3D打印制造無鉛壓電零件

來源：材料贏家

多年來，鉛一直是“電子制造的關(guān)鍵”，Ecoform總裁JackGeibig在2005年一篇關(guān)于鉛在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用的文章中說。“沒有它，就很難實現(xiàn)持久可靠的電子連接?！?br />
這篇文章發(fā)表后不到一年，《危害性物質(zhì)限制指令協(xié)議》于2006年生效。該協(xié)議限制了歐盟成員國內(nèi)電子電氣設(shè)備中10種有害物質(zhì)的使用。毫不奇怪，這10種物質(zhì)中有一種是鉛。

一種無鉛壓電部件，用使用水基油墨的3D打印技術(shù)制備。圖片來源: Bo nan et al.,Journal of the American Ceramic Society/Wiley

甚至在RoHS生效之前，為了應(yīng)對鉛對環(huán)境的負(fù)面影響，改善無鉛電子部件的性能和制造的研究就已經(jīng)在20世紀(jì)90年代開始了。

隨著2006年RoHS的通過，研究人員現(xiàn)在有許多環(huán)境和法律的理由來改進(jìn)無鉛技術(shù)。近年來，增材制造的出現(xiàn)有望成為制造無鉛電子零件的有效方法，特別是對于能量收集和需要復(fù)雜幾何形狀的超聲波應(yīng)用。因為增材制造技術(shù)是一層一層地構(gòu)建物體，所以增材制造可以形成復(fù)雜的形狀，這些形狀使用傳統(tǒng)制造技術(shù)難以或不可能形成。

在最近發(fā)表在《thejournal of American Ceramic Society》上的兩篇文章中，研究人員使用直寫增材制造技術(shù)來開發(fā)、測試和加工含有鈦酸鋇基無鉛壓電材料的油墨。正確使用墨水對直寫增材制造技術(shù)的成功至關(guān)重要。固體含量、粘合劑/載體類型和配方等不僅影響油墨的粘彈性，還影響燒結(jié)參數(shù)以及燒結(jié)部件的密度和性能。此外，與最近兩篇論文的情況一樣，粘合劑體系不得與鈦酸鋇基陶瓷材料發(fā)生反應(yīng)。

去年11月發(fā)表的第一篇論文是由葡萄牙阿威羅大學(xué)CICECO阿威羅材料研究所的研究人員和伯明翰大學(xué)的一位同事撰寫的。他們通過用磷酸二氫鋁(鋁(H2PO4)3)對鈦酸鋇鈣鋯(BCZT)進(jìn)行表面處理開發(fā)了水性油墨，這種處理方法已被證明能減少氮化鋁和鎂鋁尖晶石在水性油墨中的水解。

水基油墨的配制過程和大孔陶瓷的直接書寫示意圖。圖片來源：Bo nan et al.，Journal of the American Ceramic Society /Wiley

第二篇論文于12月出版，由德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校各部門的研究人員撰寫。他們使用通常用于制造鋰離子電池陰極的混合聚合物/有機(jī)溶劑系統(tǒng)來制備鈦酸鋇（BT）的油墨。

聚合物/溶劑基油墨的配制過程和大塊壓電部件的直接寫入示意圖。圖片來源：Hoejin Kimet al.，Journal of the American Ceramic Society /Wiley

第一篇論文詳細(xì)解釋了粘彈性特性的發(fā)展，第二篇論文側(cè)重于加工過程中和加工后的性能和性能，都可以作為油墨開發(fā)的指導(dǎo)。

使用這些研究的油墨制造的部件在處理和燒制階段可以保持其形狀，并且它們表現(xiàn)出與傳統(tǒng)技術(shù)制造的類似物品相同的性能。

來源：材料贏家