CN1078709A

CN1078709A - 高铝陶瓷的低温烧结

Info

Publication number: CN1078709A
Application number: CN 92108428
Authority: CN
Inventors: 王天宝; 王列娥
Original assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority date: 1992-05-18
Filing date: 1992-05-18
Publication date: 1993-11-24

Abstract

一系列Al₂O₃含量为60—95％，烧成温度仅 1120—1450℃的低温烧结高铝陶瓷材料，它们的机械强度、介电特性、化学稳定性等都达到和大部分优于Al₂O₃含量为90—95％，烧结温度为1600— 1700℃的高铝陶瓷国家标准。本发明的低温烧结高铝陶瓷采用工业氧化铝和普遍的工业或天然矿物作原料和传统的95瓷工艺制造，不用超细粉体和特殊工艺。

Description

本发明是有关高铝陶瓷的低温烧结，属于高铝陶瓷烧结的领域。

氧化铝含量在90%（wt）以上的高铝陶瓷，由于机械强度高、硬度大、高频介电损耗小、高温绝缘电阻高，耐化学腐蚀和热稳定性好等综合的优良性能，因此在电子、机械、纺织、汽车、化工、冶金、家用电器、航空航天以及其它各方面均有广泛的应用。然而，高铝陶瓷的烧结温度高达1600-1700℃，需用硅钼棒作为发热体以及高熔点耐火材料砌作窑炉和制作窑具，投资大，能耗高，生产成本高，从而限制了它的广泛应用。

为降低高铝陶瓷的烧结温度，国内外学者均进行了大量的研究工作。方法之一是在其组份中加入几种氧化物、天然矿物和合成玻璃等添加物，其中最佳的结果为同时添加TiO₂和滑石，使95%Al₂O₃陶瓷（以下简称95瓷）的烧结温度降到1450℃，但室温介电损耗（tgδ）高达18-30×10^-4，比1650℃烧结的95瓷高一个数量级，且抗折强度也大大降低，严重影响其实用价值。方法之二是采用热压方法。虽然热压方法可大幅度降低烧结温度而又可使材料的机电性能不降低，但生产效率低，不能适用于制造复杂的制品，不宜批量生产。近几年，日本学者提出用超细氧化铝粉体作原料，在1400℃烧结即能制备出性能优良的致密坯体，但因原料制备工艺复杂，成本高且不适应传统的热压铸和泥浆浇注工艺的使用尚需摸索，故尚未普遍采用。

本发明的目的是试图在保持高铝陶瓷优良性能和采用传统工艺方法的前提下，仅仅靠改变添加物的组成和加入助熔料的方法，降低烧成温度，以获得质优价廉的高铝陶瓷材料，便于广泛应用，亦即，使低Al₂O₃含量组份的高铝陶瓷，其性能（介电性能、体积电阻率、抗折强度等）接近或超过高Al₂O₃含量的高铝陶瓷，从而可节能、节约窑具、窑炉的投资、降低生产成本，拓宽应用面。

具体地说，本发明使用的添加物为CaF₂、PbO、ZnO、SrF₂、BaF₂、SrCO₃、BaCO₃以及La₂O₃中的一种或一种以上，其加入总量为0-5wt%。助熔料的化学组成范围为（wt%）CaO5-40%，MgO7-30%，Al₂O₃8-35%，B₂O₃0-60%，SiO₂10-65%。它是用滑石、石灰石、石英、苏州土、工业硼酸、硫酸镁、氧化铝等矿物原料或化工原料，干磨混合12-30小时，在750-1150℃保温1-5小时合成，将料块粉碎后过30目筛而成，备用而不必熔制成玻璃。

本发明提供的高铝陶瓷低温烧结方法是通过下列工艺制备的。称取煅烧α-工业氧化铝、助熔料和添加物。其配比（wt）为助熔料3-40%，α-Al₂O₃94-55%，添加物0-5%。将称好的料球磨30-72小时，加入干压常用的粘结剂（淀粉、油酸、石蜡等或热压铸、浇注）压制成圆片或长条，然后在硅碳棒炉中于1050-1470℃保温1-3小时烧结。

表1列出了用本发明制备的低温烧结高铝陶瓷（Al₂O₃含量为60-95wt%）的主要机电性能和最佳烧结温度。为便于对照，同时列出Al₂O₃含量（wt）为99%（A₉₉）、95%（A₉₅）、90%（A₉₀）以及75%（A₇₅）四种用常规方法制备的高铝陶瓷的国际（GB-5593-85）的性能数据及烧结温度。

