一種高強度電工陶瓷及其製備方法與流程
2023-05-09 16:19:16 3
本發明涉及介電陶瓷技術領域，具體涉及一種高強度電工陶瓷及其製備方法。
背景技術：
電工陶瓷材料主要是指的一類具有電磁等功能的陶瓷，它的介電性能和導電性能調節範圍較寬，是特種陶瓷材料中最具活力的材料之一，被人們廣為關注。它可以應用在電子、通訊、自動控制、信息計算機、汽車、航空等眾多領域當中，具有顯著的社會效益和經濟效益。當前電子信息的發展越來越迅速，對電子元器件的要求也越來越高，微型化、薄膜化、多功能等成為未來發展的方向，而目前電子陶瓷材料存在力學強度低及電阻率小的問題，無法滿足市場及實際生產過程中的要求。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種高強度電工陶瓷及其製備方法，該種電工陶瓷生產成本低廉，具有抗折、抗拉、抗壓強度大、電阻率大、電容溫度變化率小的特性，應用場合領域廣泛，解決了現有技術中的問題，滿足了市場及實際生產過程中的要求。
為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案來實現的：
一種高強度電工陶瓷，包括以下按重量份計的原料：氧化鋁20-30份、氮化釩10-20份、碳化矽纖維10-20份、包膜氟磷灰石粉20-30份、三氧化二釔4-8份、二氧化鈦5-15份、氧化鋅10-20份、三氧化鎳5-15份、五氧化二磷4-8份、四鈦酸鋇4-6份、異丙醇鋁3-5份、氧化錫2-4份、聚乙烯蠟1-3份、錫酸鈣1-5份和粘結劑1-5份；
所述包膜氟磷灰石粉通過以下步驟製得：先取適量氟磷灰石用酒精進行球磨分散處理4-6h，得到的漿料乾燥後於380-420℃下焙燒2-3h，冷卻至室溫後再加入相當於其重量1-3％的硬脂酸銨、2-4％的椰子油脂肪酸二乙醇醯胺以及10-20％的去離子水，超聲震蕩20-30min後，再於65-75℃恆溫水浴中攪拌40-50min，得改性復混液；之後向改性復混液中加入相當於其重量15-25％、質量濃度為25％的al(no3)3溶液，同時加入適量氨水調節ph值至8-10，攪拌30-40min後，靜置2-3h後，經過濾、洗滌、乾燥處理後，在480-520℃燒結2-3h，自然冷卻至室溫即得。
進一步地，所述電工陶瓷包括以下按重量份計的原料：氧化鋁25份、氮化釩15份、碳化矽纖維15份、包膜氟磷灰石粉25份、三氧化二釔6份、二氧化鈦10份、氧化鋅15份、三氧化鎳10份、五氧化二磷6份、四鈦酸鋇5份、異丙醇鋁4份、氧化錫3份、聚乙烯蠟2份、錫酸鈣3份和粘結劑3份。
進一步地，所述包膜氟磷灰石粉通過以下步驟製得：先取適量氟磷灰石用酒精進行球磨分散處理5h，得到的漿料乾燥後於400℃下焙燒2.5h，冷卻至室溫後再加入相當於其重量2％的硬脂酸銨、3％的椰子油脂肪酸二乙醇醯胺以及15％的去離子水，超聲震蕩25min後，再於70℃恆溫水浴中攪拌45min，得改性復混液；之後向改性復混液中加入相當於其重量20％、質量濃度為25％的al(no3)3溶液，同時加入適量氨水調節ph值至9，攪拌35min後，靜置2.5h後，經過濾、洗滌、乾燥處理後，在500℃燒結2.5h，自然冷卻至室溫即得。
優選地，所述粘結劑為碳酸氫鈉、乙基三甲氧基矽烷或n-羥甲基丙烯醯胺中的一種。
上述的一種高強度電工陶瓷的製備方法，按照以下步驟進行:
(1)按所述重量份配比稱取原料並磨粉；
(2)將步驟(1)所得的原料輸送至混合機中，加入重量比15-25％的去離子水分散混勻，得物料；
(3)將物料注入模具中，隨後連同模具放置於空氣乾燥箱中固化處理，固化後脫模得到溼坯，將溼坯置於真空乾燥箱中進行乾燥以得到素坯；
(4)將素坯在流通空氣爐中預加熱處理，之後隨空氣爐冷卻至室溫；
(5)將預加熱後的素坯置於燒結爐中燒結處理1-2h，燒結溫度為540-580℃，最後空冷至室溫即可。
進一步地，在步驟(1)中，所述磨粉是通過粉碎機將原料粉碎至粒徑≤500微米。
進一步地，在步驟(3)中，所述固化處理是以15-25℃/min升溫速度加熱至250-350℃，再保溫40-50min。
