CN105474515A - 利用来自空化装置的浆体的流延成型及其制造方法 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中提供了一种制造的方法，包括：对包含包括有具有第一尺寸的包含金属的材料或包含碳的材料的微粒的原材料应用水力空化处理以生产包含包括有具有第二尺寸的包含金属的材料和包含碳的材料的微粒的浆体，该第二尺寸小于第一尺寸；并且对浆体进行流延成型以形成生胚带。还提供了应用该方法的装置以及根据该方法制成的示例性的合成物。

Description

利用来自空化装置的浆体的流延成型及其制造方法

相关申请与交叉引用

本申请要求提交于2013年05月04日的美国临时申请序列No.61/819,549的优先权，其通过引用整体并入于此。

背景技术

诸如三辊研磨、搅拌球磨以及玻珠研磨的业内标准工艺通常用于制备分散的微粒，然而这些技术都具有若干缺陷，包括产品中微粒不佳的分散度以及微粒团聚。能够对例如液体的非常低粘度的材料进行空化的乳化装置已经被用来取代研磨技术。然而，这些空化***仅仅适用于处理非常低粘度的液体，***的能力受限于这些材料是否可以流进机器中。这些现有的***不能胜任处理任何中间粘度或高粘度的材料，由于这些类型的材料不能够流进入现有的空化***中。例如，在现有的空化***中，甚至酸奶都不能进入空化机器中。

发明内容

鉴于前述，发明人认识到并且理解利用来自空化装置的浆体的流延成型及其制造方法的优势。

相应地，在一个方面提供了一种用于制造的方法，所述方法包括：对包含包括有具有第一平均尺寸的包含金属的材料或包含碳的材料的微粒的原材料应用水力空化处理以生产包含包括有具有第二平均尺寸的包含金属的材料和包含碳的材料的微粒的浆体，该第二平均尺寸小于第一平均尺寸；并且对浆体进行流延成型以形成生胚带。

在一些实施例中，该方法包括控制原材料的温度以在水力空化处理之前和之后在约10摄氏度到约90摄氏度的范围内。在一些实施例中，该方法包括在对浆体流延成型以形成生胚带之前，对浆体重复应用水力空化处理至少一次从而将包含金属的微粒的尺寸进一步降低到第三尺寸，该第三尺寸小于第二尺寸。在一些实施例中，该水力空化处理进一步包括使原材料经受约1,000psi到约65,000psi的水压。

在一些实施例中，浆体以约每分钟0.1公升到约每分钟5公升的速度产生。在一些实施例中，原材料进一步包括去絮凝剂、粘结剂和增塑剂中的至少一个。在一些实施例中，原材料具有第一粘度并且浆体具有低于第一粘度的第二粘度。

在一些实施例中，生胚带具有约100微米的厚度并且生胚带的厚度在跨越生胚带的表面的多个点处的变化小于约3％。在一些实施例中，生胚带具有约100微米的厚度以及小于或等于约0.4微米的糙度参数R_a。在一些实施例中，生胚带具有约60％到约80％的密度。在一些实施例中，该方法不包括对原材料进行球磨研磨。在一些实施例中，该方法不包括对产品材料进行排气。

在一些实施例中，该方法进一步包括将生胚带作为下述至少一个的至少组分形成进入适于使用的设备：用于艺术应用的传送带、陶彩、光敏玻璃膜、耐火陶瓷、催化剂载体；燃料箱体隔层、扬声器遮罩、浸渍陶瓷的织物、红外传感器、植入式电子设备、功率放大器模块、射频前端模块、传输控制单元、能量采集器、或生物传感器。

在另一方面提供一种合成物，其包括从以下形成的浆体：至少包括包含金属的材料或包含碳的材料的微粒，其中该微粒由利用至少多个具有第一平均尺寸的原始微粒进行的水力空化处理来形成。该合成物进一步包括至少一种去絮凝剂、至少一种增塑剂和至少一种粘结剂。该微粒具有第二平均尺寸并且该第二平均尺寸小于或者等于第一平均尺寸的约两倍。

在一些实施例中，第二平均尺寸具有约10微米的最大直径。在一些实施例中，该合成物具有约1Kcps到约200Kcps的粘度。在一些实施例中，该包含金属的材料包括金属、金属合金、氮化物、氧化物、硫族化物、硼化物和氧氮化物中的至少一个。

在另一方面提供一种制造的方法，该方法包括：通过腔室的第一孔口引入包含至少一种去絮凝剂、至少一种增塑剂和至少一种粘结剂以及至少包括包含金属的材料或包含碳的材料的微粒的一定容积的原材料；在腔室中对该原材料应用水力空化处理从而产生浆体，其中包括至少一个包含金属的材料的微粒在原材料中具有第一平均微粒尺寸并且在浆体中具有第二平均微粒尺寸，该第二平均微粒尺寸小于第一平均微粒尺寸；使得浆体通过第二孔口离开空化腔室；并且对浆体进行流延成型从而形成生胚带。

在一些实施例中，该方法包括控制原材料的温度以在水力空化处理之前和之后在约10摄氏度到约90摄氏度的范围内。在一些实施例中，应用该水力空化处理进一步包括使原材料经受约1,000psi到约65,000psi的水压。在一些实施例中，该方法不包括对原材料进行球磨研磨。在一些实施例中，生胚带具有约100微米的厚度并且生胚带的厚度在跨越生胚带的表面的多个点处的变化小于约3％，并且生胚带具有小于约0.4微米的糙度参数R_a。

应当理解的是前述概念的组合以及将在下面进行更为详细讨论的附加的概念(假设这些概念是相一致的)被构思为这里所公开的创新性主题的部分。特别地，在本公开的结尾处出现的所要求权利的主体的所有合并被构思为这里所公开的创新性主题的部分。应当理解的是这里明确采用的术语还可能出现在通过引入而并入的任何公开中，并且应当被赋予与这里所公开的特定概念最为一致的含义。

