CN114038607A

CN114038607A - 一种陶瓷基材fss结构用铂浆料及其制备方法

Info

Publication number: CN114038607A
Application number: CN202111153519.XA
Authority: CN
Inventors: 崔凤单; 高文博; 慈吉良; 朱海天; 张剑; 吕毅
Original assignee: Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Current assignee: Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2022-02-11

Abstract

本发明涉及一种陶瓷基材FSS结构用铂浆料及其制备方法。该陶瓷基材FSS结构用铂浆料按照重量百分比包括60％～80％的铂粉、3％‑15％的氧化物粉、2％～5％的无铅微晶玻璃粉和10％～30％的有机载体。所述氧化物粉为SiO₂粉、Al₂O₃粉、MgO粉中的至少一种。所述微晶玻璃粉为SiO₂‑Al₂O₃‑B₂O₃‑MgO‑BaO‑ZnO‑ZrO₂系微晶玻璃粉与β‑锂霞石微晶玻璃粉的混合粉体。所述有机载体包括有机溶剂、分散剂和增稠剂。本发明制备的陶瓷基材FSS结构用铂浆料耐温不低于1200℃，与石英陶瓷基材匹配性良好，并且高温导电性能优良。

Description

一种陶瓷基材FSS结构用铂浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷基频率选择表面天线罩、耐高温共形天线用的导电浆料领域，具体为一种铂浆料及其制备方法。

背景技术

天线罩既是飞行器主体结构的重要组成部分，又是保护天线系统不受高速飞行造成的恶劣气动环境影响、正常工作的屏障，是一种集透波、防热、承载等功能于一体的结构功能部件。随着技术的发展，高速飞行、精准打击、隐身突防已成为新一代飞航武器的基本需求。频率选择表面(Frequency Selective Surface，简称FSS)是由大量谐振单元组成的单屏或多屏周期性阵列结构，由周期性排列的金属贴片单元或在金属屏上周期性排列的孔径单元构成。这种表面可以在单元谐振频率附近呈现全反射(贴片型)或全传输特性(孔径型)，分别称为带阻或带通型FSS。FSS能够对电磁波的通带进行调整，让天线罩实现已方波透过、威胁波隐身的功能，从而有效实现抗干扰与电磁隐身的功能。

随着飞行器飞行速度的不断提高，对天线罩耐温等级的要求也不断提高，部分天线罩已经明确提出长时耐1200℃的需求。因此，FSS结构必须能够在1200℃甚至更高温度下保持结构完整性。目前，FSS结构的低成本制备工艺一般是采用丝网印刷工艺，金属浆料是其中的关键原材料。在常用的金属浆料中，银浆由于成本富有竞争性，而且加工和使用条件简单易行而被广泛使用，但是其使用温度一般低于900℃，难以满足更高温度的使用需求。

专利201911380784.4公开了一种铂电极浆料的制备方法，该方法存在两个问题：一是，该浆料是在氮化硅基片上进行烧结和测试的，氮化硅的热膨胀系数为(2.8-3.1)×10^-6/℃，虽然在该基材上烧结时不起泡、不翘曲，附着力大于20N/mm²，但天线罩基材多为石英陶瓷及其复合材料，其热膨胀系数约为0.5×10^-6/℃，热膨胀系数的不匹配会导致在FSS层与基材间产生很大的热应力，因此这种浆料在石英基材上并不一定适用。二是，该电极浆料中加入了一定量的阻隔剂，所述阻隔剂为氯化钾、氯化钠、碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙中的一种或几种。由于钠离子和钾离子的存在会严重影响材料的介电性能，因此，该铂浆料并不适用于陶瓷基透波FSS结构的制备。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种耐温不低于1200℃，与石英陶瓷基材匹配性良好，并且高温导电性能优良的铂浆料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种陶瓷基材FSS结构用铂浆料，按照重量百分比包括60％～80％的铂粉、3％-15％的氧化物粉、2％～5％的无铅微晶玻璃粉和10％～30％的有机载体。

进一步地，所述铂粉为球状铂粉，铂粉粒径为0.5-5μm。

进一步地，所述氧化物粉为SiO₂粉、Al₂O₃粉、MgO粉中的任意一种或几种。

进一步地，所述微晶玻璃粉为SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-MgO-BaO-ZnO-ZrO₂系微晶玻璃粉与β-锂霞石微晶玻璃粉的混合粉体，其按照重量百分比(占微晶玻璃粉总体重量的比例)包括：55～75％的SiO₂、6～20％的Al₂O₃、2～13％的B₂O₃、1～8％的MgO、0～3％的BaO、0～3％的ZnO、0～2％的CaO、0～2％的ZrO₂、0-3％的稀土氧化物和0～15％的β-锂霞石微晶玻璃粉。

