[發明專利]一種超低熱膨脹系數的堇青石陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201410089785.4
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103803957A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 賈德昌;蔡德龍;楊治華;王勝金;張茜;段小明;苗洋;李權;周玉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B35/185
• 分類號: C04B35/185;C04B35/622
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種堇青石陶瓷材料及其制備方法。?

背景技術

堇青石陶瓷具有較低的熱膨脹系數（約為2.0×10^-6℃^-1）、優異的高溫穩定性、良好的介電性能和紅外輻射能力、優異的化學穩定性等，因而在汽車、環保、冶金、化工，電子工業以及航空航天工業等對耐高溫性能和熱膨脹性能要求嚴格的領域獲得越來越多的應用。堇青石最早于1889年被合成并獲得命名，主要有兩種晶型，即高溫α型和低溫β型。高溫α型具有機械強度高、抗熱沖擊性能高的優點，并且是高溫穩定相，因此材料中含有的α型堇青石相的比例應該盡可能的高。?

目前根據文獻及專利報道，制備堇青石陶瓷的主要方法包括以下三種：一、以氧化鋁、粘土和滑石等為原料采用固相反應法制備；二、以氧化鎂、氧化鋁和二氧化硅通過熔融法或燒結法制備堇青石玻璃陶瓷；三、采用溶膠-凝膠法通過金屬醇鹽水解制備非晶粉體后燒結，制備堇青石玻璃陶瓷。?

以上三種方法制備的堇青石陶瓷材料中α型堇青石含量較低，存在著大量的雜質或玻璃相，并且機械強度不夠高。通過引入納米氧化鋁和非晶態二氧化硅為原料，并采用氣氛保護熱壓燒結方法來制備具有更高的機械強度和更低的熱膨脹系數的純α型堇青石陶瓷材料的研究還未見報道。?

發明內容

本發明是要解決現有堇青石陶瓷材料制備過程復雜，制備的堇青石陶瓷材料中α型堇青石含量低，彎曲強度低，熱膨脹系數高的技術問題，從而提供了一種超低熱膨脹系數的堇青石陶瓷材料及其制備方法。?

本發明的一種超低熱膨脹系數的堇青石陶瓷材料按重量百分含量由4％～20％的氧化鎂粉末、22％～50％的納米氧化鋁粉末和余量的非晶二氧化硅粉末混合制成。?

上述的超低熱膨脹系數堇青石陶瓷材料的制備方法是按以下步驟進行的：?

一、稱量：按質量百分含量稱取4％～20％的氧化鎂粉末、22％～50％的納米氧化鋁粉末和余量的非晶二氧化硅粉末；?

二、球磨制漿：將步驟一稱取的粉末置于容器中，加入介質，以200～300r/min的速率球磨20～24h，得到混合漿料；其中，所述介質與步驟一稱取的粉末的質量比為3～8:1；?

三、干燥制粉：將步驟二得到的混合漿料在溫度為60～100℃下烘干0.5～1h，烘干后研碎，過180目篩后，得到混合粉料；?

四、燒結處理：將步驟三得到的混合粉體裝入模具后置于燒結爐內，充入保護氣體，在溫度為1100～1500℃、壓力為5～20MPa的條件下燒結0.5～3h，即得超低熱膨脹系數的堇青石陶瓷材料；?

其中，步驟一所述的氧化鎂粉末的純度為98.0％以上，納米氧化鋁粉末純度為98.5％以上，非晶二氧化硅粉末純度為99.5％。?

本發明包括以下有益效果：?

1、本發明的堇青石陶瓷材料性能優異，致密度達99.9％，在室溫下用三點彎曲法測試得到的抗彎強度可達到220.5～332.7MPa，介電常數達到4.81～6.75，介電損耗角正切值為1.57×10^-2～3.24×10^-2，達到比較好的介電性能。熱膨脹系數為0.5×10^-6～1.8×10^-6℃^-1；?

2、本發明的超低熱膨脹系數堇青石陶瓷材料廣泛適用于制作介電性能優良的高溫高穩定性的陶瓷器件。?

3、本發明超低熱膨脹系數堇青石陶瓷材料的制備工藝簡單，成本較低，適合工業化生產。?

附圖說明

圖1為試驗一制備的超低熱膨脹系數的堇青石陶瓷材料的XRD圖譜。?

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的一種超低熱膨脹系數的堇青石陶瓷材料按重量百分含量由4％～20％的氧化鎂粉末、22％～50％的納米氧化鋁粉末和余量的非晶二氧化硅粉末混合制成。?

本實施方式包括以下有益效果：?

1、本實施方式的堇青石陶瓷材料性能優異，致密度達99.9％，在室溫下用三點彎曲法測試得到的抗彎強度可達到220.5～332.7MPa，介電常數達到4.81～6.75，介電損耗角正切值為1.57×10^-2～3.24×10^-2，達到比較好的介電性能，熱膨脹系數為0.5×10^-6～1.8×10^-6℃^-1；?

2、本實施方式制備的超低熱膨脹系數堇青石陶瓷材料廣泛適用于制作介電性能優良的高溫高穩定性的陶瓷器件。?