[發明專利]具有受控的熱膨脹系數的導電性復合材料

無效

• 申請號: 201080060985.7
• 申請日: 2010-12-14
• 公開（公告）號: CN102822114A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: R·托雷西拉斯桑米蘭;O·加西亞莫雷諾;M·A·博雷爾托馬斯;A·費爾南德斯瓦爾德斯
• 申請（專利權）人: 西班牙高等科研理事會
• 主分類號: C04B35/19
• 分類號: C04B35/19;C04B38/00;B82Y30/00;C01B31/00
• 代理公司: 余姚德盛專利代理事務所(普通合伙) 33239
• 代理人: 戚秋鵬

技術領域

本發明涉及包含陶瓷成分和碳納米細絲的復合材料、其獲得方法以及其在微電子學、精密光學、航空和航天學中作為導電體的用途，所述陶瓷成分的特征在于其具有負的熱膨脹系數。

背景技術

具有低熱膨脹系數(CTE)的材料在極為不同的領域中都具有廣泛的應用。在許多類型的精密儀器中，以及在高技術系統中、在微電子工業和精密光學中的裝置設備中都需要這些類型的材料。簡言之，在所有這些應用中，隨著溫度的變化，都必須保證精密元件的維度穩定性，這需要降低形成這些元件的材料的CTE。此外，使用不同材料制造的原件的熱膨脹的失衡還可以使用具有所需(且均勻的)CTE的復合材料的設計方案來解決。具有定制CTE的這些材料的設計方案可以使用具有正和負膨脹的成分的結合來處理。可以針對不同的溫度實施復合材料CTE的定制設計方案，使得具有零CTE的成分的最終應用領域取決于用于所述應用所需的特定功能性的其他特征是否實現。鋰陶瓷、玻璃陶瓷(LAS)、以及硅酸鎂鋁(堇青石)家族在許多應用領域(由玻璃陶瓷用于廚房到鏡子用于衛星)中通常用于所述的這種目的。這些家族的一些礦物相具有負CTE，這使得它們可用于具有受控的且定制的CTE的復合材料中。通常，由于具有負CTE的材料負性是由于在不同的晶體取向之間具有強的各向異性(其中負行為通常在它們中的一者中發現，而正行為在其他兩者中發現)，所以具有負CTE的材料的抗折性較低。各向異性通常導致微纖維，這得到了這些材料的機械性質的值較低的結果。因此，加入氧化的/非氧化的陶瓷相能夠得到具有改善的機械性質的材料。這些具有受控的CTE的材料受到關注地用于工程、光子、電子和/或結構的應用中(Roy，R.et?al.，Annual?Review?of?Materials?Science，1989，19，59-81)。

在LAS系統中具有負膨脹的相為β-鋰霞石(LiAlSiO₄)，這是由于其一個晶體軸方向的負膨脹較大。鋰輝石(LiAlSi₂O₆)和透鋰長石(LiAlSi₄O₁₀)相具有接近于零的CTE。制造具有LAS組合物的材料的傳統方法為對玻璃進行加工，從而生產出玻璃陶瓷。該方法涉及將后期形成的玻璃在低溫下施加熱處理，以用于隨后結晶LAS相的沉淀，并由此控制其CTE。偶爾，這種方法會產生不均勻的材料，并且由于該材料為玻璃，所以與其他陶瓷物質相比，其機械性質(剛性和抗性)當然不足以高達許多工業應用。這就是(由Schott出售)廣泛地用于大量的應用中、但是對折斷值具有較低的抗性的情況。因此，如果需要更好的機械性質，則需要玻璃陶瓷的備選物。目前存在其他的CTE接近于零的陶瓷材料，例如在US4403017或中公開的堇青石。制備具有低CTE的材料的備選方法由向其CTE為負的陶瓷成分中加入正熱膨脹系數的第二相構成，如在US6953538、JP2007076949或JP2002220277以及專利申請P200803530中所述的情況。這種最后的選擇極受關注，并且可以通過在基質中加入合適比例的第二相來調節CTE的值和其他性質。另一方面并且要記住的是材料的最終性質是兩種或多種成分的組合中的結果，這些復合材料的主要問題在于進行操縱以便在廣泛的溫度范圍內控制CTE的值。因此，在US6953538、JP2007076949或JP2002220277中，其中取得高的維度穩定性的溫度范圍為大約30-50℃。在專利申請P200803530中，用于CTE值接近于零的范圍被擴展。

在專利P200803530中，使用了硅酸鎂鋁(堇青石)和硅酸鋰鋁。申請號為P200803530的專利公開了在溶液中由高嶺土、碳酸鋰、以及二氧化硅和氧化鋁的前體合成硅酸鋰鋁的方法，由此可以得到具有受控的CTE和àla?carte的LAS陶瓷，從而選擇具有Al₂O₃∶Li₂O∶SiO₂相圖的不同組合物。

發明內容

本發明提供了包含陶瓷基質和碳納米細絲的復合材料，所述的材料可表征為其具有優異的機械性、導電性和熱性質。此外，本發明還提供了所述材料的獲得方法，以及其在制造用于微電子學、精密光學、航空和航天學的裝置中作為導電體的用途。

本發明的第一個方面涉及這樣的材料，其包含：

a.陶瓷成分，以及

b.碳納米細絲，

其中所述的材料的熱膨脹系數為-6x10^-6℃^-1至6.01x10^-6℃^-1。