附图说明

熟练的技术人员将会理解的是附图主要用于描述性的目的并且不意在于限定这里所描述的创新性主题的范围。附图未必按照比例；在一些示例中，这里所公开的创新性主题的各个方面在附图中可能示出为夸大或扩大从而有助于理解不同的特征。在附图中，相似的附图标记通常指代相似的特征(例如，功能性相似以及/结构性相似的元素)。

图1提供了在一个实施例中的示例空化机器的示意图。

图2提供了在一个实施例中的可以用来对由图1所示出的空化机器产生的浆体进行流延成型的刮浆刀片装备的示意图。

图3提供了描述在一个实施例中的利用图1所示出的空化机器和图2所示出的刮浆刀片装备的制备工艺的示意性流程图。

图4A到图4G描述了如一个示例性空化处理所提供的空化处理之前以及空化处理之后的在一个实施例中的与二氧化硅微粒相关联的数据。

图5描述了如一个示例性空化处理所提供的空化处理之前以及空化处理之后的在一个实施例中的针对Ag微粒的微粒尺寸分布。

图6A到图6B提供了如一个示例性空化处理所提供的空化处理之前以及空化处理之后的在一个实施例中的微粒的扫描电子显微镜检查法(SEM)图像。

图7A到图7B提供了显示出通过球磨研磨处理制造的浆体所形成的生胚带的表面质量和通过空化处理制造的浆体所形成的生胚带的表面质量的差异的照片。

图8示出了在一个实施例中由通过水力空化处理形成的浆体流延成型的生胚带的高度的尺度稳定性。

具体实施方式

下面是与利用来自空化装置的浆体的流延成型及其制造方法相关的各种概念以及各种实施例的详细描述。应当理解的是上面引入并且将在下面更为详细地讨论的各种概念和可以以许多方式中的任何一种来实施，由于所公开的概念不限于实施的任何特定方式。特定实施的例子和应用仅提供用于说明性目的。

空化

空化可以指液体中形成气体空腔(例如，小的没有液体的区域例如气泡或孔洞)，其是作为作用到液体上的力的结果而形成的。该过程通常会在液体经受了压力的快速改变时发生，所述压力的快速改变导致了在压力相对较低的地方形成空腔。当受到较高压力时，这些孔洞可能内爆并且可能生成强烈的震荡波。取决于应用，任何空化的适合模式可以被采纳到这里所提供的方法和***中。例如，在一个实施例中的空化处理可能涉及或可能是水力空化。

水力空化可以指的是汽化、气泡生成以及气泡破裂的过程，其发生在流动的液体中，作为压力的降低和随后的升高的结果。水力空化可以通过使得液体以特定的速度通过狭隘的通道或者通过借助于液体而对物体进行机械旋转来产生。在狭隘通道的情况下并且基于***的特定(或唯一)几何形状，压力和动能的结合可能在局部狭隘处的下游产生水力空化空洞并生成了高能空化气泡。

孔口和文氏管可以用于生成空化。可以采用文氏管是因为其平滑的收敛和发散部分，使得其可以在咽喉处针对跨越其的给定压力降生成较高的速度。另一方面，一组孔口在管道的给定横截面区域中可以容纳更多数目的孔(孔的更大的周长)。两种选择都可能。

一些现有的空化***利用了相对的水射流从而产生发生空化所需要的压力，另一些通过利用水力泵来驱动并且振荡柱塞来产生压力和导致的真空，所述柱塞将低粘度的材料吸入并且接着将低粘度材料推送通过特定的点，在该处发生空化。然而，这些现有***中没有一个能够胜任处理具有大于流体粘度的粘度的原材料，将成分驱散开或者通过解团聚而达到希望的微粒尺寸分布。

空化设备

取决于应用，任何能够执行空化或乳化工艺的合适的设备都可以采用。在一个实施例中提供了一种装置***，包括：第一馈送管道，适配为包含原材料，所述原材料具有第一粘度并且将被提供到处于下游且与所述装置相分离的水力空化腔室中。所述***还可以包括气动的活塞，其配置为产生具有第一压力和第一温度的条件，所述第一压力和第一温度足够高从而将第一粘度降低到第二粘度而又足够低使得新材料被推送进入水力空化腔室的孔口从而经过水力空化处理以形成产品材料。

图1提供了一种可以在这里所描述的方法中采用的基体空化或乳化机器1的一个实施例的示意性描述。该机器包括入口2和出口3。所述机器可以是商业性可获得的空化机器或可以是定制设计的空化机器。所述基体空化或乳化机器1将在图2中进一步描述。这里所提供的配置为将原材料馈送进入基体空化机器1的装置***可以指的是附接到基体空化机器1的***，例如在其入口2处。可代替地，这里所提供的装置***可以指的是制备***，其包括基体空化机器1和所附接的***二者的组合，如图1所示。

参照图1，所述装置***可以包括至少一个馈送管道4、在馈送管道4之内的原材料5、以及向着馈送管道4下方推送材料压迫其进入机器1的入口2的活塞6。所述装置***还可以包括在馈送管道4的后端的气阀7，该气阀7控制了压缩的空气流入馈送管道4。该装置***可以包括空气管线8，其从压缩空气源馈送压缩的空气进入气阀7并且进入馈送管道4。

基体空化机器1可以包括任何适合的组件，取决于应用。例如，基体空化机器可以包括两个液压泵用以将膏浆推送经过非常小的孔口进入非常小的真空腔室，并且从另一个非常小的产生特定的所希望的背压力的孔口出来。在一个实施例中，这种小管口和在其中间的真空腔室的组合正是水力空化发生的地方。在一些实施例中，空化机器可以包括其他配置用于将原材料经由小孔口引入的组件。例如，空化机器可以包括配置用于经由非常小的孔口注入、推送以及/或者推入原材料而无需使用液压泵或活塞的组件。可以采用任何适合的压迫、注入以及推送技术。

基体空化机器1还包括液压储液池13、发动机14转动泵17从而将液压油泵到增压器15，其驱动振荡柱塞11将材料向上推进空化腔室9，同时球形检查***12关闭从而使得材料被迫进入空化腔室，该处容纳有孔口并且发生空化。随着增压器15向前推柱塞11，在增压器15前端的液压油被朝着氮包16推送。在柱塞11始终向前之后，定位传感器停止液压泵17驱动增压器15，并且朝着氮包16的压力累积，导致了柱塞11被推送回到其起始位置。

