CN116120045A - 一种轻质低导热5g信号基站用陶瓷材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及陶瓷材料领域，具体为一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，包括以下重量份数的制备原料：α‑Al2O3、纳米SiO2、聚合物模板剂、硅烷偶联剂、粘结剂、分散剂、烧结助剂、溶剂，本发明所制备的陶瓷材料的密度较低，各项力学性能良好，热导率≤0.130W/(m·K)，可以被用于建设5G信号基站。

Description

一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料
技术领域
本发明涉及陶瓷材料领域，具体为一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料。
背景技术
5G基站是5G网络的核心设备，提供无线覆盖，实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。基站的架构、形态直接影响5G网络如何部署。由于频率越高，信号传播过程中的衰减也越大，5G网络的基站密度将更高。
我国幅员辽阔，东北地区冬季温度最低能达到零下40℃，这使得大部分5G信号基站存在设备退服、使用寿命缩短等诸多问题。为满足低温环境下5G信号基站的正常工作，需要减少其与外部环境的热交换，陶瓷材料强度高，介电损耗小，是5G信号基站建设的重要材料，降低陶瓷材料的导热性能，提高保温性能成为目前研究的重点。
发明内容
发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料。
所采用的技术方案如下：
一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，包括以下重量份数的制备原料：
α-Al2O3 50-60份、纳米SiO2 20-30份、聚合物模板剂5-10份、硅烷偶联剂0.5-1份、粘结剂5-10份、分散剂2-4份、烧结助剂4-8份、溶剂10-15份。
进一步地，所述聚合物模板剂为多孔聚合物微球，所述多孔聚合物微球上固定有机硅树脂。
进一步地，所述多孔聚合物微球为聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球。
进一步地，所述聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球的制备方法如下：
将乳化剂溶于适量水中，作为连续相，将苯乙烯、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈混合均匀，作为分散相，将分散相滴入连续相中，升温至50-60℃搅拌反应6-8h后收集产物并干燥，加入到由乙醇、水和正庚烷组成的混合溶液中，超声分散均匀后，升温至60-70℃反应10-15h，冷却至室温，收集微球，乙醇洗涤后真空干燥至恒重即可。
进一步地，所述苯乙烯、二乙烯基苯的质量比为2-4：1。
进一步地，所述聚合物模板剂的制备方法如下：
将聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球置于有机硅树脂中负压浸渍6-10h，浸渍后的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球在80-100℃下固化8-10h。
进一步地，所述粘结剂为质量浓度为5-8％的聚乙烯醇溶液。
进一步地，所述分散剂为焦磷酸钠、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠中的至少一种。
进一步地，所述烧结助剂包括氟化铝和稀土氧化物；
所述氟化铝和稀土氧化物的质量比为1-5：1-5，优选为2：1；
所述稀土氧化物优选为氧化镧。
本发明提供了一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料的制备方法：
将α-Al2O3、纳米SiO2、聚合物模板剂、硅烷偶联剂、分散剂、烧结助剂、溶剂混合球磨后加入粘结剂制成浆料，所述浆料加入注射机中注模成型，得到生坯，将所述生坯烧结，烧结时先以0.1-0.5℃/min的速度升温至600-650℃，保温1-2h，再升温至1550-1650℃，保温2-4h。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，以固定有机硅树脂的多孔聚合物微球为聚合物模板剂，利用注射成型技术可以制备孔壁致密、孔径均匀、力学性能良好的陶瓷材料，发明人先通过乙醇和正庚烷的溶胀作用，使水进入聚合物微球内部后分相形成多孔聚合物微球，通过负压浸渍使有机硅树脂固定，在高温烧结时，有机硅树脂裂解，生成气相产物(SiO等)，并伴随着聚合物分解无定形碳的产生，在此过程中，气相产物与无定形碳反应形成SiC晶核，随着SiO的不断积累，达到饱和状态，生成SiC纳米线，可以对陶瓷内部生成的孔洞起到支撑作用，避免高温烧结时孔洞坍缩，提高陶瓷材料的力学性能，烧结助剂中的氟化铝在高温下挥发产生的气体有助于抑制氧化铝晶粒的异常长大，氧化镧的加入可以细化晶粒，增加陶瓷烧结动力，提高烧结活性，加速烧结的进程，提高陶瓷的致密程度，本发明所制备的陶瓷材料的密度较低，各项力学性能良好，热导率≤0.130W/(m·K)，可以被用于建设5G信号基站。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备聚合物模板剂的SEM图。
