Sähkökeraamien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmän mahdollisuudet. Sovellettavuus tulostus- ja painotekniikoihin sekä yhdistettävyys lämpöherkkien materiaalien kanssa
Väitöstilaisuuden tiedot
Väitöstilaisuuden päivämäärä ja aika
Väitöstilaisuuden paikka
Luentosali L10, Linnanmaa
Väitöksen aihe
Sähkökeraamien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmän mahdollisuudet. Sovellettavuus tulostus- ja painotekniikoihin sekä yhdistettävyys lämpöherkkien materiaalien kanssa
Väittelijä
Filosofian maisteri Maria Väätäjä
Tiedekunta ja yksikkö
Oulun yliopiston tutkijakoulu, Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta, Mikroelektroniikan tutkimusyksikkö
Oppiaine
Sähkötekniikka
Vastaväittäjä
Professori Leena Ukkonen, Tampereen yliopisto
Kustos
Professori Heli Jantunen, Oulun yliopisto
Täysin keraamisia komponentteja voidaan valmistaa tulostamalla ilman korkean lämpötilan käsittelyä
Väitöskirjatutkimuksessa yhdistettiin sähkökeraamien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmä ja tulostustekniikat.
Väitöskirjatutkimuksessa kehitettiin sähkökeraamien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmää, jonka avulla keraamikomponentteja voidaan valmistaa vaikka huoneenlämpötilassa perinteisen valmistustavan yli 1000 °C vaativan lämpökäsittelyn sijaan. Menetelmässä hyödynnetään tiettyjen keraamien vesiliukoisuutta sekä puristuspainetta. Keskeinen tutkimusalue oli keraamitahnojen kehitys komponenttien toteuttamiseksi pursottamalla käyttäen 3D-tulostusta sekä stensiilipainatusta.
Tahnojen koostumus säädettiin sopivaksi pääosin vesimäärää muuttamalla. Johtuen alhaisemmista paineista, näytteillä oli pienempi suhteellinen tiheys ja siten matalammat sähköisten ominaisuuksien arvot verrattuna perinteisiin puristamalla valmistettuihin näytteisiin. Ne olivat silti käyttökelpoisia mikroaaltoalueen sovelluksissa.
Nykyisin tulostus- ja painotekniikoiden avulla sähköisiä laitteita voidaan valmistaa nopeasti ja kustannustehokkaasti erityisesti muoveista. Väitöstutkimus kuitenkin osoitti, että vastaavia menetelmiä voidaan käyttää myös sähkökeraamisten komponenttien valmistuksessa. Lisäksi näytteenvalmistuksesta tuli suoraviivaista, sillä tahnat eivät tarvinneet orgaanisia liuottimia eikä erillistä kuumennusvaihetta niiden poistamiseksi.
Työssä osoitettiin myös, että huoneenlämpötilan valmistusmenetelmän avulla sähkökeraamien samanaikainen prosessointi ja niiden suora yhdistäminen lämpöherkkien materiaalien kanssa on mahdollista. Perinteisessä sähkökeraamien valmistusmenetelmässä käytetyt korkean lämpötilan käsittelyt muuttavat lämpöherkkiä koostumuksia eikä niitä siten voi integroida esimerkiksi muovialustoille.
Tulokset viitoittavat tietä elektroniikan ja tietoliikennetekniikan komponenttien uusille aikaa, kustannuksia ja energiaa säästäville valmistusmenetelmille.
Väitöskirjatutkimuksessa kehitettiin sähkökeraamien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmää, jonka avulla keraamikomponentteja voidaan valmistaa vaikka huoneenlämpötilassa perinteisen valmistustavan yli 1000 °C vaativan lämpökäsittelyn sijaan. Menetelmässä hyödynnetään tiettyjen keraamien vesiliukoisuutta sekä puristuspainetta. Keskeinen tutkimusalue oli keraamitahnojen kehitys komponenttien toteuttamiseksi pursottamalla käyttäen 3D-tulostusta sekä stensiilipainatusta.
Tahnojen koostumus säädettiin sopivaksi pääosin vesimäärää muuttamalla. Johtuen alhaisemmista paineista, näytteillä oli pienempi suhteellinen tiheys ja siten matalammat sähköisten ominaisuuksien arvot verrattuna perinteisiin puristamalla valmistettuihin näytteisiin. Ne olivat silti käyttökelpoisia mikroaaltoalueen sovelluksissa.
Nykyisin tulostus- ja painotekniikoiden avulla sähköisiä laitteita voidaan valmistaa nopeasti ja kustannustehokkaasti erityisesti muoveista. Väitöstutkimus kuitenkin osoitti, että vastaavia menetelmiä voidaan käyttää myös sähkökeraamisten komponenttien valmistuksessa. Lisäksi näytteenvalmistuksesta tuli suoraviivaista, sillä tahnat eivät tarvinneet orgaanisia liuottimia eikä erillistä kuumennusvaihetta niiden poistamiseksi.
Työssä osoitettiin myös, että huoneenlämpötilan valmistusmenetelmän avulla sähkökeraamien samanaikainen prosessointi ja niiden suora yhdistäminen lämpöherkkien materiaalien kanssa on mahdollista. Perinteisessä sähkökeraamien valmistusmenetelmässä käytetyt korkean lämpötilan käsittelyt muuttavat lämpöherkkiä koostumuksia eikä niitä siten voi integroida esimerkiksi muovialustoille.
Tulokset viitoittavat tietä elektroniikan ja tietoliikennetekniikan komponenttien uusille aikaa, kustannuksia ja energiaa säästäville valmistusmenetelmille.
Viimeksi päivitetty: 1.3.2023