取决于应用，包括馈送管道的数目的设置可以改变。在一个实施例中，针对可以在每一次通过空化腔室之后进行测试的小批量而言，可以采用包含着中度粘度到高度粘度的原材料的小的单一馈送管道。空化处理可以在被处理的材料中生成很大的热量。在一个实施例中，可以采用热控制***从而控制产品材料从空化腔室1中出去时的温度，因此材料可以以适当并且稳定的温度从空化处理中出去。该温度优选地低于产品材料的热降解温度。所述热降解温度是材料物质成分的物质属性的函数。例如，在空化腔室的下游，这里所描述的装置***的一个实施例可以进一步包括热控制***，其包括热交换器、热电偶以及配置用以提供液体来冷却从水力空化腔室中分放出的产品材料的冷却液体储液池中的至少一个。所述热控制***可以配置为控制第二温度低于原材料的热降解温度。

在一些实施例中，产品材料可以经受多于一次的空化处理。例如，操作者可以选择材料将会通过空化机器的次数，从而重复空化处理。在一个实施例中，在达到了预定数目的通过之后，***以及驱动阀和活塞的空气可以自动关闭。这个安全性特征可以在一旦当前循环结束时即释放空气气压。在一个实施例中，这里所描述的***设置允许在任何时刻对材料样本进行采取从而确定经过了在所希望的操作压力和温度下的特定次数的通过之后是否达到了希望的结果。

在一个实施例中，在这里所提供的装置***可以通过用来确定处理中在若干点处的材料温度并且致动水阀的软件和几个热电偶中的至少一个来控制材料的温度，所述水阀控制冷水流向一线式地直接放置在空化发生之后的热交换器。在一个实施例中，所述材料在空化之后被冷却从而将温度降低到材料适于被处理的范围从而使其保持稳定并且针对下一次循环或通过而准备到位。没有这种温度控制***，在至少一个实施例中的材料将保持太热并且可能在每次通过时会获得更多的热能，从而导致对于其某些成分的损害。当采用针对压力和温度设置的参数对材料进行处理时，所述的参数可以通过试验和试错以及/或参数分析来针对每种材料进行确定，各个批次的产品的一致性远远优于用于准备中度粘度到高度粘度的墨水、膏体、浆体或纳米粒子的分散体的现有工艺。通过这里所描述的装置***和方法以连续并且受控的方式将中度粘度到高度粘度的材料移动通过空化处理的能力出乎意料地优于现有的方法。

在一些实施例中，产品材料具有约1Kcps到约200Kcps的粘度。在一些实施例中，产品材料具有约1.5Kcps到约100Kcps的粘度。在一些实施例中，产品材料具有约4Kcps到约50Kcps的粘度。在一些实施例中，产品材料具有约9Kcps到约16Kcps的粘度。依据于所希望的应用，其他粘度值(范围)也是可以的。浆体可以采用在流延成型中。

合成物

这里所描述的方法和***针对其将应用到的原材料的类型而有多种。上面已经描述过了原材料的几种材料属性，包括粘度，几何形状，尺寸等。产品材料也可以包含多个不同的材料。在一个实施例中，产品材料可能包括合成物，该合成物包括包含着至少一种包含金属的材料的微粒。术语“包含金属的材料”指的是包含任何形式的金属元素的材料。术语“元素”指的是可以在元素周期表中找到的化学符号。由此，包含金属的元素可以指的是包含纯金属、金属合金、金属化合物、前述的混合物以及类似的材料。更确切地，包含金属的材料可以展现出类似金属的属性(例如，纯金属、合金等)或者类似非金属的属性(例如，半导体、包含金属的复合材料、包含金属的化合物，诸如陶瓷-例如，氧化物、氮化物、硫族化物、硼化物、碳化物、氮氧化物等)。非金属的材料可能包括碳。包含碳的材料可以包括碳纳米管、石墨和石墨烯中的至少一个。碳纳米管可以是单壁式纳米管或多壁式纳米管。包含金属的材料因此可以包括金属、金属合金、氮化物、氧化物、硫族化物、硼化物、氮氧化物或任何其他类型的包括在元素周期表中找到的金属元素的材料。在一些实施例中，包含金属的材料可以包括纯的基础金属、稀有金属、贵金属、稀土元素、碱金属、其混合物、合金以及化合物(例如，氮化物、氧化物、碳化物、硫族化物等)，以及过渡金属，包括：锂、钠、钾、铷、铯、钫、铍、镁、钙、锶、钡、钪、钛、钒铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、人造放射性元素Rf、钍、钅喜、铍、钅黑、钅哥、铝、镓、铟、锡、铊、铅、铋、钋、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹、锗、砷、锑或者砹。在另外的实施例中，包含金属的材料可以包括下述材料中的任何一种：铝硼化镁、铝氮氧化物、钡锶钴铁氧体、钛酸钡、氧化铍、锶铋铜氧化物、钙骨瓷器、煤饼、铝酸钙、空心微珠、陶瓷着色剂、陶瓷溶剂、陶瓷泡沫、陶瓷基复合材料、六硼化铈、科德石、crittersol(一种液体软陶)、钛酸镝、陶器、陶瓷、膨胀粘土聚合、铁电陶瓷、耐火粘土、熔块、煅制氧化硅、土工聚合物、地质聚合物混凝、二氧化锗、微晶玻璃、熟料(粘土)、铪二硼化物、羟磷灰石、钙铝榴石、高岭土/高岭石、硅酸镧镓、六硼化镧、镧锶钴铁氧体、镧锶水锰矿、钽钪酸铅、锆钛酸铅、陶瓷镜片、二硼化镁、氧化镁、马氏体、尼罗河淤泥、MAX相、金属粘土、二硅化钼、海泥、瓷、纸粘土、石英、陶器、硅铝氧氮聚合材料、硅石粉、硼化硅、碳化硅、二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、滑石、钛酸锶、四方多晶氧化锆、碳化钛、显像管纳米结构、二硅化钨、氮化钨、超高温陶瓷、玻璃瓷、钇钡铜氧化物、氧化锌、氧化锆增韧氧化铝、二氧化锆、AlN,Si3N4、SiC、WC、Al2O3、ZrO2(稳定的Y、Mg等)、MgO、SiO2、玻璃、ZnO、TiO2、PbO、PbTiO3、PbZrO3、BaTiO3、BiTiO3、SrTiO3、MgTiO3、CaTiO3,固溶体陶瓷、CeO(稳定的Gd、Sm等)、Y2O3、BeO、陶瓷着色剂、氧化锶铋钙铜、钛铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钼、钌、铑、钯、银、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、铝、镓、铟、锡、铅或铋。

