Способ приготовления пасты

Способ приготовления пасты

Реферат

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в производстве газоразрядных индикаторных панелей (ГИП).

Известен способ приготовления пасты путем смешивания порошка наполнителя и органического связующего на валках специализированных пастотерок [В.Г.Гребенкина, Р.С.Доброер и др. Толстопленочная микроэлектроника. - Киев: Наук. думка, 1983 г., с.162].

Паста, изготовленная таким способом, не пригодна для формирования элементов с высокой степенью разрешения из-за невозможности разрушения в процессе ее приготовления агломератов, присутствующих в порошке наполнителя, а также образующихся при смешивании его с органическим связующим вследствие большой удельной поверхности порошка наполнителя.

Известен способ приготовления пасты путем подготовки смеси порошка наполнителя и органического растворителя, перемешивания и размалывания полученной смеси, введения органического связующего [Патент США №4192698, 156-89, 1980 г.].

Данный способ позволяет получать пасты с высокой однородностью и пластичностью, но не исключает присутствие в них агломератов размером 8 мкм и более, так как для приготовления пасты используются сухие порошки наполнителя, которые агломерируются в процессе сушки и хранения. Кроме того, недостатком способа является большая вероятность расплющивания частиц порошка наполнителя между шарами в процессе длительного перемешивания. Особенно сильно этот эффект проявляется в проводниковых пастах на основе драгоценных металлов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ приготовления пасты, включающий получение порошка наполнителя путем восстановления его из раствора, промывание порошка наполнителя органическим растворителем с температурой кипения T₁, его осаждение и частичное удаление органического растворителя, введение в смесь порошка наполнителя и органического растворителя органического связующего, содержащего органический растворитель с температурой кипения Т₂, и последующее их перемешивание [Авторское свидетельство СССР №751820, C08L 61/14, 1980 г. - прототип].

Задачей изобретения является создание способа приготовления пасты для формирования элементов ГИП с высокой разрешающей способностью.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе приготовления пасты, включающем получение порошка наполнителя путем восстановления его из раствора, промывание порошка наполнителя органическим растворителем с температурой кипения T₁, его осаждение и частичное удаление органического растворителя, введение в смесь порошка наполнителя и органического растворителя с температурой кипения T₁ органического связующего, содержащего органический растворитель с температурой кипения Т₂ и последующее их перемешивание, порошок наполнителя промывают органическим растворителем с температурой кипения T₁=100÷250°С.

Промывка полученного методом восстановления из раствора порошка наполнителя органическим растворителем с температурой кипения T₁=100÷250°C предотвращает образование агломератов при получении порошка наполнителя, а именно в процессе его промывания.

При использовании для промывки порошка наполнителя органического растворителя, состав которого не совпадает с составом органического растворителя, входящего в органическое связующее, температуру кипения T₁ выбирают согласно соотношению T₁≤0,8 Т₂. В этом случае исключается агломерация частиц порошка наполнителя в процессе соединения его с органическим связующим и перемешивания компонентов пасты, обеспечивая заданные реологические свойства пасты за счет сохранения соотношения количеств порошка наполнителя и органического связующего.

Данные технические результаты достигаются также при использовании для промывки порошка наполнителя органического растворителя, состав которого совпадает с составов органического растворителя, входящего в органическое связующее.

Паста, приготовленная согласно указанному способу, позволяет изготавливать ГИП с шагом расположения ячеек индикации 100 мкм, шириной 30÷50 мкм, толщиной 3÷6 мкм, диэлектрическим и стабилизирующим покрытиями толщиной соответственно 15÷40 и 0,5÷1 мкм, шероховатость поверхности которых составляет не более 1 мкм.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня был проведен дополнительный поиск известных решений, с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как не выявлены способы приготовления паст, позволяющие получать однородные пасты на основе высокодисперсных порошков, в составе которых отсутствуют агломераты размером 5 мкм, и более за счет промывки порошка наполнителя перед введением органического связующего органическим растворителем с температурой кипения T₁=100÷250°C, при этом в качестве органического растворителя используют органический растворитель, входящий в органическое связующее или органический растворитель, не совпадающий с органическим растворителем органического связующего по составу, температуру кипения которого T₁ выбирают согласно соотношению T₁≤0,8 Т₂.

