高鋁陶瓷的低溫燒結的製作方法
2023-05-27 17:24:06
專利名稱：高鋁陶瓷的低溫燒結的製作方法
技術領域：
本發明是有關高鋁陶瓷的低溫燒結，屬於高鋁陶瓷燒結的領域。
氧化鋁含量在90%(wt)以上的高鋁陶瓷，由於機械強度高、硬度大、高頻介電損耗小、高溫絕緣電阻高，耐化學腐蝕和熱穩定性好等綜合的優良性能，因此在電子、機械、紡織、汽車、化工、冶金、家用電器、航空航天以及其它各方面均有廣泛的應用。然而，高鋁陶瓷的燒結溫度高達1600-1700℃，需用矽鉬棒作為發熱體以及高熔點耐火材料砌作窯爐和製作窯具，投資大，能耗高，生產成本高，從而限制了它的廣泛應用。
為降低高鋁陶瓷的燒結溫度，國內外學者均進行了大量的研究工作。方法之一是在其組份中加入幾種氧化物、天然礦物和合成玻璃等添加物，其中最佳的結果為同時添加TiO2和滑石，使95%Al2O3陶瓷(以下簡稱95瓷)的燒結溫度降到1450℃，但室溫介電損耗(tgδ)高達18-30×10-4，比1650℃燒結的95瓷高一個數量級，且抗折強度也大大降低，嚴重影響其實用價值。方法之二是採用熱壓方法。雖然熱壓方法可大幅度降低燒結溫度而又可使材料的機電性能不降低，但生產效率低，不能適用於製造複雜的製品，不宜批量生產。近幾年，日本學者提出用超細氧化鋁粉體作原料，在1400℃燒結即能製備出性能優良的緻密坯體，但因原料製備工藝複雜，成本高且不適應傳統的熱壓鑄和泥漿澆注工藝的使用尚需摸索，故尚未普遍採用。
本發明的目的是試圖在保持高鋁陶瓷優良性能和採用傳統工藝方法的前提下，僅僅靠改變添加物的組成和加入助熔料的方法，降低燒成溫度，以獲得質優價廉的高鋁陶瓷材料，便於廣泛應用，亦即，使低Al2O3含量組份的高鋁陶瓷，其性能(介電性能、體積電阻率、抗折強度等)接近或超過高Al2O3含量的高鋁陶瓷，從而可節能、節約窯具、窯爐的投資、降低生產成本，拓寬應用面。
具體地說，本發明使用的添加物為CaF2、PbO、ZnO、SrF2、BaF2、SrCO3、BaCO3以及La2O3中的一種或一種以上，其加入總量為0-5wt%。助熔料的化學組成範圍為(wt%)CaO5-40%，MgO7-30%，Al2O38-35%，B2O30-60%，SiO210-65%。它是用滑石、石灰石、石英、蘇州土、工業硼酸、硫酸鎂、氧化鋁等礦物原料或化工原料，幹磨混合12-30小時，在750-1150℃保溫1-5小時合成，將料塊粉碎後過30目篩而成，備用而不必熔製成玻璃。
本發明提供的高鋁陶瓷低溫燒結方法是通過下列工藝製備的。稱取煅燒α-工業氧化鋁、助熔料和添加物。其配比(wt)為助熔料3-40%，α-Al2O394-55%，添加物0-5%。將稱好的料球磨30-72小時，加入幹壓常用的粘結劑(澱粉、油酸、石蠟等或熱壓鑄、澆注)壓製成圓片或長條，然後在矽碳棒爐中於1050-1470℃保溫1-3小時燒結。
表1列出了用本發明製備的低溫燒結高鋁陶瓷(Al2O3含量為60-95wt%)的主要機電性能和最佳燒結溫度。為便於對照，同時列出Al2O3含量(wt)為99%(A99)、95%(A95)、90%(A90)以及75%(A75)四種用常規方法製備的高鋁陶瓷的國際(GB-5593-85)的性能數據及燒結溫度。
從表1可知，(1)Al2O3含量為60-68wt%的LTC1，和LTC2兩種陶瓷，最佳燒結溫度低於1200℃而介電性能都達到或優於A95陶瓷的國際值，且LTC1的抗折強度達A90國標值而LTC2略低但也大於A75國際的強度值;(2)Al2O3含量為85wt%的LTC6陶瓷，其最佳燒結溫度為1360℃，其抗折強度超過了A99的國標值，達323.4×106Pa，且各項介電性能優於A95的值;(3)Al2O3含量分別為90wt%、95wt%的LTC8和LTC9陶瓷材料，機電性能均優於A95和A99陶瓷的國標值，尤其是抗折強度，大大高於A99的國標值，最佳燒結溫度分別為1430℃和1450℃，比目前國內大量生產的A90和A95陶瓷的燒結溫度低200℃以上;(4)低溫燒結的高鋁陶瓷(Al2O3含量在85wt%以上者)化學穩定性好，在10%HCl中煮沸1小時後陶瓷坯光澤不變。
