CZ221994A3 - Pastes for coating substrates, process of their preparation and their use - Google Patents

Description

Pasty pro potahování substrátů, způsob a jejich použití jejich výroby

Oblast techniky

Vynález se týká past pro potahováni substrátů, sestávajících z práškovitých materiálů ze skupiny zahrnující kovy, kovové sloučeniny a/nebo slitiny a/nebo bor a/nebo uhlík, vyskytujících se v kapalné dispersi, způsobu jejich výroby, jakož i jejich použití.

Dosavadní stav techniky

Pasty pro výrobu vodičových pásů, odporů, kondensátorů nebo pájek na basi organických rozpouštědel jsou dostatečně známé. Současně známé jsou takové pasty pro výrobu optických vrstev, jakož i pro odclonění magnetického, elektromagnetického nebo neutronového záření.

Potahování substrátů takovýmito pastami, u nichž se jedná o disperse práškovitých materiálů v organických pojivech a/nebo rozpouštědlech, je rovněž již mnoho let stavem techniky. Tak z patentů US A 4.024.629 a US A 4.546. 065 vyplývají pasty, ve kterých jsou uváděná jako typická dispergační činidla a rozpouštědla směsi cyklohexanolu, ethylalkoholu a toluenu. Tyto směsi známých polárních, nepolárních a aromatických rozpouštědel jsou z různých hledisek ekologicky povážlivé. Maji intensivní zápach, hrozí u nich nebezpečí ohně, jsou nebezpečné pro odpadní vody a částečně jsou toxické. Je proto třeba činit při použití těchto past nákladná prcovní bezpečnostní opatření a zařízení musí být zabezpečena proti imisím.

Zásadně bylo zjištěno, že všechny dosud známé pasty jsou vyrobeny na basi obvyklých organických rozpouštědel, popřípadě v kombinaci s pojivý. Když se použije pojivo, poskytuje toto tvorbu filmu. Vodné laky například obsahují pigmenty v kombinaci s jedním nebo několika vodou ředitelnými poj ivy.

V patentu DE 4 133 487 je například popsáno použití kovových pigmentů v kombinaci s vodou ředitelnými poj ivy na basi polyesterů, polyakrylátů nebo polyurethanu. Funkcí pojivá nebo pojiv je při tom tvorba souvislého filmu, který nanášený pigment obklopí a tím fixuje a chrání.

Podobně popisuje například patent US 5.171.631 zapojení pigmentu oxidu titaničitého, používaného jako barvivo, do systému organických pojiv, zde na basi vinylacetát/buty1akrylátových kopolymerů, za použití trihydrátu oxidu hlinitého jako neionogenního Theologického additiva, za použití propylenglykolu jako rozpouštědla. Také v tomto případě je funkce nanesené vrstvy dána pouze v přítomnosti pojivá nebo pojiv.

Patent DE 4 202 705 AI popisuje potahování substrátů vzácnými kovy ze systému na vodné basi, ve kterém se kovová komponenta vyskytuje jako roztok. Také v tomto případě (viz str. 2, ř. 5) je potřebný polymerní organický film, popřípadě látka tvořící matrici. Vyloučený vzácný kov se v tomto případě redukcí in šitu ukládá přímo na povrch, přičemž výhodná koncentrace vzácného kovu v roztoku je v rozmezí 0,01 až 2 % hmotnostní, výhodně 0,02 až 0,5 % hmotnostních.

Tento patent tedy popisuje vylučování kovu za pomoci pojivá z roztoku a ne ukládání z disperse.

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu tedy je vyrobit pasty, které se zřetelem na svojí technickou způsobilost vyrovnají známým pastám, na druhé straně ale nemají popsané nevýhody past podle stavu techniky.

Nyní byly připraveny pasty, které uvedený úkol splňují. Jedná se při tom o pasty pro potahováni substrátů, které sestávají z práškovitých materiálů ze skupiny zahrnující kovy, kovové sloučeniny a/nebo slitiny a/nebo bor a/nebo uhlík, vyskytujících se v kapalné dispersi, vyznačující se tím, že se u kapalných dispersí jedná o takové disperse na vodné basi, které obsahují vodou ředitelná neionogenní rheologická a^ditiva a jsou prosté pojiv a organických rozpouštědel.