从表1可知，（1）Al₂O₃含量为60-68wt%的LTC₁，和LTC₂两种陶瓷，最佳烧结温度低于1200℃而介电性能都达到或优于A₉₅陶瓷的国际值，且LTC₁的抗折强度达A₉₀国标值而LTC₂略低但也大于A₇₅国际的强度值;（2）Al₂O₃含量为85wt%的LTC₆陶瓷，其最佳烧结温度为1360℃，其抗折强度超过了A₉₉的国标值，达323.4×10⁶Pa，且各项介电性能优于A₉₅的值;（3）Al₂O₃含量分别为90wt%、95wt%的LTC₈和LTC₉陶瓷材料，机电性能均优于A₉₅和A₉₉陶瓷的国标值，尤其是抗折强度，大大高于A₉₉的国标值，最佳烧结温度分别为1430℃和1450℃，比目前国内大量生产的A₉₀和A₉₅陶瓷的烧结温度低200℃以上;（4）低温烧结的高铝陶瓷（Al₂O₃含量在85wt%以上者）化学稳定性好，在10%HCl中煮沸1小时后陶瓷坯光泽不变。

由此可见，采用LTC₆配方（最佳烧结温度1360℃）可完全取代1600℃-1700℃方可烧结的A₉₀和A₉₅陶瓷材料。因此本发明的特点在于：

（1）不用超细粉料，亦不必用特殊工艺（热压，HIP等），只用工业氧化铝和普通的化工原料、陶瓷矿物原料;

（2）与国外同类发明相比，助熔料不必预先熔制成玻璃，只需低温合成，采用普通球磨工艺和成型工艺（热压铸，干压和泥浆浇注）在硅碳棒炉、油炉或煤窑中烧结，烧结温度范围可宽达50-60℃，便于批量生产。

（3）由于烧结温度比性能相当的高铝瓷低200℃以上，所以可节能以及大大节约窑炉、窑具的设备投资。

作为本发明的实施例之一是：

1.助熔料的配制

助熔料的组成（wt）如下：煅烧滑石21%，碳酸镁5%，硼酸34%，石灰石26%，工业氧化铝14%。

将上述原料干磨混合48小时后，装入刚玉坩埚中，在850-950℃/2小时合成，熟料粉碎后，过30目筛，备用。

2.低温烧结陶瓷制造

陶瓷配方为：煅烧工业氧化铝60%，助熔料40%。按配方称料，干磨72小时，加粘结剂，在1.5吨/平方厘米的压力下，干压成形试样，试样在850℃/1小时，排塑后，在1120-1200℃/2小时烧成。

3.获得的陶瓷的主要性能

抗折强度 200×10⁶Pc

介电系数（1MHz）7.0

介电损失（1MHz）4×10^-4

体积密度 3.0g/cm³

体积电阻率 100℃ 2.3×10¹⁶Ω.cm

300℃ 8.3×10¹¹Ω.cm

500℃ 2.6×10¹⁰Ω.cm

实施例2

1.助熔料与实施例1相同。

2.低温烧结陶瓷制造

陶瓷配方（wt）为：煅烧工业氧化铝84%，助熔料12%，添加物：BaCO₃2.5%，SrCO₃1.5%。

制造工艺与实施例1相同，烧结条件为1340-1400℃/2小时烧成。

3.陶瓷的主要性能

抗折强度 304×10⁶Pc

介电系数（1MHz）7.6

介电损失（1MHz）4×10^-4

体积密度 3.41g/cm³

体积电阻率 100℃ 1×10¹⁶Ω.cm

300℃ 3×10¹²Ω.cm

500℃ 2×10¹⁰Ω.cm

Claims

1、一系列低温烧结高铝陶瓷的方法，包括成型、烧结工艺过程，其特征在于：

(1)在煅烧过α-Al₂O₃中加入助熔料和添加物，其配比(wt)是助熔料3-40%，α-Al₂O₃94-55%，添加物0-5%；

(2)助熔料的组份(wt)为：CaO5-40%，MgO7-30%，Al₂O₃8-35%，B₂O₃0-60%，SiO₂10-65%；

(3)添加物为La₂O₃、SrCO₃、BaCO₃、SrF₂、CaF₂、BaF₂、PbO、ZnO中的一种或一种以上，总添加量为0-5wt%。

2、按权利要求1所述的低温烧结高铝陶瓷的烧结方法，其特征在于所述的助熔料是用滑石、石灰石、石英、苏州土、工业硼酸、硫酸镁、氧化铝等矿物原料或化工原料，干磨混合12-30小时，在750-1150℃保温1-5小时合成，粉碎过30目筛而成，不必熔制成玻璃。