一种可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔及其制备方法，涉及陶瓷材料领域，包括：依次堆叠为层状复合结构的氧化铝微层、铝微层和氧化铝微层，氧化铝陶瓷箔的厚度为80‑150μm，氧化铝微层的总厚度为氧化铝陶瓷箔厚度的60％‑70％。本发明专利技术中以铝箔材料为前躯体，采用微弧氧化方法制备出一种体积电阻率大于1012Ω·cm，能够进行大幅无损弯曲变形的氧化铝箔材，可为柔性电路提供了一种新型陶瓷基板材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷材料领域，更具体的涉及一种可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔及其制备方法。
技术介绍
氧化铝陶瓷因其高硬度、高强度、耐腐蚀、耐磨损、抗氧化、电绝缘及轻质等特性而得以广泛应用，尤其在电子工业中常用作集成电路基板或高频绝缘材料。但作为一种典型的脆性材料，氧化铝陶瓷在拉伸或弯曲过程中很难出现大幅度的无损伤变形，通常在未形成明显的弹性或塑形变形时即发生断裂。当前，随着智能穿戴等新型功能设备的飞速发展，柔性电路的使用也日益增多。作为柔性电路的基板材料除了需要电绝缘以外，还要求能够自由弯曲、卷绕以及承受多次动态弯曲且不损坏导线。目前，柔性电路板主要采用聚酰亚胺或聚酯薄膜等高分子材料制作；但此类材料在抗老化、耐高温等方面的劣势导致柔性电路在使用过程中的可靠性受到影响。虽然氧化铝陶瓷在稳定性等诸多方面独具优势，但目前仍无法制得具备可大幅无损弯曲等柔性特征的氧化铝材料。
技术实现思路
本专利技术提供一种可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔及其制备方法，用以解决现有技术中氧化铝陶瓷在柔性电路等特殊服役环境中不能大幅无损变形的问题。本专利技术提供一种可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔，包括：依次堆叠为层状
复合结构的氧化铝微层、铝微层和氧化铝微层，氧化铝陶瓷箔的厚度为80-150μm，氧化铝微层的总厚度为氧化铝陶瓷箔厚度的60％-70％。优选的，氧化铝陶瓷箔的体积电阻率大于1012Ω·cm。优选的，氧化铝陶瓷箔的表面积范围为6cm2-0.5m2。一种可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔的制备方法，包括以下步骤：步骤1、铝箔的前处理及装夹以40-100μm厚的铝箔为前驱体，并裁剪加工成所需形状和尺寸，保持铝箔样品的表面积在6cm2到0.5m2之间，经表面清洁处理后与电极稳固连接并置于电解液中；步骤2、铝箔的微弧氧化原位转化采用微弧氧化方法，在电解液或含有添加剂的电解液中，在电压350-650V范围内微弧氧化30-60min，对铝箔表层进行原位转化生成氧化铝陶瓷，对微弧氧化后的铝箔样品进行清洗、干燥处理后得到以铝残余层作为柔性支撑体的氧化铝陶瓷箔，电解液包括硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐中的一种或几种。优选的，铝箔采用1060、1100、3003及8011等牌号中的一种。优选的，电解液的电导率范围为10000-40000μS/cm，pH值6-12，所述添加剂包括氟化钠、氢氧化钠、硼酸钠、钼酸钠、钨酸钠及偏钒酸铵中的一种或几种，每种添加量不超过5g/L。优选的，微弧氧化时采用恒定电压模式，电压范围500-650V，时间30-40min。优选的，微弧氧化时采用恒定电流模式，电流密度范围6-9A/dm2，时间30-40min。优选的，微弧氧化时采用梯度升压模式，起始电压为350V，15min内电压升至500V，30min内升至600V，40min内升至650V，整个过程中电流密度在5A/dm2以下，整个过程时间为45-60min。优选的，铝箔的表面积大于200cm2时，在装夹时需进行固定处理，所述
铝箔与电极距离为10-30cm，与电极的表面积比为0.5-2.0。本专利技术中，获得了一种厚度小于80-150μm，能够多次反复进行大于90°的无损弯曲变形的氧化铝陶瓷箔材，氧化铝主要由γ与α两种物相组成，体积电阻率大于1012Ω·cm，从而为柔性电路提供一种稳定可靠的基板材料；氧化铝箔制备采用的微弧氧化方法，无需高温烧结过程，消除了氧化铝陶瓷制品传统制备方法的工艺繁琐、生产周期长、耗能等缺点，具有绿色、节能、经济等优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1制备的厚度约为80μm的氧化铝陶瓷箔截面微观形貌的SEM图；图2为本专利技术实施例1制备的厚度约为80μm的氧化铝陶瓷箔表面微观形貌的SEM图；图3为本专利技术实施例1制备的厚度约为80μm的氧化铝陶瓷箔的XRD谱图；图4为本专利技术实施例1制备的厚度约为80μm的氧化铝陶瓷箔中氧化铝微层的EDS谱图；图5为本专利技术实施例1制备的厚度约为80μm的氧化铝陶瓷箔中铝微层的EDS谱图；图6为本专利技术实施例1制备的厚度约为80μm的氧化铝陶瓷箔进行大幅弯曲变形时的弯曲示意图；图7为本专利技术实施例1制备的厚度约为80μm的氧化铝陶瓷箔在不同测试电压下的体积电阻率趋势图。