在一些实施例中，产品材料还包括至少一种去絮凝剂、至少一种增塑剂以及/或至少一种粘结剂。任何组成微粒可以具有上面所描述的微粒尺寸中的任一个。产品材料可以通过上面所描述的水力空化处理来形成。

流延成型制造工艺

图2示出了用于对利用图1的空化机器形成的产品材料进行流延成型的***200。产品材料(例如，陶瓷浆体)被引入装备的腔体202中并且随着载体膜206在下方运动而在刮浆刀片之下流出。载体膜206为清洁的平滑膜，诸如醋酸纤维素、聚四氟乙烯或聚酯薄膜。在一些其他的实施例中，包括刮浆刀片202的该装备在膜206之上移动，而膜206仍保持就位。在图2所示出的例子中，膜206在连续的处理中在刮浆刀片204之下移动。在一些实施例中，膜由台面208支撑并且由驱动马达210驱动。

带的厚度由刮浆刀片204在承载膜206之上的高度、装备/承载膜***的相对速度以及带的干燥收缩来确定。较高粘度的浆体可以提供更为均匀的带的厚度，但是可能更倾向于捕获气泡。由于空化处理并不在滑行内捕获气泡，可以准备更为均匀的带。

带的干燥通常可以通过使得带从标记为212的点通过干燥器216到标记为214的点来控制。该干燥器216可以包括进气孔218。为了防止带的损毁，至少在一个实施例中不得超过溶剂的沸点。在干燥之后，可以对带进行切割。对于将从带形成的电路来说，可以在带上冲击出孔并且在表面上印刷电路。由于利用空化产生的带较之利用其他处理形成的带而言具有更为均匀的密度，通过利用空化，与冲孔(例如，撕裂)以及印刷(例如，作为印刷干燥处理的结果的尺度的改变)相关联的缺陷可以最小化，包括基本上消除或者甚至完全消除。这有助于由带的多个层形成的多层部分的发展。多层部分可以接着在从约1MPa到约50MPa，例如约2MPa到约40MPa、约3MPa到约30MPa或任何其他适合的压力范围内的压力下叠层。

在此所描述的在至少一些实施例中的空化处理具有能够最小化或者甚至基本上消除或甚至完全消除所有在粉末内的团聚体从而达到标称的微粒尺寸。在一些实施例中，该团聚并未最小化或者消除，而是其尺寸得到降低。例如，在浆体中的微粒的平均尺寸可以小于或者等于用以形成浆体(例如，利用水力空化处理)的初始微粒平均尺寸的大约三倍；微粒的平均尺寸可以小于或者等于约两倍、1.5倍、或者小于初始微粒平均尺寸。这有助于利用通过空化而分散的带来制造多层设备，因为与团聚体相关联的缺陷不利地影响着性能。由于缺陷通过每个附加层放大，这对于建立具有多层薄带的共烧封装而言具有用处。当这个成形和层叠处理结束时，有机物可以附加地并且可选地从带中烧出，例如，通过使得带受热并且烧结可以使得部分致密。

图3示出了方法300的流程图，其包括通过腔室的第一孔口引入包含至少一种去絮凝剂、至少一种增塑剂和至少一种粘结剂以及至少包括一种包含金属的材料的微粒的一定容积的原材料(阶段302)；在腔室中对该原材料应用水力空化处理从而产生浆体，其中包括至少一种包含金属的材料的微粒在原材料中具有第一平均微粒尺寸并且在浆体中具有第二平均微粒尺寸，该第二平均微粒尺寸小于第一平均微粒尺寸(阶段304)；使得浆体通过第二孔口离开空化腔室(阶段306)；并且对浆体进行流延成型从而形成生胚带(阶段308)。

原材料可以采取包括包含金属的微粒的多组分混合物的形式。该原材料被加载进入附接到空化***的引擎带动的空化馈送管。在馈送管中的活塞接着被向着馈送管下方驱动，将原材料推送/强迫进入空化机器用于处理。在原材料被强迫进入空化机器中后，材料行经空化处理从而产生浆体，并且至少部分由于由高压生成的热能而温度增加。在离开空化处理之后，原材料接着进入热交换器从而冷却到预定的温度。在一些实施例中，在空化处理之前和/或之后的材料温度可以控制为特定范围的值，如下面将进一步描述的。可以例如通过使用配置用于接送来自热交换器下游的热耦合器的反馈的软件程序来达到温度控制。***可以响应于来自软件的指令而致动控制着冷水流向热交换器的水阀。当产品从热交换器中出来后，其处于希望的预定温度范围内。结果是，产品材料(即，浆体)处于稳定的温度并且其经过了有效的解团聚且所有的成分从多组分混合物原材料中发散出。

在一些实施例中，这里描述的装置***允许原材经过多次空化处理。例如，多次通过空化机器可以有用从而达到浆体的解团聚或粘度水平。在一些实施例中，可以预先确定通过的次数。所需要的通过次数还可以确定产生给定容积的浆体的时间量。例如，在一些实施例中，原材料以约每分钟0.1公升到约每分钟5公升的速度被空化从而产生浆体。在一个实施例中，该值可以称为每单位浆体升数。在其他的实施例中，浆体可以约每分钟0.05公升到约每分钟10公升的速度被空化、以约每分钟0.5公升到约每分钟8公升的速度被空化、或者以约每分钟1公升到约每分钟3公升的速度被空化。其他的速度同样可以。