Для изготовления ГИП с высокой разрешающей способностью ее конструктивные элементы должны быть выполнены равномерными по толщине и ширине и с минимальной степенью шероховатости поверхности. Выполнение указанных требований при изготовлении ГИП методом трафаретной печати обеспечивается в результате использования порошков наполнителя с удельной поверхностью 10÷40·10³ см²/г. Однако порошки с такой удельной поверхностью имеют в своем составе агломераты размером 50 мкм и более, которые образуются в процессе его сушки и хранения. Кроме того, при перемешивании порошка наполнителя с органическим связующим происходит увеличение количества агломератов и их размеров вследствие неравномерного смачивания частиц порошка наполнителя, имеющего большую удельную поверхность органическим связующим. При использовании известных методов не удается добиться необходимой гомогенизации паст, так как в них присутствуют агломераты, размеры которых соизмеримы с размерами конструктивных элементов ГИП.

Для устранения указанного недостатка пасту готовят следующим образом.

В процессе приготовления паст для получения порошков проводниковых и резистивных материалов методом восстановления используют растворы химических соединений солей, кислот и т.д. После выпадения осадка порошок наполнителя промывают реагентом для удаления продуктов химического взаимодействия, образующихся в процессе восстановления. Так, для промывки порошка серебра, полученного восстановлением из азотнокислого серебра, используют азотнокислый аммоний или ацетон, а порошка золота, восстановленного из золотохлористоводородной кислоты, используют этиловый спирт или ацетон.

Затем порошок наполнителя, по крайней мере, однократно промывают органическим растворителем с температурой кипения T₁=100÷250°C, совместимым с органическим растворителем, входящим в состав органического связующего, что препятствует высыханию порошка наполнителя на стенках и в объеме технологической емкости вследствие низкой летучести органического растворителя, т.е. частицы порошка наполнителя, расположенные в тонком слое на стенках технологической емкости, не слипаются друг с другом, находясь диспергированными в слое органического растворителя. Одновременно этот органический растворитель благодаря расклинивающему действию адсорбционного слоя частиц порошка наполнителя, находящихся в его тонком слое, разрушает частицы, образование которых связано с высыханием порошка наполнителя на стенках технологической емкости, начавшимся на предыдущих операциях.

Если для промывки использовать органический растворитель, имеющий температуру кипения T₁<100°С, то после его частичного удаления после промывки происходит быстрое испарение его остатков из тонкого слоя порошка наполнителя на стенках и в объеме технологической емкости, что приводит к слипанию частиц и образованию агломератов.

Применение органического растворителя с температурой кипения T₁>250°С также исключает образование агломератов в процессе промывки порошка наполнителя и приготовления пасты, однако в процессе перемешивания компонентов пасты не происходит полного удаления такого органического растворителя, что ухудшает заданные реологические свойства пасты

В качестве органического растворителя для промывки порошка наполнителя можно использовать органический растворитель, входящий в состав органического связующего, который при приготовлении пасты используется как часть органического связующего.

В случае использования для промывки органического растворителя, состав которого не совпадает с составом органического растворителя в органическом связующем, его температуру кипения T₁ выбирают согласно выражению T₁≤0,8 Т₂, что обеспечивает полное испарение органического растворителя, используемого для промывки порошка, в процессе перемешивания пасты, не ухудшая реологические свойства пасты и исключая агломерацию частиц порошка наполнителя вследствие низкой скорости его испарения. Если в этом случае T₁ будет больше 0,8 Т₂, то при перемешивании пасты происходит одновременное испарение обоих органических растворителей, что приводит к изменению состава пасты, ее физико-химических и реологических свойств.

После промывки порошка наполнителя проводят его смешивание с органическим связующим пасты, органический растворитель которого имеет температуру кипения Т₂. При перемешивании пасты, если для промывки порошка наполнителя используется органический растворитель, состав которого не совпадает с составом органического растворителя в органическом связующем, то он испаряется и не изменяет свойств пасты. В случае использования органических растворителей, составы которых совпадают, органический растворитель, оставшийся с порошком наполнителя после его промывки, используется как часть органического связующего.

