门的驱动可根据情况采用机械式或气动式。主推进器与出料台加罩，保证窑炉在封闭状态下运行，既避免了天气变化、窑炉周边环境变化的影响，又可减少散热损失。

２．２全密封高温气氛保护窑

生产中使用Ｎｉ电极代替银钯电极的电子陶瓷，荧光粉，钒制品，陶瓷金属化等均需在全密封状态下烧结。窑炉入口与出口都处于密封状态。

１２

Ｎ２，Ｈ２一Ｎ２，０２

对氮气而言，最低氧含量

ｗ（０２）≤５０×１０《

加热功率（最大）保温功率

２００ｋｗ８０ｋｗ

设备由矩形炉体、升降机构、电气控制、气氛控制、循环冷却等部分组成，其特点为：全纤维炉衬、节能、蓄热少、升降温速率快，分区多点控温，温度均匀性好，工艺保护气体流量稳定，气氛波动小，循环冷却系统，多点透气，冷却均匀。钟罩窑最重要的要求是温度曲线与气氛曲线的控制，两曲线之间的协调以及窑腔内温度与气氛的保证。该设备具有两个创新点，其一为加热元件的设置保证每堆产品的加热状态完全一样，加热元件（硅碳棒）上加工小孔导气，使工艺气体从硅碳棒上小孔导出，以得到每堆产品的气氛状态完全一样；其二为采用质量流量计做工艺气体流量调节装置，调整精确，重复性、稳定性好。

ｍ全密封高温窑就属于这类窑型。其主要技术指标如

下：

窑长窑口尺寸窑温稳定性保护气氛最高窑温窑温ｌ

１２

ｍ

ｍｍ×２２０ｍｍ

３５０

采用工控机对窑炉工作过程进行控制与监督。窑内温度、

气氛、流量、压力等工艺曲线可编程序实时控制，对窑炉运行各种参数进行显示、记录与存储。

≤±２℃／２４ｈ

Ｎ２；Ｈ２；Ｈ２一Ｎ２混合

ｌ

４５０～１７５０℃

２连续式烧结窑

连续式烧结适宜于大批量产品烧结，具有产量大、工作条件稳定、一致性好等特点。２．１宽窑腔空气窑

瓷片电容器、片式元件、敏感元件（压敏、热敏）及其瓷料等的烧结，要求在氧化气氛中进行。氧化气氛是否充足，直接影响烧结产品的电性能。对温度的均匀性与稳定性要求更高。一种新型宽窑腔结构单双推板窑（俗称大肚子结构）能很好地满足这些要求。

该窑特点：窑内空间大，氧化气氛充足：上、下加热室贯通，使每个温区内温度均匀；两列同时前进的推板分开（通称窑道分开），使推板上烧结的产品周边空问基本相似，温度与气氛均匀一致；每个温区之间设有锁口，由每个温区前后锁口形成一个温度与气流稳定性好的区域。这种窑炉具有很好的热工性能。

双推板宽窑腔窑主要技术指标：窑长

高温区窑腔截面尺寸

１２～３０ｍ９００ｍｍ×２５０

ＩＩｌＩｎ

Ｏｏｏ℃以上窑腔内ｗ（０２）不大于５０×１旷。

该窑特点：窑炉前后带密封室，所有加热元件，测量热偶引出孔均采取有效密封，窑顶盖板用环氧树脂搅拌的氧化铝粉密封，从而保证了窑体的密封性。

在全密封状态下，窑压达到ｌ

０００×１０５

Ｐａ左右，对于烧

结中产生的大量废气采取在窑顶排气孔引出。对于Ｈ２一Ｎ２类保护气体，可在窑顶前后设长明火，以将其中的Ｈ２烧掉。全密封窑的安全保护是非常重要的，因此设计了防爆装置。在设计防爆孔时，考虑了防爆片冷却问题，不致于因温度过高造成防爆片损坏。

对于气氛保护高温窑，加热元件的选用需引起足够重视，如Ｎ２气氛中，Ｍｏｓｉ棒工作温度为１５００℃，超过１５００℃会使寿命急劂缩短。对还原气氛烧结，笔者采用金属加热器。

对于电子陶瓷中的Ｎｉ电极烧结，窑温属中温范围，采用Ｎ２保护，只是要求尸（０２）能达到１０×１０＿６～２０×１０＿６，该种窑型非常适用。由于产品烧结产生吸氧反应，配置了精密流量调节及氧分析仪。在吸氧激烈区域送入微量０２以补充吸氧反应所消耗的氧。

该窑的最后一节采用水冷或夹层风冷，保证产品与推板温度的降低，从而使窑炉出口端的密封室不至于因温度太高而使密封困难。

３

（彬×日）（双推板）

最高工作温度常用工作温度炉温稳定度窑温均匀度

ｌ１

４５０℃

２５０～ｌ３８０℃

±２℃纪４ｈ±３℃

结束语

随着电子陶瓷产品种类及技术水平的不断发展，新的烧结

对于瓷片电容、片式元件、敏感元件，其烧结最好选择宽窑腔单推板窑；瓷料烧结最好选择宽窑腔双推板窑。

这种结构有两个不足。其一为窑腔加大必需加大功率配备：其二为窑顶加宽，窑顶的结构强度要求提高。解决的办法为：设备额定功率配备加大，提高保温性能，在窑腔入口与出口段设置长度大于５００

炉将不断出现。作为窑炉设备制造单位只有与用户紧密结合，才能研制开发出更符合工艺实际要求的设备。笔者希望听到广大用户更多的意见和要求，以便为用户提供更多的先进设备。

（编辑：曾革）

ｒ啪的窄窑腔结构减少热损失，使设备运行功

万方数据　

电子陶瓷用的几种新型烧结设备

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

王石， 匡万兵， 刘亚红， WANG Shi， KUANG Wan-bing， LIU Ya-hong中国电子科技集团公司第四十八研究所,湖南,长沙,410111电子元件与材料

ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS2007,26(8)1次

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