CN103288427A - 一种陶瓷复合材料及加工部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种陶瓷复合材料，所述陶瓷复合材料按重量百分比包括70％～95％的氧化铝和5％～30％的玻璃粉，还涉及到利用该陶瓷复合材料加工部件的方法。在氧化铝陶瓷粉中加入一定量的玻璃粉烧结制备的材料不仅可以降低氧化铝的烧结温度，还可以降低其材料的介电损耗(可以降低到5左右)和损耗(损耗正切角为0.0002左右)，这种复合材料可以广泛应用于陶瓷谐振器支撑架、电路基板、超材料基板等。

Description

一种陶瓷复合材料及加工部件的方法
【技术领域】
本发明涉材料领域，尤其涉及一种陶瓷复合材料及加工部件的方法。
【背景技术】
近年来，随着移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统(GPS)、蓝牙技术以及无线局域网(WLAN)等现代通信技术的飞速发展，微波技术也向着更高频率，即向着毫米波和亚毫米波的方向发展。低介电常数微波介质陶瓷材料的研究已越来越受关注。此类材料可广泛应用于卫星通讯，导弹遥控和全球卫星定位系统(GPS)天线，通讯设备等，这些应用领域除了要求陶瓷具有较低的介电损耗、低的谐振频率温度系数外，还要求陶瓷具有较小的介电常数。在信息化浪潮席卷全球的今天，通信设备和便携式终端必然向小型、轻量、薄型、高频、多功能、高性能方向发展。
低介电低损耗微波介质陶瓷材料主要有Al2O3系、SiO2系、Si3N4系、AlN系、玻璃/陶瓷系等，目前，制备这些陶瓷基本是利用其低K特性，添加烧结助剂，实现陶瓷的低温烧结。
一般采用的氧化铝陶瓷虽然具有介电损耗小、烧结强度好等性质，但由于氧化铝烧结温度高、介电常数也比较高(9～10左右)，限制了其进一步的应用。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：为了降低氧化铝陶瓷的烧结温度和介电常数，提供一种加入玻璃粉的复合陶瓷材料及利用该复合陶瓷材料加工部件的方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种陶瓷复合材料，所述陶瓷复合材料按重量百分比包括70％～95％的氧化铝和5％～30％的玻璃粉。
所述玻璃粉为65wt％～85wt％的二氧化硅-5wt％～15wt％的氧化硼-0wt％～10wt％的五氧化二磷-0wt％～10wt％的氧化锌体系。
一种陶瓷复合材料加工部件的方法，包括以下步骤：
a、将制备玻璃粉的原料按预设重量百分比称量混合后，球磨、烘干并预烧；
b、将5wt％～30wt％预烧后的玻璃粉和70wt％～95wt％的氧化铝粉混合形成混合粉料；
c、将混合粉料压制成型并烧结得到所需的加工部件。
进一步改进，具体烧结方式为：以1℃/min的速率缓慢升温至500℃，并保温1小时，确保粘结剂彻底排除干净，之后以10℃/min升温至最高烧结温度1100℃～1300℃，并保温2～4小时，然后以20℃/min的速率降温至400℃，最后随炉冷却至室温获得所需产品。
所述的混合粉料在压制成型前还加入粘结剂进行造粒。
所述混合粉料造粒后过40～80目筛。
所述玻璃粉为65wt％～85wt％的二氧化硅-5wt％～15wt％的氧化硼-0wt％～10wt％的五氧化二磷-0wt％～10wt％的氧化锌体系。
本发明的有益效果为：在氧化铝陶瓷粉中加入一定量的玻璃粉烧结制备的材料不仅可以降低氧化铝的烧结温度，还可以降低其材料的介电损耗(可以降低到5左右)和损耗(损耗正切角为0.0002左右)，这种复合材料可以广泛应用于陶瓷谐振器支撑架、电路基板、超材料基板等。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种陶瓷复合材料，所述陶瓷复合材料按重量百分比包括70％～95％的氧化铝和5％～30％的玻璃粉，该玻璃粉为65wt％～85wt％的二氧化硅-5wt％～15wt％的氧化硼-0wt％～10wt％的五氧化二磷-0wt％～10wt％的氧化锌体系。
在氧化铝陶瓷粉中加入一定量的玻璃粉烧结制备的材料不仅可以降低氧化铝的烧结温度，还可以降低其材料的介电损耗(可以降低到5左右)和损耗(损耗正切角为0.0002左右)，这种复合材料可以广泛应用于陶瓷谐振器支撑架、电路基板、超材料基板等。
利用陶瓷复合材料加工部件的方法
实施例一
按下表的化学组成称取SiO2，H3BO3，(NH4)H2PO4，ZnO
  SiO2   B2O3   P2O5   ZnO
  wt％   75   15   6   4
将称量好的原料加入乙醇，用氧化铝作为球磨子在行星球磨机中球磨4小时，再在80℃下干燥6小时，然后将干燥后的玻璃粉在400℃下预烧；
将预烧后的5wt％玻璃粉和95wt％的氧化铝粉混合，并加入乙醇、粘结剂进行球磨后，干燥过60目筛造粒，然后再在120MPa的压力下压制成型，将压制成型后的产品以1℃/min的速率缓慢升温至500℃，并保温1小时，确保粘结剂彻底排除干净，之后以10℃/min升温至最高烧结温度1300℃，并保温3小时，然后以20℃/min的速率降温至400℃，最后随炉冷却至室温获得所需产品。
该成型产品经检测介电常数为5，损耗正切角为0.0003，低介电常数、低损耗满足了陶瓷谐振器支撑架、基板等对介电常数和损耗的需求，同时也可以广泛应用在超材料基板领域内。
实施例二
按下表的化学组成称取SiO2，H3BO3，(NH4)H2PO4，ZnO
  SiO2   B2O3   P2O5   ZnO
  wt％   75   15   6   4
将称量好的原料加入乙醇，用氧化铝作为球磨子在行星球磨机中球磨4小时，再在80℃下干燥6小时，然后将干燥后的玻璃粉在400℃下预烧；
将预烧后的15wt％玻璃粉和85wt％的氧化铝粉混合，并加入乙醇、粘结剂进行球磨后，干燥过60目筛造粒，然后再在120MPa的压力下压制成型，将压制成型后的产品以1℃/min的速率缓慢升温至500℃，并保温1小时，确保粘结剂彻底排除干净，之后以10℃/min升温至最高烧结温度1200℃，并保温3小时，然后以20℃/min的速率降温至400℃，最后随炉冷却至室温获得所需产品。
该成型产品经检测介电常数为4，损耗正切角为0.0002，低介电常数、低损耗满足了陶瓷谐振器支撑架、基板等对介电常数和损耗的需求，同时也可以广泛应用在超材料基板领域内。
实施例三
按下表的化学组成称取SiO2，H3BO3，(NH4)H2PO4，ZnO
  SiO2   B2O3   P2O5   ZnO
  wt％   75   15   6   4
将称量好的原料加入乙醇，用氧化铝作为球磨子在行星球磨机中球磨4小时，再在80℃下干燥6小时，然后将干燥后的玻璃粉在400℃下预烧；
将预烧后的30wt％玻璃粉和70wt％的氧化铝粉混合，并加入乙醇、粘结剂进行球磨后，干燥过60目筛造粒，然后再在120MPa的压力下压制成型，将压制成型后的产品以1℃/min的速率缓慢升温至500℃，并保温1小时，确保粘结剂彻底排除干净，之后以10℃/min升温至最高烧结温度1100℃，并保温3小时，然后以20℃/min的速率降温至400℃，最后随炉冷却至室温获得所需产品。
该成型产品经检测介电常数为4.2，损耗正切角为0.00025，低介电常数、低损耗满足了陶瓷谐振器支撑架、基板等对介电常数和损耗的需求，同时也可以广泛应用在超材料基板领域内。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (6)