具体实施方式
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明未提及的技术均参照现有技术。
实施例1：
一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，包括以下重量份数的制备原料：
α-Al2O3 55份、纳米SiO2 20份、聚合物模板剂8份、硅烷偶联剂KH-5601份、质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液8份、六偏磷酸钠3份、氟化铝2份、氧化镧1份、水15份。
其中，所述聚合物模板剂为聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球，其上固定有机硅树脂。
聚合物模板剂的制备方法如下：
将10g乳化剂Span-80溶于250mL水中，作为连续相，将30g苯乙烯、10g二乙烯基苯、0.012g偶氮二异丁腈混合均匀，作为分散相，将分散相滴入连续相中，升温至50℃搅拌反应8h后收集产物并干燥，加入到由1L乙醇、1L水和200mL正庚烷组成的混合溶液中，超声30min使其分散均匀，升温至70℃反应15h，冷却至室温，收集微球，用乙醇洗涤后真空干燥至恒重，再将得到的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球置于甲基硅树脂中抽真空至真空度达到-0.08Mpa，保持负压浸渍10h，浸渍后的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球在100℃下固化8h即可。
上述轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料的制备方法：
将α-Al2O3、纳米SiO2、聚合物模板剂、硅烷偶联剂KH-560、六偏磷酸钠、氟化铝、氧化镧、水混合球磨后加入聚乙烯醇水溶液制成浆料，所述浆料加入注射机中以35MPa的压力注模成型，得到生坯，将所述生坯烧结，烧结时先以0.1-0.5℃/min的速度升温至600-650℃，保温1-2h，再升温至1650℃，保温2-4h。
实施例2：
一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，包括以下重量份数的制备原料：
α-Al2O3 60份、纳米SiO2 30份、聚合物模板剂10份、硅烷偶联剂KH-5601份、质量浓度为5-8％的聚乙烯醇水溶液10份、六偏磷酸钠4份、氟化铝2份、氧化镧1份、水15份。
其中，所述聚合物模板剂为聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球，其上固定有机硅树脂。
聚合物模板剂的制备方法如下：
将10g乳化剂Span-80溶于250mL水中，作为连续相，将40g苯乙烯、10g二乙烯基苯、0.012g偶氮二异丁腈混合均匀，作为分散相，将分散相滴入连续相中，升温至60℃搅拌反应8h后收集产物并干燥，加入到由1L乙醇、1L水和200mL正庚烷组成的混合溶液中，超声30min使其分散均匀，升温至70℃反应15h，冷却至室温，收集微球，用乙醇洗涤后真空干燥至恒重，再将得到的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球置于甲基硅树脂中抽真空至真空度达到-0.08Mpa，保持负压浸渍10h，浸渍后的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球在100℃下固化10h即可。
上述轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料的制备方法：
将α-Al2O3、纳米SiO2、聚合物模板剂、硅烷偶联剂KH-560、六偏磷酸钠、氟化铝、氧化镧、水混合球磨后加入聚乙烯醇水溶液制成浆料，所述浆料加入注射机中以35MPa的压力注模成型，得到生坯，将所述生坯烧结，烧结时先以0.5℃/min的速度升温至650℃，保温2h，再以5℃/min的速度升温至1550℃，保温4h。
实施例3：
一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，包括以下重量份数的制备原料：
α-Al2O3 50份、纳米SiO2 20份、聚合物模板剂5份、硅烷偶联剂KH-5600.5份、质量浓度为5-8％的聚乙烯醇水溶液5份、六偏磷酸钠2份、氟化铝2份、氧化镧1份、水10份。
其中，所述聚合物模板剂为聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球，其上固定有机硅树脂。
聚合物模板剂的制备方法如下：
