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第197章 土法“軋”新路

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雖然物資極度匱乏,但臘月二十九的北京城,年味已經瀰漫在大街小巷。

不過對於實踐基地的師生們而言,吸引他們的並非窗外的鞭炮與炊煙,而是車間裡那塊“掐絲琺琅”陶瓷電路板。

希望之火已經點燃,新的挑戰又擺在眼前。

清晨的車間裡,鄒師傅撬開爐蓋,用鐵棍捅了個火心,然後又拿起個大鐵鉤猛烈的掏著爐灰。

隨著一陣陣煤灰飛揚,一股藍色有火苗從火心裡躥了起來。

儘管寒氣未散,但大家討論的熱度卻已經足以融化堅冰。

那塊靜靜躺在工作台上的陶瓷電路板,既是裡程碑,也像一麵鏡子,映照出手工製作的侷限。

“你這‘掐絲琺琅’的思路確實是妙手回春,解決了強電環境下電路整合的大問題。”趙老師拿著那塊電路板,語氣欣慰中帶著一絲凝重,“但大家也看到了,這手工掐絲、點釉、燒結,費時費力,一塊巴掌大的板子就耗費了我們多少心血?若是想在我們那龐大的自動化係統裡全麵推廣應用,尤其是未來需要大量同類模組時,這種效率……”

他搖了搖頭,但意思不言而喻。

這話如同投入平靜水麵的一顆石子,瞬間激起了層層漣漪。

“趙老師說得對啊!”一位電機係的師兄介麵道。

他指著旁邊堆積如山的繼電器和纏繞的飛線:“咱們最終是要取代那些‘亂麻’的。如果替代品本身製造起來就跟繡花一樣精細緩慢,那意義就大打折扣了。工業化,講究的就是個規模、效率和一致性。”

吳國華思索道:“確實,手工製作難以保證每塊板子的銅線粗細、釉層厚度完全一致,長期執行的可靠性可能會因此打折扣。我們必須找到一種能夠……嗯,能夠‘批量生產’這種陶瓷電路板的方法。”

“批量生產?”汪傳誌撓了撓頭,“這玩意兒又是陶瓷又是銅線的,還能像軋鋼板一樣‘軋’出來不成?”

他這本是句無心之語,卻瞬間點亮了某些思路。

“等等!‘軋’出來?”錢師姐眼睛一亮,快步走到工作台前,用手指輕輕敲擊著陶瓷基板,“傳統的陶瓷成型,無非是注漿、乾壓、等靜壓。但我們這個需要內在的導電電路……或許,我們真的可以換個思路,不是在後期的陶瓷板上‘新增’電路,而是在成型之初,就把‘電路’做進去!”

一位來自材料係的師兄立刻受到了啟發:“錢師姐的意思是……像‘打香’那樣?把陶瓷粉末和銅粉按照我們設計的電路分佈,混合在一起,然後用模具壓製成型,最後一次性燒結成既絕緣又導電的整體?”

這個想法極具顛覆性,立刻引起了所有人的興趣。

“粉末壓製燒結?”李師兄沉吟道,“思路是好的,但難點很多。首先,銅的熔點和陶瓷的燒結溫度要匹配,否則不是銅熔了流失,就是陶瓷冇燒結實。其次,如何保證銅粉在壓製過程中能形成連續、規整的導電通路,而不是分散的顆粒?還有,升溫曲線、防止氧化……”

提到防止氧化和精確控溫,另一位師兄提出瞭解決方案:“氧化問題可以用通入保護氣氛,比如氮氣來解決。至於控溫,我們可以自己做一個!用電阻絲繞製一個管式爐或者箱式爐,配合調壓器和熱電偶,溫度曲線應該比咱們現有的窯爐好控製得多!”

“自製電爐?這個可行!”王衛國點頭表示支援,“材料也好找。”

然而,更大的難題接踵而至。

另一位師姐指出了關鍵:“就算我們有了可控氣氛的電爐,那超細的、粒徑均勻的銅粉從哪裡來?普通的銅屑、銅末顆粒太粗,壓製後無法形成緻密的導電體,電阻會很大,甚至根本不導通。”

這時,王玉書師傅開了口:“粉末細還不簡單?咱們自己磨!找個厚實點的鐵桶,裡麵放上鋼珠和要磨的銅料,架起來讓它轉!這就是個‘球磨機’嘛!無非是咱們要求磨得更細些,轉它個三天三夜,還怕磨不細?”

王師傅這“土法上馬”的提議,帶著一股樸素的工業智慧,讓眾人眼前一亮。

但立刻有人提出了質疑:“球磨時間長,耗電量大且不說,磨出來的粉末如何收集?那麼細的銅粉,暴露在空氣中極易氧化,一旦氧化,導電性就大打折扣了。”

爭論的焦點又回到粉末的製備和處理上。

就在這時,精儀係的保師兄提出了一個更為“化學”的思路:“既然得到超細銅粉這麼麻煩,我們能不能換個思路?不直接用銅粉,而是先在陶瓷基板上‘長’出銅電路?”

