CN105837186A - 一种大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法，采用96.0%‑99.9%氧化铝原料、干压等静压工艺二次成型、1550‑1750°C高温烧结、精密磨削加工而成。制成直径在200‑700毫米的大规格精细氧化铝陶瓷圆板，具有大尺寸、高精度、高纯度、密度均匀的特点，还具有优良的耐酸碱、耐磨损、耐电压等理化性能。克服采用注浆成型等工艺制成产品的表面气孔多、密度均匀性差等缺陷。制备的大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板体积密度3.75‑3.93g/cm3，硬度HRA≥89，精密磨削加工后，陶瓷圆板表面光洁度Ra0.1‑0.4，平面度2‑7μm，是LED蓝宝石加工制造使用的理想材料。

Description

一种大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法
技术领域
本发明涉及工程陶瓷材料领域，特别涉及大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法。
背景技术
LED（发光二极管）作为全球最受瞩目的新一代光源具有非常突出的优点，能耗为普通白炽灯的1/10、节能灯的1/4；寿命可达10万小时；无频闪、无眩光、无紫外线、红外线辐射、无汞污染，可回收再利用，低热宽电压工作安全可靠等等，被称为21世纪最具发展前景的绿色照明光源。
LED产业流程比较长，技术含量较高的外延片制造是其上游产业，用于LED外延片生产的蓝宝石衬底是整个LED产业的基石，蓝宝石衬底除了对材料和定向要求很高以外，对蓝宝石衬底的尺寸加工精度也有很高的技术要求，定向误差≤0.3°，厚度0.20-0.45mm，平整度≤0.5μm等。由于蓝宝石材料硬度很高，如何精密加工是个很大问题。目前最新最有效的方法是采用成分相同，硬度相近，耐磨性好，耐腐蚀的精细高纯氧化铝陶瓷大圆板对蓝宝石衬底进行分段研磨抛光，使蓝宝石材料最终达到衬底的要求。传统的陶瓷制造工艺，如注浆、热压和干压工艺，制备的氧化铝陶瓷圆板，由于工艺特性的局限，产品存在陶瓷材料密度低、机电性能不稳定、表面气孔多等缺陷，达不到相关技术性能要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种具有大尺寸、高精度、高纯度、密度均匀的特点，还具有优良的耐酸碱、耐磨损、耐电压等理化性能，克服采用注浆成型等工艺制成产品的表面气孔多、密度均匀性差等缺陷的大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法。
为实现本发明目的，提供了以下技术方案：一种大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法，包括以下步骤：选用高纯氧化铝原粉，用喷雾干燥法制备粉料，经过压力成型后制成大规格陶瓷圆板坯体，成型坯体进行高温烧结，精密加工而成，其特征在于压力成型包括一次干压成型和二次静压成型。
选用高纯氧化铝原料喷雾干燥工艺制备高性能陶瓷粉料，从源头上控制有害杂质的混入。
作为优选，二次静压成型方法为将一次干压成型后的坯体放入等静压模具内密封，置入冷等静压机内，设置70MPa-200 MPa压力进行等静压成型，获得大规格陶瓷圆板坯体。一次干压成型后，加入专门设计制作的高弹橡塑模具中，70-200MPa压力进行等静压成型，解决大规格陶瓷圆板坯体密度低、内部密度不一致问题。
作为优选，高温烧结方法为采用微电脑精密控温高温烧成，升温速率7-30℃/小时，最高烧成温度1550-1750°C，保温3-10小时。大幅减少大规格陶瓷圆板的烧成开裂、变形和表面气孔，提升陶瓷材料的理化机电性能。陶瓷表面气孔和微裂纹会直接影响以后的加工精度和光洁度。
作为优选，精密加工为精密数控磨削加工，加工成的陶瓷圆板直径200mm-700mm，厚度3-75mm，陶瓷材料的体积密度为3.75-3.93g/cm3，硬度HRA≥89，表面光洁度为Ra0.1-0.4，平面度2-7μm。
作为优选，氧化铝原粉纯度为96.0%-99.9%。
作为优选，等静压模具材料为高弹橡胶或塑料。
本发明有益效果：与原有技术相比，本发明的有益效果是可以按照预定的制造工艺进行控制，制成大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板，可以达到LED蓝宝石精密加工制造所需的各项技术要求。
具体实施方式
实施例1：
选用99.9%氧化铝用喷雾造粒工艺制备高性能陶瓷粉料，干压一次成型后，放入大直径高弹橡塑模具内，密封，置入冷等静压机内，在180MPa压力进行等静压成型，获得直径610mm×33mm的陶瓷圆板坯体，将压制的坯体放置在高温炉内，采用微电脑精密控温高温烧成，升温速率9℃/小时，最高温度1730°C，保温9小时，烧结后的陶瓷圆板通过精密数控磨削加工，得到一件精细高纯氧化铝陶瓷圆板，其直径505.10mm，厚度18.31mm，表面光洁，无气孔，无细微裂纹，光洁度为Ra0.1，平面度2μm；陶瓷材料的体积密度为 3.91g/cm3，硬度HRA：92.5。
实施例2：
选用96.5%氧化铝用喷雾造粒工艺制备陶瓷粉料，干压一次成型后，放入高弹橡塑模具内，置入等静压机内在120MPa压力下成型，获得直径310mm×22mm的陶瓷圆板坯体，放置高温炉内，微电脑精密控温烧成，升温速率21℃/小时，最高温度1580°C，保温4小时。烧结的陶瓷圆板通过精密数控磨削加工，得到一件精细陶瓷圆板，其直径245.2mm，厚度15.12mm，表面光洁，无气孔，无细微裂纹，光洁度为Ra0.4，平面度5μm；陶瓷材料的体积密度为 3.79g/cm3，硬度HRA：90.7。

Claims (6)

1.一种大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法，包括以下步骤：选用高纯氧化铝原粉，用喷雾干燥法制备粉料，经过压力成型后制成大规格陶瓷圆板坯体，成型坯体进行高温烧结，精密加工而成，其特征在于压力成型包括一次干压成型和二次静压成型。
2.根据权利要求1所述的一种大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法，其特征在于二次静压成型方法为将一次干压成型后的坯体放入等静压模具内密封，置入冷等静压机内，设置70MPa-200 MPa压力进行等静压成型，获得大规格陶瓷圆板坯体。
3.根据权利要求1所述的一种大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法，其特征在于高温烧结方法为采用微电脑精密控温高温烧成，升温速率7-30℃/小时，最高烧成温度1550-1750°C，保温3-10小时。
4.根据权利要求1所述的一种大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法，其特征在于精密加工为精密数控磨削加工，加工成的陶瓷圆板直径200mm-700mm，厚度3-75mm，陶瓷材料的体积密度为3.75-3.93g/cm3，硬度HRA≥89，表面光洁度为Ra0.1-0.4，平面度2-7μm。
5.根据权利要求1所述的一种大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法，其特征在于氧化铝原粉纯度为96.0%-99.9%。
6.根据权利要求1所述的一种大规格精细高纯氧化铝陶瓷圆板的制造方法，其特征在于等静压模具材料为高弹橡胶或塑料。
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