在被動元件與電池的領域中,都會使用到大量的金屬氧化粉末或陶瓷粉末,而這些粉體的流動性、內聚力、與管壁之間的摩擦力都大大影響製程及最終成品;如若粉體流動性太差、內聚力太強,會使料斗堵塞卡料,粉體滯留在管路中而輸送困難、粉體難以被分散在介質中、研磨時粒徑難以控制、填料中出現空隙、團聚等等。而安東帕粉體流變儀能精準量測各種粉體的流動性、與管壁之間的磨擦力。

粉體流變量測在被動元件及電池的應用

在被動元件與電池製程中,常使用陶瓷或金屬氧化物粉末作為原料。這些粉體會與溶劑或分散劑混合形成漿料,經球磨混合與粒徑控制後,再進行噴霧乾燥等處理。不同應用有不同後續製程,例如:被動元件會將乾燥粉體直接壓實燒結;MLCC則將粉體調製成漿料進行塗佈與堆疊;電池則與其他材料混煉成漿料。整個過程中需經輸送、研磨、分散、改質、燒結與模具填充等步驟。粉體的流動性與內聚力對製程影響極大,若流動性差或內聚力強,會導致卡料、結塊、團聚、模填不良等問題,進而影響元件電性或電池性能。

不同表面改質之粉末的流動特性

於此對四種被動元件用金屬氧化物粉末進行比較。Sample A與B成分相同但粒徑不同,傳統安息角難以辨別其流動性差異,但透過安東帕粉體流變儀,於不同正向應力下量測剪切應力,可精準量化出差異:粒徑越小、比表面積越大,顆粒內聚力越強、流動性越差。Sample C與D粒徑類似但表面改質不同,結果顯示矽烷改質能有效提升流動性,優於磷酸鹽玻璃改質,有助於減少填料空隙與分散不均等製程異常。

如表所示,有兩種不同型號的電池活性材料(Active Material),分別為AM I  及 AM II。並據粉體流動性數據可觀察出,AM I 的流動係數較低,其內聚力較高,會比AM II 更難分散,也更難輸送。

電池活性材料的流動性及分散性

如圖表所示,有兩種不同型號的電池活性材料(Active Material),分別為AM I  及 AM II。並據粉體流動性數據可觀察出,AM I 的流動係數較低,其內聚力較高,會比AM II 更難分散,也更難輸送。

粉體與管壁之摩擦係數

輸送粉體時常使用料斗與管道,除了粉體本身的流動性外,粉體與設備間的摩擦係數也會影響輸送順暢度。若摩擦係數過大,易導致粉體堵塞與滯留。左表顯示三種氧化金屬粉末與管壁間的摩擦係數:原料粉Sample E、經矽表面處理的Sample F,以及進一步熱處理的Sample G。安東帕粉體流變儀測得結果顯示,矽處理能顯著降低摩擦係數,提升輸送順暢度,而熱處理亦可進一步降低摩擦,有助於粉體穩定輸送

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