“長出來?”眾人好奇地望向他。

“對!”保師兄越說越興奮,“我們可以先燒製出帶有預設電路凹槽的陶瓷基板。然後,利用化學鍍銅的方法,在那些凹槽裡,通過化學反應還原出銅單質,沉積填充,形成電路!”

“化學鍍銅?”一位有化工背景的程老師若有所思,“我好像在一些外文資料上看到過類似的概念。但難點在於,陶瓷表麵是惰性的,不具備‘自催化’能力,無法引發銅離子的還原沉積。”

保師兄顯然有所準備:“我們可以先對陶瓷基板進行‘活化’處理!比如,先用氯化亞錫溶液浸泡,使陶瓷表麵吸附一層錫離子,然後再用氯化鈀溶液處理,鈀離子會被錫離子還原成鈀原子,牢牢吸附在陶瓷表麵。這些鈀原子就是後續化學鍍銅的催化中心!”

他詳細解釋道:“有了催化中心,再把基板放入含有銅離子,比如硫酸銅和還原劑,比如甲醛的鍍液中,在合適的溫度和PH值下,銅離子就會在催化點上被還原成銅原子,逐漸沉積長大,最終填滿整個凹槽!”

這個方案聽起來非常“高大上”,彷彿一下子從手工作坊躍升到了精密化學的層麵。

然而,程老師卻道:“這個思路理論上可行,但實際操作問題很多。首先,氯化亞錫、氯化鈀這些藥品昂貴且不易獲取。其次,甲醛作為還原劑,有毒,操作需極度小心,車間環境也不適合。再者,化學鍍銅的沉積速度通常很慢,要填滿凹槽需要很長時間。最後,鍍液配方複雜,溫度、濃度、PH值稍有波動,就可能沉積不上,或者沉積層疏鬆、粗糙,導電效能差。工藝穩定性是個大問題。”

“而且,”錢師姐補充道,“就算沉積成功了,後續如何清洗、如何防止殘留化學品腐蝕,都是麻煩事。”

就在化學法似乎陷入僵局時,提出“打香”思路的那位材料係師兄再次發言。

“沉積慢……”他喃喃道,忽然眼睛一亮,“既然化學法核心是得到銅,那我們不如把思路再放大點?乾脆建一個大點的化學沉澱池!不是沉積在基板上,而是直接在溶液裡通過氧化還原反應,把銅離子變成超細、超純的銅粉!這樣得到的粉末,絕對夠細!夠純!然後再用這種超細銅粉去做‘打香’胚體,或者乾脆用彆的辦法成型!”

這個“一步到位”製取超細銅粉的想法,聽起來頗具誘惑力。

“想法很大膽,”程老師沉吟道,“但實現起來,困難重重。首先,需要大量的酸來溶解銅原料,得到銅鹽溶液。然後需要選擇合適的還原劑,控製反應溫度、濃度、pH值、攪拌速度……任何一個引數的微小波動,都可能導致粉末粒度、形貌的巨大差異,甚至直接變成粒狀沉澱或者根本無法還原。這比鍍液控製更難!而且,大量使用酸和還原劑,成本高,汙染大,廢液處理也是問題。”

“還有,”李師兄補充道,“就算得到了超細銅粉,如何過濾、洗滌、乾燥?粉末越細,越容易氧化,也越容易板結團聚,前功儘棄。”

討論似乎陷入了僵局,各種方法都有其閃光點,但又都伴隨著難以逾越的技術障礙或成本瓶頸。

空氣中瀰漫著一種焦灼的思慮。

“咳,”青工張濤,清了清嗓子,有些猶豫地開口,“各位老師,同學,我有個想法,不知道對不對,咱們繞來繞去,又是磨粉,又是燒爐子,又是泡藥水,是不是把事情想複雜了?”

他指了指車間外麵:“咱們軋鋼廠是乾什麼的?咱們最拿手的就是用軋機,把鋼錠、鋼坯軋成各種形狀的鋼材啊!既然這個電路,就是一條條樣式不同的銅線條,咱們能不能直接開個模,把銅‘軋’成電路?”

“軋製電路?!”這個想法過於石破天驚,以至於現場出現了幾秒鐘的寂靜。

“哈哈,張大哥,你這想法夠野!”錢師姐最先反應過來,笑著搖頭,“但是不行啊。咱們廠的軋機,那是為鋼鐵準備的,力大勢沉,一軋下去,銅片直接壓成銅箔了,而且精度根本控製不了。電路要求的是微米級彆的精度和複雜的圖形,軋機乾不了這精細活。”

“就是,軋機威力太大,是乾粗活的。”有人附和。

張濤卻堅持道:“那咱們能不能試製一個小號的、功率小、精度高的‘軋機’,專門用來軋這種精細電路?”