進一步地，在步驟(4)中，所述加熱處理是先將爐溫升至380℃～420℃，保溫20-30min，再次升溫至440℃～480℃，保溫30-40min。
本發明具有如下的有益效果：本發明的電工陶瓷生產成本低廉，通過對生產原料及工藝的改進優化，顯著地提高了電工陶瓷結構的穩定性及理化性質，使製得的成品電工陶瓷具有抗折、抗拉、抗壓強度大、電阻率大、電容溫度變化率小的特性，應用場合領域廣泛，解決了現有技術中電工陶瓷力學強度不足、工作性能不穩定的問題；本發明的電工陶瓷經檢測其平均抗壓強度能達到18.5mpa以上，抗折強度能達到5.3mpa以上，抗拉強度能達到6.8mpa以上，相比市面上的產品提高了50％以上，滿足了市場及實際生產過程中的要求，適宜推廣應用。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明的具體實施方式作進一步描述，以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。
實施例1
一種高強度電工陶瓷，稱取以下原料備用：氧化鋁20kg、氮化釩10kg、碳化矽纖維10kg、包膜氟磷灰石粉20kg、三氧化二釔4kg、二氧化鈦5kg、氧化鋅10kg、三氧化鎳5kg、五氧化二磷4kg、四鈦酸鋇4kg、異丙醇鋁3kg、氧化錫2kg、聚乙烯蠟1kg、錫酸鈣1kg和粘結劑1kg；
上述的包膜氟磷灰石粉通過以下步驟製得：先取20kg的氟磷灰石用酒精進行球磨分散處理4h，得到的漿料乾燥後於380℃下焙燒2h，冷卻至室溫後再加入相當於其重量1％的硬脂酸銨、2％的椰子油脂肪酸二乙醇醯胺以及10％的去離子水，超聲震蕩20min後，再於65℃恆溫水浴中攪拌40min，得改性復混液；之後向改性復混液中加入相當於其重量15％、質量濃度為25％的al(no3)3溶液，同時加入適量氨水調節ph值至8，攪拌30min後，靜置2h後，經過濾、洗滌、乾燥處理後，在480℃燒結2h，自然冷卻至室溫即製得本發明的包膜氟磷灰石粉。
其中，上述的粘結劑採用碳酸氫鈉。
上述的一種高強度電工陶瓷的製備方法，按照以下步驟進行:
(1)先將稱取的上述原料通過粉碎機粉碎至粒徑≤500微米；
(2)再將步驟(1)所得的原料輸送至混合機中，加入重量比15％的去離子水分散混勻，得物料；
(3)然後將物料注入模具中，隨後連同模具放置於空氣乾燥箱中，以15℃/min升溫速度加熱至250℃，並保溫40min固化，固化後脫模得到溼坯，將溼坯置於真空乾燥箱中進行乾燥以得到素坯；
(4)接著將素坯在流通空氣爐中預加熱處理，先將爐溫升至380℃，保溫20min，再次升溫至440℃，保溫30min，之後隨空氣爐冷卻至室溫；
(5)隨後將預加熱後的素坯置於燒結爐中燒結處理1h，燒結溫度控制在540℃，燒結完畢最後空冷至室溫即製得本發明的高強度電工陶瓷。
實施例2
一種高強度電工陶瓷，稱取以下原料備用：氧化鋁25kg、氮化釩15kg、碳化矽纖維15kg、包膜氟磷灰石粉25kg、三氧化二釔6kg、二氧化鈦10kg、氧化鋅15kg、三氧化鎳10kg、五氧化二磷6kg、四鈦酸鋇5kg、異丙醇鋁4kg、氧化錫3kg、聚乙烯蠟2kg、錫酸鈣3kg和粘結劑3kg；
上述的包膜氟磷灰石粉通過以下步驟製得：先取25kg的氟磷灰石用酒精進行球磨分散處理5h，得到的漿料乾燥後於400℃下焙燒2.5h，冷卻至室溫後再加入相當於其重量2％的硬脂酸銨、3％的椰子油脂肪酸二乙醇醯胺以及15％的去離子水，超聲震蕩25min後，再於70℃恆溫水浴中攪拌45min，得改性復混液；之後向改性復混液中加入相當於其重量20％、質量濃度為25％的al(no3)3溶液，同時加入適量氨水調節ph值至9，攪拌35min後，靜置2.5h後，經過濾、洗滌、乾燥處理後，在500℃燒結2.5h，自然冷卻至室溫即製得本發明的包膜氟磷灰石粉。
其中，上述的粘結劑採用乙基三甲氧基矽烷。
上述的一種高強度電工陶瓷的製備方法，按照以下步驟進行:
(1)先將稱取的上述原料通過粉碎機粉碎至粒徑≤500微米；
(2)再將步驟(1)所得的原料輸送至混合機中，加入重量比20％的去離子水分散混勻，得物料；
(3)然後將物料注入模具中，隨後連同模具放置於空氣乾燥箱中，以20℃/min升溫速度加熱至300℃，並保溫45min固化，固化後脫模得到溼坯，將溼坯置於真空乾燥箱中進行乾燥以得到素坯；
