CN101200348A - CaO-B2O3-SiO2玻璃粉体及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及CaO-B2O3-SiO2玻璃粉体及制备方法。本发明的目的是通过溶胶—凝胶的方法制备CBS玻璃陶瓷的前驱体粉料。相对于高温熔制法(1400℃~1500℃),研磨后粒度为微米级,本发明可在低温(600℃~700℃)制备CBS粉体,粉体粒度在亚微米级。该粉体可用于制备CBS系微晶玻璃或用做金属化浆料的粘结剂。粉体中各氧化物的重量百分比含量为:CaO:40-50%,B2O3:10~30%,SiO2:20~50%。本发明的CBS系玻璃粉体成分均匀,纯度高,颗粒细小,烧结活性大。制备工艺简便,制备温度低。
Description
技术领域
本发明属于材料科学技术领域,涉及CaO-B2O3-SiO2玻璃粉体及制备方法。
背景技术
CaO-B2O3-SiO2(CBS)系陶瓷是一类重要的封装材料和介质材料,已得到国内外广泛关注和研究。Chia-Ruey Chang等人研究了(CBS)系微晶玻璃材料制备和在电子封装领域的应用(USA 5258335),玻璃熔制温度在1400℃~1500℃,经过球磨后,玻璃粉粒度在1~10μm。周和平等(CN02124131.7)将CaO,B2O3,SiO2,P2O5和ZnO等原料在1350℃~1400℃熔制成玻璃,经过研磨的玻璃粉末粒度为0.5~20μm,粉料干压成圆片,在低温烧结,制备了低介电常数低损耗的微晶玻璃陶瓷。目前CBS体系低介材料的制备方法有玻璃粉体烧结法和传统的固相法。玻璃粉体烧结法的玻璃熔融工序,温度较高,有些组分容易挥发造成成分的偏离,对材料的性能不利;传统的固相法烧成温度一般较高,难以和高导电率的金属电极(Ag/Pd,Au,Cu)共烧。
利用溶胶凝胶的方法可以在较低的温度合成材料,在分子级合成材料,具有化学组成精确,纯度高,均匀性强等优点,该法已广泛运用于制备堇青石微晶玻璃,以及其他种类的微晶玻璃材料。用溶胶凝胶的方法制备CBS系玻璃粉体还未见报道。
发明内容
本发明的目的是通过溶胶-凝胶的方法制备CBS玻璃陶瓷的前驱体粉料。相对于高温熔制法(1400℃~1500℃),研磨后粒度为微米级,本发明可在低温(600℃~700℃)制备CBS粉体,粉体粒度在亚微米级。该粉体可用于制备CBS系微晶玻璃或用做金属化浆料的粘结剂。粉体中各氧化物的重量百分比含量为:CaO:40-50%,B2O3:10~30%,SiO2:20~50%。
本发明的技术如下:
本发明的CaO-B2O3-SiO2玻璃粉体,其氧化物的重量百分比含量为:CaO:40-50%,B2O3:10~30%,SiO2:20~50%,粉体粒度在亚微米级。
本发明的CaO-B2O3-SiO2玻璃粉体的制备方法,是采用溶胶-凝胶法。
所述的溶胶-凝胶法是:
(1)按制备粉体中各氧化物的量计算称量硼酸、四水硝酸钙和正硅酸乙酯;
(2)使正硅酸乙酯预先水解,将蒸馏水滴加入正硅酸己酯中,并搅拌,调节pH值3~6,水与正硅酸乙酯的摩尔比为1~3;
(3)将硼酸、四水硝酸钙分别溶解于无水乙醇,乙醇用量达到使硼酸或四水硝酸钙溶解即可;先将硼酸溶液加入上述(2)预水解溶液中,再加入硝酸钙溶液;滴加蒸馏水并搅拌,至总的用水量与正硅酸乙酯量的摩尔比为5~20;用稀硝酸或者稀氨水溶液调节pH值3~6;