Pasty organických zpracovávat FCKV a/nebo podle předloženého vynálezu jsou tedy prosté rozpouštědel Při svém použití se mohou bez využívání organických rozpouštědel a/nebo

CKV na funkční vrstvy.

Pasty podle předloženého vynálezu jsou vodou ředitelné. Všechny ajáditivní obsahové látky, které jsou potřebné pro nastavení rheologických vlastností past podle předloženého vynálezu, jako je například viskosita, se mohou při výrobě povlaků během tepelného zpracování buď úplně odstranit, nebo zůstanou jako inertní zbytky v tepelně zpracovaných vrstvách. V případě potřeby jsou během zpracování, například při čištění zařízení pro zpracování, lehce odstranitelné vodou a nevyžadují tedy použití organických rozpouštědel. Kromě toho jsou tyto pasty pachově neutrální a nehrozí u nich nebezpečí ohně. Negativní ovlivňování ekologie, které je vytýkané současně používaným pastám, není u past podle předloženého vynálezu očekávatelné.

Pasty podle předloženého vynálezu jsou tedy směsi práškovítých materiálů a vodou ředitelných, rheologicky <

účinných additiv. Při tom se může jednat například o vodné disperse kyseliny křemičité, výhodná jsou také jako neionogenní rheologická additiva asociativní zahušfovadla na polyurethanové basi, obzvláště výhodně na basi toluendiisokyanátů (TDI) a/nebo hexamethylendiisokyanátů (HDI) . Rovněž výhodné jsou difenylmethandiisokyanáty (MDI) a/nebo isoforondiisokyanáty (IPDI) . V případě potřeby zde mohou být obsažena další smáčedla a/nebo stabilisátory.

Typické práškovité materiály jsou kovy, jako například práškovíté nebo žáruvzdorné kovy niob, tantal, molybden, wolfram nebo přechodové kovy, jako je železo, kobalt, nikl, chrom, měď a podobně, nebo vzácné kovy, jako je stříbro, zlato, platina a palladium a rovněž slitiny kovů, například slitiny vzácných kovů, jako je stříbro/platina. Dále je možno jmenovat oxidy žáruvzdorných kovů niobu tantalu molybdenu nebo wolframu nebo oxidy se zvláštními elektrickými vlastnostmi, jako je například oxid zirkoničitý, indium-cínoxid, tantaláty, niobáty a titanbáty, oxidy vzácných zemin a podobně, nebo oxidy s magnetickými vlastnostmi. Také je možno uvést nitridy, jako je například nitrid titanu, nitrid hliníku nebo nitrid boru, karbidy a karbonitridy, jako je například karbid wolframu, karbid tantalu, wolframtitankarbid nebo titankarbonitrid, bor, například amorfní nebo krystalický elementární bor, borid hliníku, boridy kovů vzácných zemin, jako je například borid europia a/nebo borid gadolinia a podobně, silicidy, jako je například silicid molybdenu nebo silicid wolframu ve stechiometrické nebo nestechiometrické formě, chalkogenidy, jako je například sirník zinečnatý, sirník molybdenu a/nebo sirník wolframu , nebo také uhlík v různých modifikacích.

Obsah pevné látky v pastách podle předloženého vynálezu činí výhodně 5 až 95 % hmotnostních, obzvláště výhodně 50 až 90 % hmotnostních.

Volb/a v dispersi přítomných obsahových látek by se výhodně měla provádět tak, aby sušina pasty po tepelném zpracování při 550 °C již neobsahovala žádné organické zbytkové substance.

Pasty podle předloženého vynálezu se mohou vyrobit tak, že se práškovité materiály dispergují ve vodě a nastaví se rheologické vlastnosti vodné disperse pomocí rheologicky účinných additiv. Při tom může být výhodné ovlivnit rheologické vlastnosti past dodatečně pomocí smáčedel. Obvyklá polyurethanová zahušfovadla obsahují částečně již vhodná smáčedla.

