Quando la formatura del ceramico richiede che il campione contenga un‟elevata quantità di materiale organico nello stato in verde (come accade nel colaggio su nastro), si rende necessaria una fase di “debonding”, cioè un trattamento termico per eliminare i componenti organici. Affinché la volatilizzazione di questi materiali sia completa e proceda senza danneggiare il campione, occorre determinare con attenzione la temperatura e la velocità di riscaldamento. A questo scopo viene effettuata un‟analisi termogravimetrica di tutti i componenti e del nastro stesso. Gli organici utilizzati nella formulazione della sospensione, vengono scelti anche in base alla cinetica con la quale vengono rilasciati dal materiale in verde. E‟ necessario che il legante, presente in quantità maggiore rispetto a deflocculante, plastificanti e tensioattivi, si decomponga a temperature più elevate di quelle di questi ultimi, per sfruttare la porosità creata dall‟ eliminazione degli altri organici e preservare l‟integrità del manufatto. Al trattamento termico di debonding segue il processo di sinterizzazione del ceramico, già trattato nel Capitolo 1.
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4.1 Introduzione
La serigrafia è una tecnica di deposizione e stampa molto diffusa nel mondo industriale; ha origini molto antiche e copre un vasto campo di applicazione che comprende i settori più disparati dall’elettronica (circuiti stampati), al tessile (decorazione di maglie, tessuti, ecc.) alla cartellonistica e perfino alla stampa di carta moneta.
Nel settore dei materiali ceramici tradizionali la serigrafia è considerata uno dei principali procedimenti di decorazione delle piastrelle grazie alla semplicità del processo, la buona qualità di stampa ed il costo contenuto. Nell’ambito dei ceramici avanzati è la tecnica principale per la produzione industriale di film spessi per applicazioni nella microelettronica, come circuiti, conduttori, isolanti, resistori, condensatori e sensori [1]. Di particolare interesse è la possibilità di realizzare circuiti ibridi a film spesso, cioè con la deposizione di resistenze, conduttori o dielettrici, su substrati ceramici [2].
Negli ultimi anni, la forte richiesta di dispositivi miniaturizzati nei settori militare e, successivamente, delle telecomunicazioni, dei beni di consumo, automobilistico, ecc., ha indirizzato la ricerca scientifica verso la tecnologia a film spesso [3]. Con quest’ultimo termine si intende uno strato di spessore compreso tra 1 e 100 µm (Fig. 4.1), quindi con dimensioni intermedie tra i materiali massivi (> 100 µm) ed i film sottili (< 1 µm), quest’ultimi generalmente ottenuti mediante tecniche quali la chemical vapour deposition (CVD), la physical vapour deposition (PVD), lo sputtering, lo spin coating, il deep coating, ecc. Le tecniche per la produzione di film sottili presentano numerosi svantaggi, quali gli elevati costi di gestione (necessità di operare in camere bianche ed utilizzo di elevate quantità di gas inerti), le difficoltà nelle deposizioni su ampie aree, il basso rendimento, ecc.
Figura 4.1 Esempi di materiali PZT in forma massiva, film spesso e film sottile.
L’importanza tecnologica dei film spessi, specialmente nei materiali piezoelettrici, risiede nella possibilità di poter combinare le caratteristiche e le prestazioni dei materiali massivi (di solito migliori rispetto a quelle dei films) con la tecnologia dei film sottili, consentendo così di integrare il materiale in dispositivi elettronici ibridi miniaturizzati [4]. In questo caso il processo serigrafico deve tener conto sia delle problematiche classiche di un processo ceramico convenzionale (dispersione delle polveri, formatura, trattamenti termici di debonding e sinterizzazione) che delle problematiche relative alla compatibilità chimico-fisiche causate dall’integrazione del film su substrati per la micro elettronica (ossidi, semiconduttori, ecc).