Filosofian maisteri Maria Väätäjä kehitti väitöskirjatutkimuksessaan sähkökeraamisten komponenttien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmää yhdistämällä siihen tulostus- ja painotekniikat. Menetelmän avulla keraamikomponentteja voidaan valmistaa huoneenlämpötilassa, kun perinteisesti valmistus on vaatinut sintrausvaiheen yli 1000 asteen lämpötilassa.
Väitöstutkimuksen tulokset tuovat uutta tietoa elektroniikan ja tietoliikennetekniikan komponenttien valmistukseen. Matala valmistuslämpötila mahdollistaa erityisesti tulostus- ja painotekniikoiden käytön. Lisäksi valmistuskustannukset ovat alhaisemmat ja tarvittavan energian määrä on arviolta noin 10 prosenttia perinteiseen menetelmään verrattuna.
Väätäjän kehittämässä menetelmässä sintrausta vastaava tiivistyminen saadaan aikaan hyödyntämällä tiettyjen keraamien vesiliukoisuutta sekä puristuspainetta. Keskeinen Väätäjän tutkimuskohde oli keraamitahnojen kehitys komponenttien toteuttamiseksi.
- Pursotimme tahnoja käyttäen hyödyksi 3D-tulostusta sekä perinteistä 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, Väätäjä kertoo keskeisestä tutkimustuloksesta.
Nykyisten tulostus- ja painotekniikoiden avulla sähköisiä laitteita voidaan valmistaa nopeasti ja kustannustehokkaasti erityisesti muoveista. Väätäjän väitöstutkimus kuitenkin osoitti, että vastaavia menetelmiä voidaan käyttää myös sähkökeraamisten komponenttien valmistuksessa.
- Lisäksi näytteenvalmistuksesta tuli suoraviivaista, sillä tahnat eivät tarvinneet orgaanisia liuottimia eikä siten erillistä kuumennusvaihetta niiden poistamiseksi. Pystyin osoittamaan, 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 keraameja siten voi integroida suoraan esimerkiksi muovialustoille, Väätäjä sanoo.
Maria Väätäjä väittelee Oulun yliopistossa perjantaina 13.5. Sähkötekniikan alan väitöskirjan nimi on Sähkökeraamien huoneenlämpötilan valmistusmenetelmän mahdollisuudet. Sovellettavuus tulostus- ja painotekniikoihin sekä yhdistettävyys lämpöherkkien materiaalien kanssa.