(4)接著將素坯在流通空氣爐中預加熱處理，先將爐溫升至400℃，保溫25min，再次升溫至460℃，保溫35min，之後隨空氣爐冷卻至室溫；
(5)隨後將預加熱後的素坯置於燒結爐中燒結處理1.5h，燒結溫度控制在560℃，燒結完畢最後空冷至室溫即製得本發明的高強度電工陶瓷。
實施例3
一種高強度電工陶瓷，稱取以下原料備用：氧化鋁30kg、氮化釩20kg、碳化矽纖維20kg、包膜氟磷灰石粉30kg、三氧化二釔8kg、二氧化鈦15kg、氧化鋅20kg、三氧化鎳15kg、五氧化二磷8kg、四鈦酸鋇6kg、異丙醇鋁5kg、氧化錫4kg、聚乙烯蠟3kg、錫酸鈣5kg和粘結劑5kg；
上述的包膜氟磷灰石粉通過以下步驟製得：先取30kg的氟磷灰石用酒精進行球磨分散處理6h，得到的漿料乾燥後於420℃下焙燒3h，冷卻至室溫後再加入相當於其重量3％的硬脂酸銨、4％的椰子油脂肪酸二乙醇醯胺以及20％的去離子水，超聲震蕩30min後，再於75℃恆溫水浴中攪拌50min，得改性復混液；之後向改性復混液中加入相當於其重量25％、質量濃度為25％的al(no3)3溶液，同時加入適量氨水調節ph值至10，攪拌40min後，靜置3h後，經過濾、洗滌、乾燥處理後，在520℃燒結3h，自然冷卻至室溫即製得本發明的包膜氟磷灰石粉。
其中，上述的粘結劑採用n-羥甲基丙烯醯胺。
上述的一種高強度電工陶瓷的製備方法，按照以下步驟進行:
(1)先將稱取的上述原料通過粉碎機粉碎至粒徑≤500微米；
(2)再將步驟(1)所得的原料輸送至混合機中，加入重量比25％的去離子水分散混勻，得物料；
(3)然後將物料注入模具中，隨後連同模具放置於空氣乾燥箱中，以25℃/min升溫速度加熱至350℃，並保溫50min固化，固化後脫模得到溼坯，將溼坯置於真空乾燥箱中進行乾燥以得到素坯；
(4)接著將素坯在流通空氣爐中預加熱處理，先將爐溫升至420℃，保溫30min，再次升溫至480℃，保溫40min，之後隨空氣爐冷卻至室溫；
(5)隨後將預加熱後的素坯置於燒結爐中燒結處理2h，燒結溫度控制在580℃，燒結完畢最後空冷至室溫即製得本發明的高強度電工陶瓷。
實施例4
一種高強度電工陶瓷，稱取以下原料備用：氧化鋁25kg、氮化釩15kg、碳化矽纖維15kg、包膜氟磷灰石粉25kg、三氧化二釔6kg、二氧化鈦10kg、氧化鋅15kg、三氧化鎳10kg、五氧化二磷6kg、四鈦酸鋇5kg、異丙醇鋁4kg、氧化錫3kg、聚乙烯蠟2kg、錫酸鈣3kg和粘結劑3kg；
上述的包膜氟磷灰石粉通過以下步驟製得：先取25kg的氟磷灰石用酒精進行球磨分散處理4h，得到的漿料乾燥後於420℃下焙燒2h，冷卻至室溫後再加入相當於其重量1％的硬脂酸銨、4％的椰子油脂肪酸二乙醇醯胺以及20％的去離子水，超聲震蕩20min後，再於75℃恆溫水浴中攪拌40min，得改性復混液；之後向改性復混液中加入相當於其重量15％、質量濃度為25％的al(no3)3溶液，同時加入適量氨水調節ph值至10，攪拌30min後，靜置3h後，經過濾、洗滌、乾燥處理後，在480℃燒結3h，自然冷卻至室溫即製得本發明的包膜氟磷灰石粉。
其中，上述的粘結劑採用碳酸氫鈉。
上述的一種高強度電工陶瓷的製備方法，按照以下步驟進行:
(1)先將稱取的上述原料通過粉碎機粉碎至粒徑≤500微米；
(2)再將步驟(1)所得的原料輸送至混合機中，加入重量比15％的去離子水分散混勻，得物料；
(3)然後將物料注入模具中，隨後連同模具放置於空氣乾燥箱中，以25℃/min升溫速度加熱至250℃，並保溫50min固化，固化後脫模得到溼坯，將溼坯置於真空乾燥箱中進行乾燥以得到素坯；
(4)接著將素坯在流通空氣爐中預加熱處理，先將爐溫升至420℃，保溫20min，再次升溫至440℃，保溫40min，之後隨空氣爐冷卻至室溫；
(5)隨後將預加熱後的素坯置於燒結爐中燒結處理1h，燒結溫度控制在580℃，燒結完畢最後空冷至室溫即製得本發明的高強度電工陶瓷。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。