(4)将上述溶液在50℃~60℃水浴,磁子搅拌形成透明的溶胶,静止后成透明凝胶;
(6)将凝胶在100℃120℃干燥,研磨至细粉,得干凝胶粉;
(7)将得到的干凝胶粉在600℃~700℃煅烧,得到CaO-B2O3-SiO2玻璃粉体。
本发明的CBS系玻璃粉体成分均匀,纯度高,颗粒细小,烧结活性大。制备工艺简便,制备温度低。
附图说明
图1为实施例3样品的热重差热分析曲线。
图2为实施例3样品600℃煅烧后粉体的XRD衍射图谱。
图3为实施例1干凝胶粉和600℃煅烧后粉体的红外光谱。
具体实施方式
按氧化物计算,本发明8个实例的配方组成和不同的工艺条件如下表所示。
实施例 | CaO/wt% | B2O3/wt% | SiO2/wt% | pH值 | 水硅比 | 煅烧温度(℃) |
1 | 40 | 30 | 30 | 4 | 10 | 600 |
2 | 40 | 20 | 40 | 5 | 5 | 650 |
3 | 40 | 10 | 50 | 6 | 5 | 600 |
4 | 45 | 20 | 35 | 5 | 10 | 600 |
5 | 45 | 30 | 25 | 5 | 15 | 650 |
6 | 40 | 40 | 20 | 3 | 20 | 700 |
7 | 50 | 20 | 30 | 4 | 10 | 650 |
8 | 50 | 30 | 20 | 3 | 15 | 700 |
实施例1:按氧化物总量为10g,计算并称量所需正硅酸乙酯、硼酸、四水硝酸钙。将蒸馏水滴加入正硅酸己酯中并搅拌,水与正硅酸乙酯的摩尔比为2∶1,用稀硝酸和氨水调节pH值为4,搅拌预水解5小时。用适量己醇分别溶解硼酸三乙酯和四水硝酸钙,先将硼酸溶液加入上述预水解溶液中,再加入硝酸钙溶液。搅拌并继续滴加蒸馏水至总的水硅比为10∶1。用适量稀硝酸或者稀氨水溶液调节pH值为4;将上述溶液60℃水浴,磁子搅拌1小时,形成透明的溶胶。将溶胶静置形成凝胶。将凝胶在110℃干燥,研磨至细粉;将干凝胶粉在600℃煅烧,得到本发明所说的玻璃粉体,粉体粒度在100~200μm。如图3所示的本实施例干凝胶粉和600℃煅烧后粉体的红外光谱,可以看出:粉体中只有Si-O和B-O对应的峰。粉体纯净。
实施例2:按氧化物总量为10g,计算并称量所需正硅酸乙酯、硼酸、四水硝酸钙。将蒸馏水滴加入正硅酸己酯中并搅拌,水与正硅酸乙酯的摩尔比为3∶1,用稀硝酸和氨水调节pH值为5,搅拌预水解5小时。用适量己醇分别溶解硼酸三乙酯和四水硝酸钙,先将硼酸溶液加入上述预水解溶液中,再加入硝酸钙溶液。搅拌并继续滴加蒸馏水至总的水硅比为5∶1。用适量稀硝酸或者稀氨水溶液调节pH值为5;将上述溶液60℃水浴,磁子搅拌1小时,形成透明的溶胶。将溶胶静置形成凝胶。将凝胶在110℃干燥,研磨至细粉;将干凝胶粉在650℃煅烧,得到本发明所说的玻璃粉体,粉体粒度在100~200μm。