将10g乳化剂Span-80溶于250mL水中，作为连续相，将20g苯乙烯、10g二乙烯基苯、0.012g偶氮二异丁腈混合均匀，作为分散相，将分散相滴入连续相中，升温至50℃搅拌反应6h后收集产物并干燥，加入到由1L乙醇、1L水和200mL正庚烷组成的混合溶液中，超声30min使其分散均匀，升温至60℃反应15h，冷却至室温，收集微球，用乙醇洗涤后真空干燥至恒重，再将得到的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球置于甲基硅树脂中抽真空至真空度达到-0.08Mpa，保持负压浸渍6h，浸渍后的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球在80℃下固化8h即可。
上述轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料的制备方法：
将α-Al2O3、纳米SiO2、聚合物模板剂、硅烷偶联剂KH-560、六偏磷酸钠、氟化铝、氧化镧、水混合球磨后加入聚乙烯醇水溶液制成浆料，所述浆料加入注射机中以35MPa的压力注模成型，得到生坯，将所述生坯烧结，烧结时先以0.1℃/min的速度升温至600℃，保温1h，再以5℃/min的速度升温至1600℃，保温2h。
实施例4：
一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，包括以下重量份数的制备原料：
α-Al2O3 60份、纳米SiO2 20份、聚合物模板剂10份、硅烷偶联剂KH-5600.5份、质量浓度为8％的聚乙烯醇水溶液5份、六偏磷酸钠4份、氟化铝2份、氧化镧1份、水10份。
其中，所述聚合物模板剂为聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球，其上固定有机硅树脂。
聚合物模板剂的制备方法如下：
将10g乳化剂Span-80溶于250mL水中，作为连续相，将40g苯乙烯、10g二乙烯基苯、0.012g偶氮二异丁腈混合均匀，作为分散相，将分散相滴入连续相中，升温至50℃搅拌反应8h后收集产物并干燥，加入到由1L乙醇、1L水和200mL正庚烷组成的混合溶液中，超声30min使其分散均匀，升温至60℃反应15h，冷却至室温，收集微球，用乙醇洗涤后真空干燥至恒重，再将得到的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球置于甲基硅树脂中抽真空至真空度达到-0.08Mpa，保持负压浸渍10h，浸渍后的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球在80℃下固化10h即可。
上述轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料的制备方法：
将α-Al2O3、纳米SiO2、聚合物模板剂、硅烷偶联剂KH-560、六偏磷酸钠、氟化铝、氧化镧、水混合球磨后加入聚乙烯醇水溶液制成浆料，所述浆料加入注射机中以35MPa的压力注模成型，得到生坯，将所述生坯烧结，烧结时先以0.1℃/min的速度升温至650℃，保温1h，再以5℃/min的速度升温至1650℃，保温2h。
实施例5：
一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，包括以下重量份数的制备原料：
α-Al2O3 50份、纳米SiO2 30份、聚合物模板剂5份、硅烷偶联剂KH-5601份、质量浓度为5％的聚乙烯醇水溶液10份、六偏磷酸钠2份、氟化铝2份、氧化镧1份、水15份。
其中，所述聚合物模板剂为聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球，其上固定有机硅树脂。
聚合物模板剂的制备方法如下：
将10g乳化剂Span-80溶于250mL水中，作为连续相，将20g苯乙烯、10g二乙烯基苯、0.012g偶氮二异丁腈混合均匀，作为分散相，将分散相滴入连续相中，升温至60℃搅拌反应6h后收集产物并干燥，加入到由1L乙醇、1L水和200mL正庚烷组成的混合溶液中，超声30min使其分散均匀，升温至70℃反应15h，冷却至室温，收集微球，用乙醇洗涤后真空干燥至恒重，再将得到的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球置于甲基硅树脂中抽真空至真空度达到-0.08Mpa，保持负压浸渍6h，浸渍后的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球在100℃下固化8h即可。
上述轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料的制备方法：
将α-Al2O3、纳米SiO2、聚合物模板剂、硅烷偶联剂KH-560、六偏磷酸钠、氟化铝、氧化镧、水混合球磨后加入聚乙烯醇水溶液制成浆料，所述浆料加入注射机中以35MPa的压力注模成型，得到生坯，将所述生坯烧结，烧结时先以0.5℃/min的速度升温至600℃，保温2h，再以5℃/min的速度升温至1650℃，保温4h。
对比例1：
与实施例1基本相同，区别在于，聚合物模板剂制备时不经过甲基硅树脂浸渍。
对比例2：