在一些实施例中，原材料的温度可以在水力空化处理之前并且/或之后进行控制。例如，原材料的温度可以在水力空化处理之前并且/或之后控制在约1℃到约150℃的范围内-例如，约5℃到约100℃、约10℃到约90℃、约20℃到约80℃、约30℃到约70℃等。其他的值同样可能，取决于应用。

在一个实施例中，方法300还可以包括在空化处理期间使得原材料经受水压。该水压可以在约100psi到约100,000psi之间。例如，该水压可以在约500psi到约80,000psi之间、可以在约1,000psi到约65,000psi之间、可以在约2,000psi到约50,000psi之间、可以在约3,000psi到约30,000psi之间等。其他值(范围)同样可能，取决于应用。

在这里所描述的方法的一个实施例中，原材料可以具有在室温下的第一粘度并且产品材料(即，浆体)可以具有在室温下的第二粘度。第二粘度可以低于第一粘度。例如，浆体的第二粘度可以在约0.1Kcps到约500Kcps的范围中-例如，约0.5Kcps到约250Kcps、约1Kcps到约200Kcps、约5Kcps到约100Kcps、约10Kcps到约50Kcps等。对于第一粘度没有上限。同样没有对于第一粘度的下限，由于这里所描述的方法和***是用于处理由现有空化技术处理的低粘度材料。

作为这里描述的制备方法的结果的产品材料可以进一步用来制造各种设备。例如，所述方法300还可以包括对浆体进行流延成型从而形成生胚带(阶段308)。在一些实施例中，该方法并不需要包括在进行流延成型之前对产品材料(即，浆体)进行排气。在一些实施例中，流延成型步骤可以通过图2所示出的刮浆刀片装备来执行。如上面所讨论的，该刮浆刀片装备可以是可配置的从而选择所希望的生胚带的厚度。例如，在一些实施例中，生胚带可以具有小于或等于约200微米的厚度-例如，小于或等于约150微米、约100微米、约80微米、约50微米、约20微米、约10微米、约5微米、约2微米或更小。其他的厚度同样可能，取决于应用。例如，在一些实施例中，生胚带可能包括具有约小于1微米的平均尺寸且包括钛酸钡的微粒，并且可以具有在约4微米到约5微米的范围中的厚度。这种生胚带可以用于制备多层电容器或其他电子设备。在一些实施中，生胚带的厚度可以小于或等于约4微米。生胚带的密度可能基本上高于由未接受空化处理的浆体形成的生胚带的密度。例如，生胚带的密度可以在约40％到约90％之间、在约50％到约85％之间、或者在约60％到约80％之间。密度的其他密度值或者范围同样可能。生胚带可以如下面所进一步讨论地形成进入电子设备。

如上面所描述的，方法的任何部分当与这里所描述的装置***相结合使用时，可以是自动的。所述自动可以至少部分利用软件程序来完成。在一个实施例中，软件程序存储在永久的计算机可读介质上。所述程序当被执行时导致至少一个处理器(例如计算机)执行这里所描述的方法(或其部分)中的任何一个。

这里所提供的方法和装置***允许形成原材料的微粒的尺寸降低、分散并且/或解团聚。在一些实施例中，该方法并不包括对原材料进行球磨研磨。相反地，原材料通过水力空化处理进行解团聚。该原材料可以包括多个微粒。所述微粒可以具有任何几何形状，包括形状和尺寸。例如，微粒可以具有的形状包括球体、薄片、薄板、熔块、椭球体或不规则形状。所述微粒可以是任何尺寸。术语“尺寸”在这里可以指的是直径、半径、长度、宽度、高度等，取决于上下文以及微粒的几何形状。在一个实施例中，当术语“尺寸”用来描述多个微粒时，尺寸可以指的是多个微粒的平均尺寸。

在一个实施例中，所述方法可以包括降低原材料所包含的微粒的第一平均尺寸从而形成产品材料(即，浆体)中的具有第二平均尺寸的微粒，所述第二平均尺寸小于第一平均尺寸。所述第一尺寸可以在纳米范围或微米范围中。例如，微粒的第一(平均)尺寸可以在约0.05微米到约100微米之间，例如，约0.1微米到约50微米之间、约0.5微米到约10微米之间、约0.25微米到约1微米之间等。另一方面，微粒的第二(平均)尺寸可以小于20微米-例如，小于约15微米、小于约10微米、小于约5微米、小于约2微米或者小于约1微米。其他的尺寸同样可能。在一些实施例中，原材料中的微粒指的是初始微粒并且具有标称尺寸，且初始微粒的团聚体可以具有在初始微粒的尺寸的约10倍到约100倍的范围中的尺寸。产品材料(即，浆体)可以具有基本上较之原始材料而言较小的团聚体。在一些实施例中，产品材料可以基本上无团聚体。在一些实施例中，浆体中的微粒可以具有小于或者等于初始微粒的尺寸的约两倍的最大尺寸。在一些实施例中，浆体中的微粒可以具有小于初始微粒的尺寸的约1.5倍、小于初始微粒的尺寸的约3倍、小于初始微粒的尺寸的约4倍、或者小于初始微粒的尺寸的约5倍的最大尺寸。这里所描述的在一些实施例中的方法和***的微粒尺寸降低效应显示在图4A-图4B以及图5中。

图4A-图4G显示了关于利用水力空化处理可以达到的微粒尺寸降低和其他材料属性改变的第一例子的数据。最初的原材料的微粒尺寸分布显示在图4A中。三个材料的样本由67％重量百分比的硅石粉添加到丙酮中来形成。该样本均匀混合并浸入声波浴中达20分钟。如所示出，样本中的微粒的标称尺寸约为4微米，但是团聚还产生了显著地较大的微粒(例如，尺寸上超过100微米)。在最初的样本中的微粒尺寸利用莫尔文粒度分析仪2000进行测量，并且结果描绘在图4A的图表中。对于三个样本的每一个的微粒尺寸数据的总结示出在图4B中。硅石(即，填充剂)以及有机载体(即，树脂共混物)在两个数字表格中进行了称重。两种材料的比率由关系式填充剂＝1.968×(共混物A)来限定。硅石填充剂和有机载体的密度、重量百分比以及体积百分比如图4C所示出的。