1.一种陶瓷复合材料，其特征在于，所述陶瓷复合材料按重量百分比包括70％～95％的氧化铝和5％～30％的玻璃粉。
2.根据权利要求1所述的陶瓷复合材料，其特征在于，所述玻璃粉为65wt％～85wt％的二氧化硅-5wt％～15wt％的氧化硼-0wt％～10wt％的五氧化二磷-0wt％～10wt％的氧化锌体系。
3.一种陶瓷复合材料加工部件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将制备玻璃粉的原料按预设重量百分比称量混合后，球磨、烘干并预烧；
b、将5wt％～30wt％预烧后的玻璃粉和70wt％～95wt％的氧化铝粉混合形成混合粉料；
c、将混合粉料压制成型并烧结得到所需的加工部件。
4.根据权利要求3所述的陶瓷复合材料加工部件的方法，其特征在于，所述的混合粉料在压制成型前还加入粘结剂进行造粒。
5.根据权利要求3或4所述的陶瓷复合材料加工部件的方法，其特征在于，所述混合粉料造粒后过40～80目筛。
6.根据权利要求3所述的陶瓷复合材料加工部件的方法，其特征在于，所述玻璃粉为65wt％～85wt％的二氧化硅-5wt％～15wt％的氧化硼-0wt％～10wt％的五氧化二磷-0wt％～10wt％的氧化锌体系。
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