Předmětem předloženého vynálezu je také použití past podle předloženého vynálezu. Jsou výborně vhodné pro potahování anorganických substrátů, jako je například sklo, keramika, skleněná keramika, emaily a kovy jakož i také substrátů na organické basi, jako jsou například plasty. Výhodně se při tom postupuje tiskovými technikami, obzvláště sítotiskem a/nebo štěrkováním a/nebo litím a/nebo máčením a/nebo stříkáním a/nebo elektrostatickými nanášecími postupy. Potřebné strukturování vrstev se může provádět výhodně pomocí tiskových technik nebo litograficky, také pomocí UV-litografie. Je možné použití všech možných tiskových technik. Obzvláště se pasty podle předloženého vynálezu hodí jako pokovovací pasty.

V následujícím je předložený vynález blíže objasněn pomocí příkladů provedení bez toho, že by tyto představovaly něj aké omezení.

Příklady provedení vynálezu

V příkladech se používají názby Borchigen a Borchigel, což jsou ochranné známky firmy Gebr. Borchers AG, Goslar.

Příklad 1

Molybdenová pasta

Pro výrobu molybdenové pasty se disperguje 70% hmotnostních kovového molybdenového prášku s průměrnou velikostí částic asi 2 pm (FSSS) s 5 % hmotnostními asociativního zahušfovadla Borchigel LV44 (HDI = hexamethylendiisokyanát, 44% emulse ve vodě) , 8 % hmotnostními Borchigenu DFH (polyglykolether) a 3 % hmotnostními smáčedla Borchigenu ND (sůl esteraminu kyseliny fosforečné) s vodou (do 100 % hmotnostních). Takto vyrobená pasta je výborně vhodná pro výrobu vodičových pásů v keramických multičipových modulech na basi oxidu hlinitého a dovoluje přitom obzvláště také plnit prokontaktování mezi jednotlivými vrstvami v tiskově technickém kroku.

Ί

Příklad 2

Wolframová pasta

Připraví se disperse 75 % hmotnostních kovového wolframového prášku s FSSS = 1,4 μπ a 12,5 % hmotnostních asociativního zahušfovadla Borchigel DP40 (TDI = toluylendiisokyanát, 44% emulse ve vodě) s vodou (do 100 % hmotnostních) jako pokovovací pasta.

Příklad

Silicidová pasta

Stejně jako v příkladě 1 se vyrobí disperse 60 % hmotnostních silicidu molybdenu s průměrnou velikostí částic 10 gm (FSSS) a 11 % hmotnostních PU-additiva Borchigen DFN ve vodě (do 100 % hmotnostních) pasty se nastaví přídavkem 5 kyseliny křemičité (30% disperse vyrobená pasta je výborně vhodná vrstev na keramické substráty, křemíku. -' * ”

Rheologické vlastnosti % hmotnostních disperse ve vodě). Tímto způsobem pro nanášení teplovodných jako je například nitrid

Příklad

Oxidová pasta

Stejně jako je uvedeno v předchozích příkladech se připraví disperse 65 % hmotnostních oxidu niobu s průměrnou velikostí částic 2 gm (FSSS) a 5 % hmotnostních Borchigelu LV44 (HDI) , jakož i 11 % hmotnostních Borchigenu ND ve vodě jako pasta pro výrobu dielektrického povlaku.

Příklad 5

Slitinová pasta % hmotnostníchpráškovité slitiny nikl/chrom/bor s průměrnou velikostí částic 15 μπι, 8 % hmotnostních Borchigenu,DFN a 3 % hmotnostní Borchigenu ND se dispoerguje ve vodě. Získá se takto použitelná pokovovací pasta.

Příklad 6

Kovová pasta

81,6 % hmotnostních práškovitého stříbra s průměrnou velikostí částic 0,3 až 5 mm podle FSSS a 7,4 % hmotnostních Borchigenu DFN se disperguje ve vodě. Získá se takto pasta, která je výborně vhodná pro nanášení vodivých vrstev, jako je například pokovování hran keramických kondensátorů nebo pro nanášení odporových pásů na sklo.

Příklad 7

Kovová pasta

72,3 % hmotnostních práškovitého niklu s průměrnou velikostí částic < 3 mm podle FSSS a sférickým tvarem částic a 8,9 % hmotnostních Borchigenu DFN se disperguje ve vodě. Získá se takto pasta, která je výborně vhodná pro nanášení vodivých vrstev, jako jsou například uvnitř ležící pásy vodiče keramických kondensátorů.