实施例3:按氧化物总量为10g,计算并称量所需正硅酸乙酯、硼酸、四水硝酸钙。将蒸馏水滴加入正硅酸己酯中并搅拌,水与正硅酸乙酯的摩尔比(水硅比)为3∶1,用稀硝酸和氨水调节pH值为6,搅拌预水解5小时。用适量己醇分别溶解硼酸三乙酯和四水硝酸钙,先将硼酸溶液加入上述预水解溶液中,再加入硝酸钙溶液。搅拌并继续滴加蒸馏水至总的水硅比为5∶1。用适量稀硝酸或者稀氨水溶液调节pH值为6;将上述溶液60℃水浴,磁子搅拌1小时,形成透明的溶胶。将溶胶静置形成凝胶。将凝胶在110℃干燥,研磨至细粉;将干凝胶粉在600℃煅烧,得到本发明所说的玻璃粉体,粉体粒度在100~200μm。如图1所示的本实施例的样品的热重差热分析曲线:在热处理过程中大致存在以下主要变化过程:50~180℃H2O和C2H5OH的逸出;180~450℃-OC2H5基团和NO3 -的氧化和分解;300~700℃OH基的除去;750℃、850℃的放热峰为CaSiO3和石英相的析晶温度,850℃以上出现较大的吸热峰,根据三元相图可知3号样品处于CB-CS-SiO2的副三角形,其对应的低共熔点为977℃,因此这个温度段的吸热峰可看作试样不断熔融吸热的过程,其中在1000℃和1050℃的放热峰可能是CaB2O4的析晶和α-CaSiO3的晶型转换温度。如图2所示的本实施例样品600℃煅烧后粉体的XRD衍射图谱,可以看出没,煅烧的粉体中主要是非晶态玻璃,仅有少量硅灰石晶体析出。
实施例4:按氧化物总量为10g,计算并称量所需正硅酸乙酯、硼酸、四水硝酸钙。将蒸馏水滴加入正硅酸己酯中并搅拌,水与正硅酸乙酯的摩尔比(水硅比)为2∶1,用稀硝酸和氨水调节pH值为5,搅拌预水解5小时。用适量己醇分别溶解硼酸三乙酯和四水硝酸钙,先将硼酸溶液加入上述预水解溶液中,再加入硝酸钙溶液。搅拌并继续滴加蒸馏水至总的水硅比为10∶1。用适量稀硝酸或者稀氨水溶液调节pH值为5;将上述溶液60℃水浴,磁子搅拌1小时,形成透明的溶胶。将溶胶静置形成凝胶。将凝胶在110℃干燥,研磨至细粉;将干凝胶粉在600℃煅烧,得到本发明所说的玻璃粉体,粉体粒度在100~200μm。
实施例5:按氧化物总量为10g,计算并称量所需正硅酸乙酯、硼酸、四水硝酸钙。将蒸馏水滴加入正硅酸己酯中并搅拌,水与正硅酸乙酯的摩尔比(水硅比)为1∶1,用稀硝酸和氨水调节pH值为5,搅拌预水解5小时。用适量己醇分别溶解硼酸三乙酯和四水硝酸钙,先将硼酸溶液加入上述预水解溶液中,再加入硝酸钙溶液。搅拌并继续滴加蒸馏水至总的水硅比为15∶1。用适量稀硝酸或者稀氨水溶液调节pH值为5;将上述溶液60℃水浴,磁子搅拌1小时,形成透明的溶胶。将溶胶静置形成凝胶。将凝胶在110℃干燥,研磨至细粉;将干凝胶粉在650℃煅烧,得到本发明所说的玻璃粉体,粉体粒度在亚微米级。
实施例6:按氧化物总量为10g,计算并称量所需正硅酸乙酯、硼酸、四水硝酸钙。将蒸馏水滴加入正硅酸己酯中并搅拌,水与正硅酸乙酯的摩尔比(水硅比)为1∶1,用稀硝酸和氨水调节pH值为3,搅拌预水解5小时。用适量己醇分别溶解硼酸三乙酯和四水硝酸钙,先将硼酸溶液加入上述预水解溶液中,再加入硝酸钙溶液。搅拌并继续滴加蒸馏水至总的水硅比为20∶1。用适量稀硝酸或者稀氨水溶液调节pH值为3;将上述溶液60℃水浴,磁子搅拌1小时,形成透明的溶胶。将溶胶静置形成凝胶。将凝胶在110℃干燥,研磨至细粉;将干凝胶粉在700℃煅烧,得到本发明所说的玻璃粉体,粉体粒度在100~200μm。