由此可見，採用LTC6配方(最佳燒結溫度1360℃)可完全取代1600℃-1700℃方可燒結的A90和A95陶瓷材料。因此本發明的特點在於(1)不用超細粉料，亦不必用特殊工藝(熱壓，HIP等)，只用工業氧化鋁和普通的化工原料、陶瓷礦物原料;
(2)與國外同類發明相比，助熔料不必預先熔製成玻璃，只需低溫合成，採用普通球磨工藝和成型工藝(熱壓鑄，幹壓和泥漿澆注)在矽碳棒爐、油爐或煤窯中燒結，燒結溫度範圍可寬達50-60℃，便於批量生產。
(3)由於燒結溫度比性能相當的高鋁瓷低200℃以上，所以可節能以及大大節約窯爐、窯具的設備投資。
作為本發明的實施例之一是1.助熔料的配製助熔料的組成(wt)如下煅燒滑石21%，碳酸鎂5%，硼酸34%，石灰石26%，工業氧化鋁14%。
將上述原料幹磨混合48小時後，裝入剛玉坩堝中，在850-950℃/2小時合成，熟料粉碎後，過30目篩，備用。
2.低溫燒結陶瓷製造陶瓷配方為煅燒工業氧化鋁60%，助熔料40%。按配方稱料，幹磨72小時，加粘結劑，在1.5噸/平方釐米的壓力下，幹壓成形試樣，試樣在850℃/1小時，排塑後，在1120-1200℃/2小時燒成。
3.獲得的陶瓷的主要性能抗折強度 200×106Pc介電係數 (1MHz)7.0介電損失 (1MHz)4×10-4體積密度 3.0g/cm3體積電阻率 100℃ 2.3×1016Ω.cm300℃ 8.3×1011Ω.cm500℃ 2.6×1010Ω.cm實施例21.助熔料與實施例1相同。
2.低溫燒結陶瓷製造陶瓷配方(wt)為煅燒工業氧化鋁84%，助熔料12%，添加物BaCO32.5%，SrCO31.5%。
製造工藝與實施例1相同，燒結條件為1340-1400℃/2小時燒成。
3.陶瓷的主要性能抗折強度 304×106Pc
介電係數 (1MHz)7.6介電損失 (1MHz)4×10-4體積密度 3.41g/cm3體積電阻率 100℃ 1×1016Ω.cm300℃ 3×1012Ω.cm500℃ 2×1010Ω.cm
權利要求
1.一系列低溫燒結高鋁陶瓷的方法，包括成型、燒結工藝過程，其特徵在於(1)在煅燒過α-Al2O3中加入助熔料和添加物，其配比(wt)是助熔料3-40%，α-Al2O394-55%，添加物0-5%；(2)助熔料的組份(wt)為CaO5-40%，MgO7-30%，Al2O38-35%，B2O30-60%，SiO210-65%；(3)添加物為La2O3、SrCO3、BaCO3、SrF2、CaF2、BaF2、PbO、ZnO中的一種或一種以上，總添加量為0-5wt%。
2.按權利要求1所述的低溫燒結高鋁陶瓷的燒結方法，其特徵在於所述的助熔料是用滑石、石灰石、石英、蘇州土、工業硼酸、硫酸鎂、氧化鋁等礦物原料或化工原料，幹磨混合12-30小時，在750-1150℃保溫1-5小時合成，粉碎過30目篩而成，不必熔製成玻璃。
全文摘要
一系列Al
文檔編號C04B35/10GK1078709SQ92108428
公開日1993年11月24日 申請日期1992年5月18日 優先權日1992年5月18日
發明者王天寶, 王列娥 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所