Пример конкретного выполнения 1.

Для приготовления 150 г пасты, включающей порошок серебра в качестве наполнителя и органическое связующее - 7÷7,5% раствор этилцеллюлозы (ЭЦ) в бутилкарбитолацетате (БКА) с температурой кипения Т₂=244÷250°С при следующем соотношении компонентов, вес.%:

порошок серебра - 75 (112,5 г)

органическое связующее - 25 (37,5 г)

было взято заданное количество порошка серебра в виде осадка, восстановленного из раствора азотнокислого серебра гидрохиноном, и промытого методом декантации первоначально десятикратно азотнокислым аммонием, а затем двукратно ацетоном.

Перед введением органического связующего осадок серебра двукратно промывался с использованием метода декантации органическим растворителем - БКА, взятым в количестве 150 г для каждой промывки.

После частичного удаления БКА смесь взвешивалась. При ее весе 120 г масса БКА в ней составляла 7,5 г.

Так как количество органического связующего - 7÷7,5%-ного раствора ЭТ в БКА в пасте должно составить 37,5 г, в смесь было добавлено 30 г 9%-ного раствора ЭЦ в БКА. В результате суммарная концентрация ЭЦ в смеси порошка серебра и органического связующего уменьшена до заданной величины.

После смешивания компонентов производят их перемешивание на валках пастотерки для равномерного распределения органического связующего и порошка серебра.

Пример конкретного выполнения 2.

Для приготовления 200 г пасты, включающей порошок золота и органическое связующее - 6%-ный раствор ЭЦ в терпинеоле (ТП) с температурой кипения Т₂=219°С, при следующем соотношении компонентов, вес.%:

порошок золота - 80 (160 г)

органическое связующее - 20 (40 г)

было взято заданное количество порошка золота, полученного восстановлением из раствора золотохлористоводородной кислоты смесью, включающей две части циклогексанола и одну часть ТП, и десятикратно промытого этиловым спиртом методом декантации. Перед введением органического связующего осадок серебра двукратно промывался с использованием метода декантации органическим растворителем - изобутиловым спиртом (ИС) с температурой кипения T₁=108°C.

После частичного удаления ИС в смесь порошка золота и ИС добавлялось органическое связующее в количестве 40 г и проводилось перемешивание на валках пастотерки, в результате которого полностью испарялся органический растворитель с температурой кипения T₁ и равномерно распределялись органическое связующее и порошок золота.

Для обеспечения формоустойчивости конструктивных элементов ГИП в подготовленную пасту дополнительно вводится легкоплавкое стекло в виде пасты, после чего проводится окончательное перемешивание. Полученными пастами со степенью перетира не более 5 мкм были сформированы конструктивные элементы ГИП - электроды из золота, имеющие ширину 30÷50 мкм, толщину 3÷4 мкм и контактные площадки из серебра толщиной 10÷15 мкм. Поверхность конструктивных элементов имеет шероховатость, не превышающую 0,5÷1 мкм.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить пасты для трафаретной печати, пригодные для формирования конструктивных элементов ГИП с высокой разрешающей способностью,

1. Способ приготовления пасты, включающий получение порошка наполнителя путем восстановления его из раствора, промывание порошка наполнителя органическим растворителем с температурой кипения T₁, его осаждение и частичное удаление органического растворителя, введение в смесь порошка наполнителя и органического растворителя органического связующего, содержащего органический растворитель с температурой кипения Т₂, и последующее их перемешивание, отличающийся тем, что порошок наполнителя промывают органическим растворителем с температурой кипения T₁=100÷250°C.

2. Способ приготовления пасты по п.1, отличающийся тем, что порошок наполнителя промывают органическим растворителем, состав которого совпадает с составом органического растворителя, входящего в органическое связующее.

3. Способ приготовления пасты по п.1, отличающийся тем, что при промывании порошка наполнителя органическим растворителем, состав которого не совпадает с составом органического растворителя, входящего в органическое связующее, температуру кипения T₁ органического растворителя выбирают согласно выражению T₁≤0,8 T₂.