Příklad 8

Kovová pasta

90,6 % hmotnostních práškovitého tantalu v kondensátorové kvalitě se disperguje ve vodě se vždy 3 % hmotnostními ·< Borchigenu DFN a Borchigenu ND. Tímto způsobem vyrobená pasta jě výborně vhodná pro výrobu anod elektrolytických kondensátorů.

Pasty uváděné v příkladech se nanášejí pomocí sítotisku na vhodné substráty a suší se při teplotách až 550 °C. Sušení oxidy obsahujících past probíhá na vzduchu, kovové pasty se suší pod atmosférou ochranného plynu, popřípadě ve vakuu. Při tom se ve všech případech obsažená organická additiva úplně odstraní. Dodatečné čistící kroky nejsou potřebné. Potom se teplota zvýší, takže pevná látka sline a dosáhne se požadovaných vlastností.

Claims (13)

1. Pasty pro potahování substrátů, které sestávají z práškovitých materiálů ze skupiny zahrnující kovy, kovové sloučeniny a/nebo slitiny a/nebo bor a/nebo uhlík, vyznačující se tím, že se u kapalných dispersí jedná o takové disperse na vodné basi, které obsahují vodou ředitelná neionogenní rheologická additiva a j sou prosté poj iv a organických rozpouštědel.

2. Pasty podle nároku 1 , vyznačující se tím, že neionogenní rheologická rozpouštědla jsou asociativní zahušťovadla na basi polyurethanu a používají se v množství 0,2 až 20 % hmotnostních, výhodně 0,5 až 15 % hmotnostních, vztaženo na obsah pevné látky.

3. Pasty podle nároku 1 a 2 , vyznačující se tím, že se u asociativních zahušřovadel jedná o zahušřovadla na basi toluendiisokyanátů (TDI) a/nebo hexamethylendiisokyanátů (HDI).

4. Pasty podle nároku 1 , vyznačující se tím, že neionogenní rheologická additiva jsou vodné disperse kyseliny křemičité a používají se v množství 0,1 až 1 % hmotnostní, počítáno jako oxid křemičitý a vztaženo na obsah pevné látky.

5. Pasty podle jednoho nebo několika nároků 1 až 4 , vyznačující se tím, že obsahují 5 až 95 % hmotnostních práškovitých materiálů.

6. Pasty podle jednoho nebo několika nároků 1 až 5, vyznač ující se t i m , že obsah pevné látky činí 50 až 90 % hmotnostních práškovitých materiálů.

7. Pasty podle jednoho nebo několika nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že suchá hmota po tepelném zpracování při teplotě 550 °C neobsahuje žádné zbytkové organické látky.

8. Pasty podle jednoho nebo několika nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že pasty jsou pokovovací pasty, přičemž práškovité materiály jsou žáruvzdorné kovy ze skupiny zahrnující niob, tantal, molybden, wolfram a rhenium, vzácné kovy ze skupiny zahrnující zlato, stříbro, platinu a palladium, a/nebo přechodové kovy ze skupiny zahrnující železo, kobalt, nikl a titan.

9. Pasty podle jednoho nebo několika nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že pasty jsou dielektrické pasty, přičemž práškovité materiály patří do skupiny oxidů žáruvzdorných kovů, zahrnující niobát a/nebo tantalát a/nebo titanát.

10. Pasty podle jednoho nebo několika nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že pasty jsou silici dové pasty, přičemž silicidy jsou výhodně silicid molybdenu a/nebo silicid wolframu různé stechiometrie.

11. Způsob výroby past podle jednoho nebo několika nároků 1 až 10,vyznačuj i cí se tím, že se práškovité materiály dispergují ve vodě a smísí se s asociativ12 nimi zahušřovadly.

12. Použití past podle jednoho nebo několika nároků 1 až 11 pro potahování substrátů tiskařskými technikami, výhodně sítotiskem a/nebo štěrkováním a/nebo litím a/nebo máče ním a/nebo stříkáním a/nebo elektrostatickými nanášecími postupy.

13. Použití past podle jednoho nebo několika nároků 1 až 11 pro vrstvy, které jsou strukturovány pomocí tiskařských nebo litografických technik.