与实施例1基本相同，区别在于，不含氟化铝。
对比例3：
与实施例1基本相同，区别在于，不含氧化镧。
性能测试：
以本发明实施例1-5及对比例1-3中所制备的陶瓷材料作为试样；
依据GB/T1966-1996测定试样的体积密度，单位g/cm3；
依据GB/T4740-1999测定试样的抗压强度，单位MPa；
依据GB/T 4741-1999测定试样的抗弯强度，单位MPa；
使用TPMBE型平板导热仪，依据GB/T10294-2008测定试样的热导率，单位W/(m·K)。
测试结果如下表1所示：
表1：
体积密度 抗压强度 抗弯强度 热导率
实施例1 3.19 72.31 18.85 0.128
实施例2 3.22 73.02 18.96 0.130
实施例3 3.08 70.85 18.04 0.125
实施例4 3.10 71.42 18.62 0.126
实施例5 3.14 72.05 18.80 0.128
对比例1 3.15 36.68 13.46 0.129
对比例2 3.13 68.50 17.31 0.127
对比例3 3.06 64.23 16.54 0.122
由上表1可知，本发明所制备的陶瓷材料的密度较低，各项力学性能良好，热导率≤0.130W/(m·K)，可以被用于建设5G信号基站。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，其特征在于，包括以下重量份数的制备原料：
α-Al2O3 50-60份、纳米SiO2 20-30份、聚合物模板剂5-10份、硅烷偶联剂0.5-1份、粘结剂5-10份、分散剂2-4份、烧结助剂4-8份、溶剂10-15份。
2.如权利要求1所述的轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，其特征在于，所述聚合物模板剂为多孔聚合物微球，所述多孔聚合物微球上固定有机硅树脂。
3.如权利要求2所述的轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，其特征在于，所述多孔聚合物微球为聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球。
4.如权利要求3所述的轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，其特征在于，所述聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球的制备方法如下：
将乳化剂溶于适量水中，作为连续相，将苯乙烯、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈混合均匀，作为分散相，将分散相滴入连续相中，升温至50-60℃搅拌反应6-8h后收集产物并干燥，加入到由乙醇、水和正庚烷组成的混合溶液中，超声分散均匀后，升温至60-70℃反应10-15h，冷却至室温，收集微球，乙醇洗涤后真空干燥至恒重即可。
5.如权利要求4所述的轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，其特征在于，所述苯乙烯、二乙烯基苯的质量比为2-4：1。
6.如权利要求3所述的轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，其特征在于，所述聚合物模板剂的制备方法如下：
将聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球置于有机硅树脂中负压浸渍6-10h，浸渍后的聚苯乙烯-二乙烯基苯多孔纳米微球在80-100℃下固化8-10h。
7.如权利要求1所述的轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，其特征在于，所述粘结剂为质量浓度为5-8％的聚乙烯醇溶液。
8.如权利要求1所述的轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，其特征在于，所述分散剂为焦磷酸钠、聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠中的至少一种。
9.如权利要求1所述的轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料，其特征在于，所述烧结助剂包括氟化铝和稀土氧化物；
所述氟化铝和稀土氧化物的质量比为1-5：1-5，优选为2：1；
所述稀土氧化物优选为氧化镧。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的轻质低导热5G信号基站用陶瓷材料的制备方法，其特征在于，将α-Al2O3、纳米SiO2、聚合物模板剂、硅烷偶联剂、分散剂、烧结助剂、溶剂混合球磨后加入粘结剂制成浆料，所述浆料加入注射机中注模成型，得到生坯，将所述生坯烧结，烧结时先以0.1-0.5℃/min的速度升温至600-650℃，保温1-2h，再升温至1550-1650℃，保温2-4h。
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