跟随这些指示，100克的载体添加到罐体中，并且逐次地添加196.8克的硅石填充剂进入该罐体中。粉末和树脂混合物利用抹刀手动混合并且加载进入空化机器。该材料经过一次该机器从而浸透为膏浆。跟随着最初的通过，并且每一次后续的通过，利用莫尔文粒度分析仪2000对微粒尺寸的测量值进行收集。该数据示出在图4D中。

图4E示出了针对最初的混合物的粘度数据，并且图4F示出了在七次通过空化机器之后的产品材料的粘度。如所示出的，产品材料的粘度显示为从牛顿流体(即，具有独立于剪切速率的粘度)到展示了剪切稀化的触变性的/假塑性的改变。有可能的是在空化处理期间，一些团聚体被进一步分解，并且附加的精细微粒对产品材料的触变性的性能做出了贡献。

图4G示出了在对硅石样本应用了七次通过空化处理之后的微粒尺寸分布。如所示出的，在空化处理之后，微粒具有约为4微米的平均尺寸并且样本基本上没有尺寸上大于11微米的团聚体或微粒。

图5示出了可以利用水力空化处理达到的微粒尺寸降低的第二个例子。用来生成图7所示出的图表的数据是基于具有约100nm到约200nm的标称初始微粒尺寸的银粉的样本。如所示出的，开始的材料为高度团聚的，取决于其相对小的标称微粒尺寸。银粉与作为溶剂的乙醇相混合并且经受如上面所讨论的水力空化处理。空化的产品材料的微粒尺寸分布同样示出在图7中。空化的材料基本上没有团聚体并且具有约200nm的平均微粒尺寸。

尺寸的降低部分归因于微粒的解团聚。换句话说，该方法可以包括将包含在原材料中的具有第一尺寸的微粒解团聚从而形成在产品材料中的具有第二尺寸的微粒，该第二尺寸小于第一尺寸。图6A和图6B描述了在一个实施例中作为这里描述的空化处理的结果的解团聚前和解团聚后的微粒之间的对比。在解团聚期间，微粒可以为分散的从而在产品材料中没有观察到视觉上可以观察到的微粒的团聚体。如图6A和图6B中所示出的团聚体的消减对于上面所描述的流延成型处理来说是具有益处的。例如，从包含团聚体的浆体成型的带较之从基本上没有包含团聚体的浆体成型的带而言可能具有较低的质量。结果是，从不包含团聚体的浆体成型的带可能更易于制造成有用的设备。

图7A-图7B示出了从通过球磨研磨处理形成的浆体成型的带和从通过水力空化处理形成的浆体成型的带之间的差异。从通过球磨研磨处理制造的浆体成型的带的表面示出在图7A中。虽然在图7A中示出的材料经过球磨研磨达到约20小时，在表面质量中的缺陷仍然可见。图7B示出了从通过水力空化处理制造的浆体成型的带的表面。用来形成图7B所示出的带的浆体仅仅空化了10分钟，但是该带仍然具有较之图7A所示出的带而言更高的质量(即，更为均匀)。在一些实施例中，从通过上面所描述的水力空化处理制造的浆体成型的带具有跨越带的表面的多个点处的变化小于约5％的厚度。在一些其他的实施例中，带可能具有跨越其表面上的多个点的小于约4％、小于3％、小于2％或小于1％的的厚度变化。在一些实施例中，带可能具有小于约0.500微米的糙度参数R_a-例如，带可能具有小于或者等于约0.450微米、小于或者等于约0.402微米、小于或者等于约0.4微米、小于或者等于约0.3微米、小于或者等于约0.2微米或者小于或者等于约0.1微米的糙度参数R_a。取决于希望的应用，其他R_a值也是可能的。

图8示出了从经过水力空化处理形成的浆体成型的生胚带的高度尺度上的稳定性。如所示出的，在一个实施例中，带可以展现出仅仅约0.114038％的尺度改变。在其他实施例中，可以实现不同的尺度改变。在一些实施例中，相较于从利用球磨研磨处理形成的浆体制造的生胚带而言，相对低的尺度改变可以至少对于生胚带的多聚体含量的降低做出贡献。图8中示出的可碾薄性测量是在1到5的标度上的量化测量，其中1代表最低的可碾薄性并且5代表最高的可碾薄性。如所示出的，在一个实施例中，利用通过上面所描述的水力空化处理形成的浆体而成型的生胚带可以具有约为4.044682的可碾薄性值。在其他的实施例中，生胚带可以具有不同的可碾薄性值。

应用

由这里描述的方法和***产生的产品材料可以采用在各种应用中。例如，所述方法可以进一步包括将产品材料流延成型为薄带从而形成至少部分的电子设备。该带可以用来形成用于艺术或图形应用的传送带、陶彩、光敏玻璃膜、耐火陶瓷、催化剂载体；燃料箱体隔层、扬声器遮罩、浸渍陶瓷的织物、红外传感器、植入式电子设备、功率放大器模块、射频前端模块、传输控制单元、能量采集器、或生物传感器。该方法可以采纳用于制备多层组件，包括芯片电容器、芯片电阻器、芯片电感器等。该带还可以用于形成下述设备的任何一个的部分：隐雕瓷器、熏烧陶、电和/或光激活玻璃膜、耐火涂层、滤波器、国防电子设备、航空电子设备、用于电信的光电壳体、诸如植入式电子设备(例如，起搏器等)的医用多芯片设备、包括RF前端模块WiMAX2模块先进LTE模块的RF模块、电子功率转向器(EPS)、电子稳定性控制、发动机管理***、各种传感器模块、雷达模块、压力传感器、堆栈致动器、多层电容器、变压器、气密性电子设备、废气传感器、燃料电池、电池、相机模块、小轮廓调谐器模块、其他用于设备和组件的薄轮廓模块、集成电路(IC)测试器板或其他设备。