进一步地，所述微晶玻璃粉的热膨胀系数控制在0.6～6×10^-6/℃。

进一步地，所述有机载体按照重量百分比(占有机载体总体重量的比例)包括：70％～80％的有机溶剂、2％～15％的分散剂、5～20％的增稠剂。

进一步地，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、二乙二醇乙醚中的至少一种。

进一步地，所述分散剂为柠檬酸三胺、聚甲基丙烯酸胺、1,4-二羟基磺酸胺中的至少一种。

进一步地，所述增稠剂为高分子增稠剂，所述高分子增稠剂为乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、硝基纤维素、柠檬酸三丁酯、聚乙烯醇中的至少一种。

第二方面，本发明还提供上述陶瓷基材FSS结构用铂浆料的制备方法，包括以下步骤：

按照计量比配比，将铂粉、氧化物粉、无铅微晶玻璃粉和有机载体在球磨机中混合均匀，而后置于三辊研磨机中反复研磨，将细度(团聚度)控制在10μm以下，以获得所述铂浆料。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供一种陶瓷基材FSS结构用铂浆料，使用温度最高达1400℃，具有较好的抗氧化性和高温导电性，可满足更高温度陶瓷基频率选择表面天线罩的使用需求。

(2)通过对微晶玻璃粉中各氧化物的种类及含量的调整，实现对无铅微晶玻璃粉的热膨胀系数、玻璃化温度、软化温度、析晶温度等的调节，最终将玻璃粉的热膨胀系数调节在0.6-1.5×10^-6/℃，满足不同透波陶瓷基材的使用要求。本发明的微晶玻璃粉的线膨胀系数低，与石英基材的匹配性好，浆料在烧结过程中不会开裂，与基材间的附着力比较高。

(3)本发明中提供的铂浆料中含有氧化物粉，氧化物粉为SiO₂粉、Al₂O₃粉或MgO粉中的任意一种或几种，能够与基体(氧化硅、氧化铝等)发生物理反应，可明显增加FSS结构中的金属层与基材表面的附着力，有利于FSS结构在复杂恶劣的气动环境中保持结构功能稳定。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例，对本发明做进一步详细说明。

实施例1

本实施例提供一种陶瓷基材FSS结构用铂浆料，所述铂浆料按照重量百分比包括以下组分：80％的铂粉、5％的氧化物粉、2％的无铅微晶玻璃粉和13％的有机载体。

所述铂粉为球状铂粉，粒径为1.0μm。所述氧化物粉为SiO₂粉。

所述微晶玻璃粉为SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-MgO-BaO-ZnO-ZrO₂系微晶玻璃粉与β-锂霞石微晶玻璃粉的混合粉体，其包括重量百分比为75％的基础玻璃粉(占微晶玻璃粉总体重量的比例)和15％的β-锂霞石微晶玻璃粉，其中基础玻璃粉为72％的SiO₂、12％的Al₂O₃、6％的B₂O₃、4％的MgO、2％的BaO、2％的ZnO、2％的CaO的基础玻璃粉。所述玻璃粉的热膨胀系数控制在0.6×10^-6/℃。

所述有机载体包括重量百分比(占有机载体总体重量的比例)为75％的有机溶剂、15％的分散剂、10％的增稠剂。所述有机溶剂为松油醇。所述分散剂为聚甲基丙烯酸胺。所述增稠剂为为乙基纤维素。

本实施例还提供上述陶瓷基材FSS结构用铂浆料的制备方法，包括以下步骤：

按照计量比配比，将铂粉、氧化物粉、微晶玻璃粉和有机载体在球磨机中混合均匀，而后置于三辊研磨机中反复研磨，将细度控制在10μm以下，以获得所述铂浆料。

将上述铂浆利用丝网印刷工艺印刷在石英陶瓷基材表面，在马弗炉中经1200℃/20min后图案不脱落，具有优异的耐温特性。当印刷成膜的厚度为8-10μm时，烧结膜的室温方阻为17-20mΩ/□，1200℃方阻为52-55mΩ/□。

实施例2

本实施例提供一种陶瓷基材FSS结构用铂浆料，所述铂浆料按照重量百分比包括以下组分：60％的铂粉、15％的氧化物粉、3％的无铅微晶玻璃粉和22％的有机载体。

所述铂粉为球状铂粉，粒径为3.0μm。所述氧化物粉为Al₂O₃粉。

所述微晶玻璃粉为SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-MgO-BaO-ZnO-ZrO₂系微晶玻璃粉，其包括70％的SiO₂、16％的Al₂O₃、5％的B₂O₃、2％的MgO、2％的BaO、2％的ZnO和3％的La₂O₃。所述玻璃粉的热膨胀系数控制在6×10^-6/℃。