“專門造一台精密軋機?”鄒章元師傅搖頭,“要軋出複雜精細的電路圖形,對軋輥模具的要求就是噩夢,雕刻成本極高,磨損也快。”

軋製的思路似乎走入了死衚衕。

然而,錢師姐卻盯著地麵,手指無意識地在空中劃動著,彷彿在勾勒什麼。

突然,她猛地抬起頭,豁然開朗。

“等等!張大哥的話提醒了我!”錢師姐聲音激動,“我們不一定非要軋製純銅電路!我們之前糾結於銅的純度和氧化,是因為我們總想著要得到高純度的導電體。但如果,我們接受一定程度的‘不純’呢?”

她快步走到黑板前,拿起粉筆,一邊畫一邊快速說道:“我們把幾個思路融合一下!剛纔有人提到氧化銅,但是大家可能冇有注意到,氧化銅脆,容易球磨成粉。然後,我們不追求在燒結前得到純銅,而是把氧化銅粉末和碳粉按一定比例混合!碳是還原劑!”

她畫了一個簡單的示意圖:“然後,我們采用‘打香’的思路,但不是用陶瓷粉和銅粉混合,而是用陶瓷粉,以及氧化銅與碳的混合粉,把它們一次成型!”

她的筆在黑板上重重一頓:“我們借鑒軋機的思路,但不是軋銅,而是軋‘胚體’!我們設計製造一台小型的、對輥壓力可精確控製的‘軋胚機’!它的入口,投入的是均勻混合的陶瓷粉末、以及氧化銅與碳的混合粉末流;它的出口,利用精密的模具對輥,直接‘軋’出已經複合好的、帶有預設電路圖形的陶瓷電路板胚體!胚體內部,電路部分就是氧化銅和碳粉的混合物!”

她越說越快,思路如泉湧:“然後,我們將這個複合胚體,送入我們自製的氣氛保護電爐中進行燒結!在高溫下,碳會奪取氧化銅中的氧,生成二氧化碳氣體跑掉,同時將氧化銅還原成銅單質!而這個還原過程,就發生在陶瓷基體內部預設的電路凹槽或者說電路體內!由於被陶瓷基體包裹、限製,還原出來的銅無法自由流動,隻能原地形成緻密的、與陶瓷基體緊密結合的銅電路!”

“妙啊!!”程老師忍不住喝彩,“這叫……‘原位還原燒結’!一次軋製成型,一次燒結同時完成陶瓷基板燒結和電路金屬化!把最麻煩的粉末製備、精密填充和高溫防氧化問題,通過材料和工藝設計,巧妙地整合在一個步驟裡解決了!”

“太好了!”吳國華興奮地接話,“而且,既然是一次軋製成型,理論上我們完全可以設計模具,同時軋製正反兩麵的電路,甚至實現簡單的層間互連!”

“對對對!軋胚機!這個名字好!”汪傳誌揮舞著拳頭,“咱們就造它一台!”

牛師傅哈哈大笑:“繞了半天,還是回到咱們軋鋼廠的老本行上來了!不過這次軋的不是鋼,是‘泥巴’!這機器結構相對簡單,壓力要求遠低於鋼鐵軋機,咱們自己絕對能搞出來!”

“工藝路線算是初步明確了!”錢師姐總結道,一臉振奮,“接下來,咱們分頭行動,攻克幾個關鍵裝置和技術點:第一,改造或建造一台可用的球磨機,用於製備氧化銅粉和陶瓷粉。第二,設計建造那台核心的‘軋胚機’,包括精密模具對輥的設計加工。第三,搭建一台可精確控溫、能通保護氣氛的‘土電爐’。第四,也是前提,我們需要一個專門的氧化爐,用來把銅原料氧化成易於研磨的氧化銅。”

“任務很重,時間很緊。”趙老師沉聲道,“但我們冇有退路。這套‘軋胚-原位還原燒結’方案,是目前看來最具工業化潛力的方向。”

“乾吧!”李師兄挽起袖子,“趁著過年這幾天,廠裡清淨,咱們正好甩開膀子大乾一場!先把氧化爐和球磨機弄出來!”

說著擼起袖子就要去乾活,其他同學也磨拳擦掌,迫不及待。

“冇錯!”王衛國環視眾人,目光堅定,“思路越辯越明,方法越討論越清晰。我們現在有了一個值得全力投入的新方向。這不僅僅是解決一塊電路板的生產問題,這是在探索一條屬於我們自己的、土洋結合、低成本高效率的工業自動化基礎部件製造之路!行動起來!”

冇有更多的動員,聯合課題組的成員們自動分成了幾個小組。

有人圍著工人師傅,開始討論球磨機的具體結構和所需材料;有人跟著錢師姐和吳國華,開始繪製軋胚機的原理草圖;有人則與李師兄一起,覈算電爐的功率、耐火材料以及氣氛供應方案。

攻堅克難的磅礴動力一下子就燃燒起來,車間裡,敲打聲、討論聲、繪圖聲再次響起。

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