实施例7:按氧化物总量为10g,计算并称量所需正硅酸乙酯、硼酸、四水硝酸钙。将蒸馏水滴加入正硅酸己酯中并搅拌,水与正硅酸乙酯的摩尔比(水硅比)为2∶1,用稀硝酸和氨水调节pH值为4,搅拌预水解5小时。用适量己醇分别溶解硼酸三乙酯和四水硝酸钙,先将硼酸溶液加入上述预水解溶液中,再加入硝酸钙溶液。搅拌并继续滴加蒸馏水至总的水硅比为10∶1。用适量稀硝酸或者稀氨水溶液调节pH值为4;将上述溶液60℃水浴,磁子搅拌1小时,形成透明的溶胶。将溶胶静置形成凝胶。将凝胶在110℃干燥,研磨至细粉;将干凝胶粉在650℃煅烧,得到本发明所说的玻璃粉体,粉体粒度在100~200μm。
实施例8:按氧化物总量为10g,计算并称量所需正硅酸乙酯、硼酸、四水硝酸钙。将蒸馏水滴加入正硅酸己酯中并搅拌,水与正硅酸乙酯的摩尔比(水硅比)为1∶1,用稀硝酸和氨水调节pH值为3,搅拌预水解5小时。用适量己醇分别溶解硼酸三乙酯和四水硝酸钙,先将硼酸溶液加入上述预水解溶液中,再加入硝酸钙溶液。搅拌并继续滴加蒸馏水至总的水硅比为15∶1。用适量稀硝酸或者稀氨水溶液调节pH值为3;将上述溶液60℃水浴,磁子搅拌1小时,形成透明的溶胶。将溶胶静置形成凝胶。将凝胶在110℃干燥,研磨至细粉;将干凝胶粉在700℃煅烧,得到本发明所说的玻璃粉体,粉体粒度亚微米级。
本发明提出CaO-B2O3-SiO2玻璃粉体及制备方法,已通过实施例进行了描述,相关技术人员明显能在不脱离本发明的内容、精神和范围内对本文所述的内容进行改动或适当变更与组合,来实现本发明。特别需要指出的是,所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,他们都被视为包括在本发明的精神、范围和内容中。
Claims (3)
1.一种CaO-B2O3-SiO2玻璃粉体,其特征是氧化物的重量百分比含量为:CaO:40-50%,B2O3:10~30%,SiO2:20~50%,粉体粒度在亚微米级。
2.一种权利要求1的CaO-B2O3-SiO2玻璃粉体的制备方法,其特征是采用溶胶-凝胶法。
3.如权利要求2所述的CaO-B2O3-SiO2玻璃粉体的制备方法,其特征是所述的溶胶-凝胶法是:
(1)按制备粉体中各氧化物的量计算称量硼酸、四水硝酸钙和正硅酸乙酯;
(2)使正硅酸乙酯预先水解,将蒸馏水滴加入正硅酸己酯中,并搅拌,调节pH值3~6,水与正硅酸乙酯的摩尔比为1~3;
(3)将硼酸、四水硝酸钙分别溶解于无水乙醇,乙醇用量达到使硼酸或四水硝酸钙溶解即可;先将硼酸溶液加入上述(2)预水解溶液中,再加入硝酸钙溶液;滴加蒸馏水并搅拌,至总的用水量与正硅酸乙酯量的摩尔比为5~20;用稀硝酸或者稀氨水溶液调节pH值3~6;
(4)将上述溶液在50℃~60℃水浴,磁子搅拌形成透明的溶胶,静止后成透明凝胶;
(6)将凝胶在1100℃~120℃干燥,研磨至细粉,得干凝胶粉;
(7)将得到的干凝胶粉在600℃~700℃煅烧,得到CaO-B2O3-SiO2玻璃粉体。
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GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20100811 Termination date: 20101221 |