将上述铂浆利用丝网印刷工艺印刷在石英陶瓷基材表面，在马弗炉中经1200℃/20min后图案不脱落，具有优异的耐温特性。当印刷成膜的厚度为8-10μm时，烧结膜的室温方阻为45-50mΩ/□，1200℃方阻为132-135mΩ/□，具有较好的高温导电性。

实施例3

本实施例提供一种陶瓷基材FSS结构用铂浆料，所述铂浆料按照重量百分比包括以下组分：70％的铂粉、7％的氧化物粉、3％的无铅微晶玻璃粉和20％的有机载体。

所述铂粉为球状铂粉，粒径为1.0μm。所述氧化物粉为质量分数60％的SiO₂和40％的Al₂O₃粉。

所述微晶玻璃粉为SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-MgO-BaO-ZnO-ZrO₂系微晶玻璃粉与β-锂霞石微晶玻璃粉的混合粉体，其包括重量百分比为95％的基础玻璃粉(占微晶玻璃粉总体重量的比例)和5％的β-锂霞石微晶玻璃粉，其中基础玻璃粉为65％的SiO₂、14％的Al₂O₃、7％的B₂O₃、5％的MgO、2％的BaO、2％的CaO、2％的ZnO、2％的ZrO₂、1％的TiO₂构成的的基础玻璃粉。所述玻璃粉的热膨胀系数控制在1.2×10^-6/℃。

按照计量比配比，将铂粉、氧化物粉、微晶玻璃粉和有机载体在球磨机中混合均匀，而后置于三辊研磨机中反复研磨，将细度控制在10um以下，以获得所述铂浆料。

将上述铂浆利用丝网印刷工艺印刷在石英陶瓷基材表面，在马弗炉中经1200℃/20min后图案不脱落，具有优异的耐温特性。当印刷成膜的厚度为8-10μm时，烧结膜的室温方阻为35-37mΩ/□，1200℃方阻为100-102mΩ/□。

以上公开的本发明的具体实施例，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。本发明不应局限于本说明书的实施例所公开的内容，本发明的保护范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims

1.一种陶瓷基材FSS结构用铂浆料，其特征在于，按照重量百分比包括60％～80％的铂粉、3％-15％的氧化物粉、2％～5％的无铅微晶玻璃粉和10％～30％的有机载体。

2.根据权利要求1所述的陶瓷基材FSS结构用铂浆料，其特征在于，所述铂粉为球状铂粉，铂粉的粒径为0.5-5μm。

3.根据权利要求1所述的陶瓷基材FSS结构用铂浆料，其特征在于，所述氧化物粉为SiO₂粉、Al₂O₃粉、MgO粉中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的陶瓷基材FSS结构用铂浆料，其特征在于，所述微晶玻璃粉为SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-MgO-BaO-ZnO-ZrO₂系微晶玻璃粉与β-锂霞石微晶玻璃粉的混合粉体，其按照重量百分比包括：55～75％的SiO₂、6～20％的Al₂O₃、2～13％的B₂O₃、1～8％的MgO、0～3％的BaO、0～3％的ZnO、0～2％的CaO、0～2％的ZrO₂、0-3％的稀土氧化物和0～15％的β-锂霞石微晶玻璃粉。

5.根据权利要求1所述的陶瓷基材FSS结构用铂浆料，其特征在于，所述微晶玻璃粉的热膨胀系数控制在0.6～6×10^-6/℃。

6.根据权利要求1所述的陶瓷基材FSS结构用铂浆料，其特征在于，所述有机载体按照重量百分比包括：70％～80％的有机溶剂、2％～15％的分散剂、5～20％的增稠剂。

7.根据权利要求6所述的陶瓷基材FSS结构用铂浆料，其特征在于，所述有机溶剂为松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、二乙二醇乙醚中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的陶瓷基材FSS结构用铂浆料，其特征在于，所述分散剂为柠檬酸三胺、聚甲基丙烯酸胺、1,4-二羟基磺酸胺中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的陶瓷基材FSS结构用铂浆料，其特征在于，所述增稠剂为高分子增稠剂，所述高分子增稠剂为乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、硝基纤维素、柠檬酸三丁酯、聚乙烯醇中的至少一种。

10.一种制备权利要求1～9中任一权利要求所述陶瓷基材FSS结构用铂浆料的方法，其特征在于，按照计量比配比，将铂粉、氧化物粉、无铅微晶玻璃粉和有机载体在球磨机中混合均匀，而后置于三辊研磨机中反复研磨，将细度控制在10μm以下，获得陶瓷基材FSS结构用铂浆料。