附注

在本申请中所有引用的文献和类似材料，包括但不限于专利、专利申请、文章、书籍、论文、以及网页，无论这些文献和类似材料的形式如何，都通过引用整体明确并入。当这些所并入的文献和类似材料中的一个或多个在本申请中彼此不同或互相矛盾时，包括但不限于定义的术语、术语使用、描述的技术或类似，以本申请为准。

虽然结合各种实施例和示例对本教导进行了描述，其意不在于本教导限于这种实施例或示例。相反地，本教导容纳了各种替代、修改以及等同，如本领域的技术人员所理解的。

虽然在此描述和示出了各种创新性的实施例，然而本领域的技术人员很容易理解有很多其他的手段和/或结构用于执行功能并且/或获得结果以及/或这里所描述的优势中的一个或多个，并且这种变形和/或修改的每一个被视为在这里所描述的创新性实施例的范围内。更普遍地，本领域的技术人员很容易理解这里所描述的所有参数、尺度、材料以及配置意在于示例性的并且实际的参数、尺度、材料以及配置将取决于本创新性教导所应用的特定的应用或应用们。本领域的技术人员将认识到有很多种对于这里所描述的特定的创新性实施例的等同物。因此，应当理解的是前述的实施例仅仅出于示例而呈现，并且在所附权利要求和其等同物的范围之内，可以与所特别描述和要求权利的不同地实践创新性的实施例。本公开的创新性实施例指向这里所描述的每个个体的特征、***、物件、材料、工具包以及/或方法。此外，如果这些特征、***、物件、材料、工具包以及/或方法不互相矛盾，则这些特征、***、物件、材料、工具包以及/或方法的两个或多个的任何组合也包括在本公开的创新性范围内。

本发明的上述实施例可以以多种方式来实施。例如，一些实施例可以利用硬件、软件或其组合来实施。当实施例的任何方面至少部分采用软件来实施时，软件代码可以在任何适合的处理器或处理器集群上执行，无论这些处理器或处理器集群是否提供在单一的计算机上或在多个计算机之间分布。

在这方面，本发明的各种方面可以至少部分地实施为编码有一个或多个程序的计算机可读存储介质(或多个计算机可读存储介质)(例如，计算机存储器，一个或多个软盘、压缩盘、光盘、磁带、闪存、现场可编程栅极阵列或其他半导体器件中的电路配置，或其他有形的计算机存储介质或永久性介质)，所述程序当在一个或多个计算机或其他处理器上执行时，可以执行实施了上面所讨论的技术的各种实施例的方法。所述计算机可读介质可以为可传送的，从而使得其上所存储的程序可以加载到一个或多个不同的计算机中或其他处理器从而实施上面所讨论的本技术的各个方面。

术语“程序”或“软件”在这里用作其通用意义来指代任何类型的计算机代码或计算机可执行指令集合，其可以被采用来对计算机或其他处理器进行编程从而实施上面所讨论的本技术的各个方面。此外，应当理解的是根据本发明的一个方面，一个或多个当被执行时完成本技术的方法的计算机程序可以不驻留在单一计算机或处理器上，而是可以以模块化的方式分布在多个不同的计算机或处理器上从而执行本技术的各个方面。

计算机可执行指令可以是任何形式，例如由一个或多个计算机或其他设备执行的程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、目标、组件、数据结构等。典型地，程序模块的功能性可以按照需要在各个实施例中合并或分布。

同样，这里所描述的技术可以实施为方法，对于该方法已经提出了至少一个示例。作为方法的部分的所执行的动作可以按照任何适合的方式排序。相应地，可以构件实施例其中以与所描述的顺序不同的顺序来执行动作，其中可能包括同时执行某些动作，虽然在描述性的实施例中示出为顺序的动作。

如这里所限定并且适用的所有定义应当被理解为优先于字典定义、通过参考并入的文档定义以及/或所限定术语的常规含义。

使用在说明书和权利要求中的不定冠词“一”、“一个”应当被理解为意味着“至少一个”，除非另外明确指出。任何在这里列举的范围为包含性的。

贯穿说明书所使用的术语“基本上”和“约”用来描述并且解释小的波动。例如其可能指的是例如小于或等于±5％、例如小于或等于±2％、例如小于或等于±1％、例如小于或等于±0.5％、例如小于或等于±0.2％、例如小于或等于±0.1％、例如小于或等于±0.05％。

使用在说明书和权利要求中的短语“以及/或”应当被理解为意味着相连的元素，即在一些情况下共同出现而在另一些情况下未共同出现的元素的“其一或二者”。连同“以及/或”列举的多个元素应当以同样的方式来解释，即相连的元素的“一个或多个”。除了在“以及/或”句子中特别标识出来的元素之外的其他元素可选地可以出现，无论是否与这些特别标识出来的元素相关或无关。这样，作为非限定性示例，提到“A以及/B”，当与例如“包括”的开端语言共同使用时在一个实施例中可以仅仅指的是A(可选地包括B之外的其他元素)；在另一个实施例中，仅仅指的是B(可选地包括A之外的其他元素)；而在又一个实施例中，指的是A或B二者(可选地包括其他元素)等。

正如在说明书和权利要求中所使用的，“或”应当被理解为具有与上面所定义的“以及/或”相同的含义。例如，当在列表中分离各项时，“或”或“以及/或”应当被理解为包括性的，即包括多个元素或元素列表中的至少一个，但是还包括多于一个，以及可选地，还有附加的未列举的项。除非术语清楚地相反指示，例如“仅有一个”或“恰好有一个”或当使用在权利要求中时，“由其构成”指的是包括多个元素或元素列表中的恰好一个。通常，当之前有排除性术语，诸如“或”、“其一”、“仅一个”或“恰好一个”，这里所使用的术语“或”将仅仅被解释为指示着排除性的代替(即，“一个或另一个但不是二者”)。“主要包括”当使用在权利要求中时，应当具有在专利法领域所使用的常规含义。