具体实施方式实施例1本专利技术实施例1提供一种厚度约为80μm，长、宽均为10cm，能够大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔及其制备方法，按照以下步骤实施：步骤1、铝箔的前处理及装夹首先，以长、宽均为10cm，厚度40μm的1060号铝箔作为前躯体，将其与电源正极紧固连接，同时，对铝箔边缘进行固定处理防止微弧氧化过程中试样发生移动；铝箔与不锈钢阴极距离约为20cm，与阴极的面积比为1.0。微弧氧化电解液采用含有25-30g/L硅酸钠、15-20g/L六偏磷酸钠及3g/L氢氧化钠的水溶液，且电导率为35000-40000μS/cm，pH值12，微弧氧化过程中电解液温度低于40℃。步骤2、铝箔的微弧氧化原位转化采用阶梯升压模式对铝箔样品进行微弧氧化处理，具体操作为：起始电压350V、频率400Hz、占空比18％；5min时，电压400V、频率400Hz、占空比18％；10min时，电压450V、频率400Hz、占空比16％；15min时，电压500V、频率500Hz、占空比16％；20min时，电压550V、频率500Hz、占空比14％；25min时，电压580V、频率600Hz、占空比14％；30min时，电压600V、频率600Hz、占空比12％；35min时，电压630V、频率700Hz、占空比12％；40min时，电压650V、频率700Hz、占空比10％，；随后保持此参数不变，处理至45mim时结束，对样品进行清洗、烘干后获得总厚度约80μm氧化铝陶瓷箔。此方法制备的氧化铝箔如附图1所示，两侧氧化铝微层1的总厚度约为50-60μm，中间铝微层2的厚度约为20-30μm，氧化铝微层1与铝微层2界面结合良好；如附图2所示，氧化铝微层具有微观多孔结构，孔径1-10μm的孔隙弥散分布于氧化铝微层中；如附图3所示，氧化铝微层主要由γ与α两种氧化铝组成；如附图4所示，氧化铝微层主要含有铝和氧两种元素；如附图5所示，
铝微层主要由铝元素组成；如附图6所示，氧化铝陶瓷箔可发生大幅无损弯曲变形；如附图7所示，在常规使用电压状态下对氧化铝陶瓷箔的体积电阻率进行测试，在测试电压10、25、50、100及250V条件下氧化铝陶瓷箔的体积电阻率分别约为4.6×1014、3.0×1014、1.8×1014、1.3×1013及8.5×1012Ω·cm。实施例2本专利技术实施例2提供一种厚度约为100μm，长和宽分别为3cm和2cm的小尺寸氧化铝陶瓷箔及其制备方法，按照以下步骤实施：步骤1、铝箔的前处理及装夹将厚度约50μm的8011号铝箔裁剪成3cm×2cm的小尺寸样品，并与电源正极连接后置于微弧氧化电解液中；样品与不锈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔，其特征在于，包括：依次堆叠为层状复合结构的氧化铝微层、铝微层和氧化铝微层，所述氧化铝陶瓷箔的厚度为80‑150μm，所述氧化铝微层的总厚度为氧化铝陶瓷箔厚度的60％‑70％。

【技术特征摘要】
1.一种可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔，其特征在于，包括：依次堆叠为层状复合结构的氧化铝微层、铝微层和氧化铝微层，所述氧化铝陶瓷箔的厚度为80-150μm，所述氧化铝微层的总厚度为氧化铝陶瓷箔厚度的60％-70％。2.根据权利要求1所述的一种可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔，其特征在于，所述氧化铝陶瓷箔的体积电阻率大于1012Ω·cm。3.根据权利要求1所述的一种可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔，其特征在于，所述氧化铝陶瓷箔的面积范围为6cm2-0.5m2。4.一种如权利要求1-3任一所述的可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、铝箔的前处理及装夹以40-100μm厚的铝箔为前驱体，并裁剪加工成所需形状和尺寸，保持铝箔样品的表面积在6cm2到0.5m2之间，经表面清洁处理后与电极稳固连接并置于电解液中；步骤2、铝箔的微弧氧化原位转化采用微弧氧化方法，在电解液或含有添加剂的电解液中，在电压350-650V范围内微弧氧化30-60min，对铝箔表层进行原位转化生成氧化铝陶瓷，对微弧氧化后的铝箔样品进行清洗、干燥处理后得到以铝残余层作为柔性支撑体的氧化铝陶瓷箔，所述电解液包括硅酸盐、磷酸盐、铝酸盐中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的一种可大幅无损弯曲的氧化铝陶瓷箔的制备方法，其特征在于，所述铝箔采用106...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡辉，徐苗，麻凤娇，郭倩，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61