正如在说明书和权利要求中所使用的，短语“至少一个”，指代一个或多个元素的列表时，应当被理解为意味着从元素列表中的一个或多个元素中选择出来的至少一个元素，但是并不必然包括在元素列表中特别列举出来的每个元素并且并不排除元素列表中的元素的任意组合。该限定同样允许短语“至少一个”所指的元素列表中所特别标注出来的元素之外的其他元素可选地出现，无论其是否与这些特别标注出来的元素相关。这样，作为非限定的例子，“A和B中的至少一个”(或等同地，“A或B中的至少一个”或等同地“A和/或B中的至少一个”)在一个实施例中指的是至少一个，可选地包括多于一个，有A没有B(并且可选地包括B之外的元素)；在另一个实施例中，指的是至少一个，可选地包括多于一个B，没有出现A(并且可选地包括A之外的元素)；而在又一个实施例中，指的是至少一个，可选地包括多于一个，A并且至少一个可选地包括多于一个B(并且可选地包括其他元素)等。

在权利要求中，如同在说明书中的一样，所有的过渡性语句例如“包括”、“包含”、“承载”、“具有”、“含有”、“涉及”、“带有”、“包含有”以及类似应当被列即为开端式的，即，意味着包含但是不限于。仅仅过渡性语句“由其构成”以及“主要由其构成”为闭合或半闭合的过渡性语句，如美国专利审查指南，第2111.03章所列出。

除非有明确陈述，权利要求不应当解读为限于所描述的顺序或元素。应当理解的是本领域的技术人员可以在形式或细节上做出各种改变而不会背离所附权利要求的精神和范围。所有的实施例都囊括在下面的权利要求及其等同物的精神和范围内。

Claims (23)

1.一种方法，包括：

对包含包括有具有第一平均尺寸的包含金属的材料或包含碳的材料的微粒的原材料应用水力空化处理以生产包含包括有具有第二平均尺寸的包含金属的材料和包含碳的材料的微粒的浆体，该第二平均尺寸小于第一尺寸；并且

对浆体进行流延成型以形成生胚带。

2.根据权利要求1的方法，进一步包括：

控制原材料的温度以在水力空化处理之前和之后在约10摄氏度到约90摄氏度的范围内。

3.根据权利要求1的方法，进一步包括在对浆体流延成型以形成生胚带之前，对浆体重复应用水力空化处理至少一次从而将包含金属的微粒的尺寸进一步降低到第三平均尺寸，该第三平均尺寸小于第二平均尺寸。

4.根据权利要求1的方法，其中该水力空化处理进一步包括：

使原材料经受约1,000psi到约65,000psi的水压。

5.根据权利要求1的方法，其中该浆体以约每分钟0.1公升到约每分钟5公升的速度产生。

6.根据权利要求1的方法，其中该原材料进一步包括去絮凝剂、粘结剂和增塑剂中的至少一个。

7.根据权利要求1的方法，其中该原材料具有第一粘度并且浆体具有低于第一粘度的第二粘度。

8.根据权利要求1的方法，其中该生胚带具有约100微米的厚度并且生胚带的厚度在跨越生胚带的表面的多个点处的变化小于约3％。

9.根据权利要求1的方法，其中该生胚带具有约100微米的厚度以及小于或等于约0.4微米的糙度参数R_a。

10.根据权利要求1的方法，其中该生胚带具有约60％到约80％的密度。

11.根据权利要求1的方法，其中该方法不包括对原材料进行球磨研磨。

12.根据权利要求1的方法，其中该方法不包括对产品材料进行排气。

13.根据权利要求1的方法，进一步包括将生胚带作为下述至少一个的至少组分形成进入适于使用的设备：

a.用于艺术应用的传送带；

b.陶彩；

c.光敏玻璃膜；

d.耐火陶瓷；

e.催化剂载体；

f.燃料箱体隔层；

g.扬声器遮罩；

h.浸渍陶瓷的织物；

i.红外传感器；

j.人类可植入式电子设备；

k.功率放大器模块；

l.射频前端模块；

m.传输控制单元；

n.能量采集器；以及

o.生物传感器。

14.一种合成物，其包括从以下形成的浆体：

至少包括包含金属的材料或包含碳的材料的微粒，其中该微粒由利用至少多个具有第一平均尺寸的原始微粒进行的水力空化处理来形成；

至少一种去絮凝剂；

至少一种增塑剂；以及

至少一种粘结剂，

其中该微粒具有第二最大尺寸并且该第二最大尺寸小于或者等于第一平均尺寸的约两倍。

15.根据权利要求14的合成物，其中该第二最大尺寸具有约10微米的直径

16.根据权利要求14的合成物，其中该合成物具有约1Kcps到约200Kcps的粘度。

17.根据权利要求14的合成物，其中该包含金属的材料包括金属、金属合金、氮化物、氧化物、硫族化物、硼化物和氧氮化物中的至少一个。

18.一种方法，包括：

通过腔室的第一孔口引入包含至少一种去絮凝剂、至少一种增塑剂和至少一种粘结剂以及至少包括一种包含金属的材料或包含碳的材料的微粒的一定容积的原材料；

在腔室中对该原材料应用水力空化处理从而产生浆体，其中包括至少一种包含金属的材料的微粒在原材料中具有第一平均微粒尺寸并且在浆体中具有第二平均微粒尺寸，该第二平均微粒尺寸小于第一平均微粒尺寸；

使得浆体通过第二孔口离开空化腔室；并且

对浆体进行流延成型从而形成生胚带。

19.根据权利要求18的方法，进一步包括控制原材料的温度以在水力空化处理之前和之后在约10摄氏度到约90摄氏度的范围内。

20.根据权利要求18的方法，其中应用该水力空化处理进一步包括使原材料经受约1,000psi到约65,000psi的水压。

21.根据权利要求18的方法，其中该方法不包括对原材料进行球磨研磨。

22.根据权利要求18的方法，其中：

该生胚带具有约100微米的厚度；

生胚带的厚度在跨越生胚带的表面的多个点处的变化小于约3％；并且

生胚带具有小于约0.4微米的糙度参数R_a。

23.根据权利要求18的方法，其中包含碳的材料包括石墨烯、石墨和碳纳米管中的至少一个。