专利名称：烧结的氧化铝制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及烧结的氧化铝制品。
由于致密烧结的氧化铝制品在高温下具有机械强度高、绝缘稳定性好、耐热性和介电强度高的优点，所以被广泛地用作电绝缘材料，如用作内燃机上的火花塞的绝缘体。
在一种已知的烧结氧化铝制品中(DE3，405，205C3)，除了90-98%(重量)的三氧化二铝和由二氧化硅、氧化钙及氧化镁组成的1-10%(重量)的添加或辅助氧化物之外，另外还混合有高达1%的氧化钡(BaO)作为一种辅助剂。如果需要，还加入不足1%的氧化硼。这样，在
图1所示的SiO2-CaO-MgO相图中，SiO2、CaO和MgO的氧化组合物就位于由点划线所围成的六边形内。在制备过程中，混合好的组分被湿磨至1.6μm大小的颗粒，干燥后在98，100KPa的压力下压成紧密体。压紧后在1530-1610℃下烧结。
据称以该方法生产的具有该组成的氧化铝制品在高温下具有很高的介电强度。引用以往的结果，介电强度平均仅在30-40KV/mm之间，辅助剂含量变化范围大的制品的介电强度容易发生大的波动。
DE-AS2，027，574公布了一种烧结的陶瓷体，尤其是火花塞绝缘体，该烧结的陶瓷体含有94-96.5%(重量)的Al2O3和6.0-3.5%(重量)的辅助成分SiO2、CaO、MgO组成的混合物的反应产物。各种辅助组分的比例按图1的SiO2-CaO-MgO相图中虚线所示的平行四边形内的范围进行选择的。在该例中，对具有这一组成的烧结陶瓷体检验表明具有如此比例的辅助组分所制造的陶瓷制品的介电强度波动很大，从25至40KV/mm不等。
本发明提供了一种烧结的氧化铝制品，其中含有90-98%(重量)的主要成分氧化铝(Al2O3)和添加成分二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)，其特征在于添加成分的总量为10-2%(重量)，而且各组分含量的比例在图1所示的SiO2-CaO-MgO相图中的三角形ABC中选择，三角形的顶点以摩尔%表示，由下表数据确定二氧化硅 氧化钙 氧化镁
A 60.0 28.012.0B 60.0 40.00C 47.4 52.60根据本发明，烧结的氧化铝制品具有如下优点在辅助成分或叫助熔剂SiO2、CaO和MgO的含量和比例符合所述的范围内，利用常规生产方法和廉价的惯用原料，获得了具有高介电强度的氧化铝制品。如果烧结温度是1650℃，电介质强度在52KV/mm以上;如果烧结温度为1600℃，则介电强度在42KV/mm以上。
按照本发明的一个优选实例，如果助熔剂比例的组成范围限制在图1中以BDEF为顶点的阴影四边形之内，则具有该范围内的混合物组成的所有氧化铝陶瓷具有更高的介电强度，该介电强度基本上是均衡的，即波动更小。在1650℃的烧结温度下，介电强度在55-59KV/mm之间;在1600℃的烧结温度下，介电强度在42-49KV/mm之间。
本发明还提供了生产该烧结的氧化铝制品的方法，尤其是火花塞绝缘体，其中主要成分是氧化铝，添加成分是加热时能形成氧化物的某些物质如高岭土、白垩、石英粉、方解石、菱镁矿、滑石，把它们相互混合并压成一种绿色的致密体，其特征在于将此绿色致密体在1600-1650℃的高温下烧结1小时。
下面参照图中所示的解释性实例对本发明进行更加详细的说明，其中图1 显示SiO2-CaO-MgO相图，图2 显示SiO2/CaO+MgO的摩尔比率对CaO/Cao+MgO的摩尔比率所作的图，图3 显示具有不同助熔剂组成的氧化铝陶瓷所具有的介电强度表。
在烧结的氧化铝制品中，主要成分三氧化二铝(Al2O3)的用量为90-98%(重量);由二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)组成的混合氧化物添加剂或辅助成分(也叫助熔剂)的加入量相应地为10-2%(重量)。添加剂中各组分的比例按如下原则选择，使其组成位于图1所示的SiO2-CaO-MgO相图中的实线三角形ABC内。三角形的顶点由下表中数据确定，以摩尔%表示SiO2CaO MgO
A 60.0 28.012.0B 60.0 40.00C 47.4 52.60为了制造这种烧结的氧化铝制品，也叫氧化铝陶瓷，按照常规方法对已知的商售原材料(上述的氧化铝和助熔剂)进行处理和烧结，比如一种用于烧结的氧化铝原料的平均粒度为2-5μm且氧化钠(Na2O)含量少于0.2%。将氧化铝和相应数量的高岭土、白垩、菱镁矿及非必需的滑石(它们经加热形成SiO2，CaO和MgO)以适当的比例进行混合，使最终烧结制品中Al2O3的重量含量在90-98%之间。混合料用鼓磨进行干磨或湿磨。磨过的组分用有机粘合剂(如PVA、甲基纤维素、蜡乳液等)加工成颗粒。然后在均衡压力下把颗粒料压成一种绿色紧密体。绿色紧密体再被做成一定的形状，如火花塞绝缘体，最后成形是用成形轮打磨完成，然后在1600-1650℃的温度下烧结。
在图3的表中所列的每个实例的介电强度，就是用该方法生产的氧化铝陶瓷的结果。可以清楚地看到，如果氧化物SiO2、CaO和MgO的组成位于图1所示的实线三角形ABC内，则能获得高介电强度的产品，在1600℃的烧结温度下，为42-49KV/mm，在1650℃的烧结温度下，为53-59KV/mm。为了更好地比较混合料的组成比例(它们的组成比例在表3中以摩尔而不是以重量来表示)，图2把SiO2/CaO+MgO的摩尔比值作为CaO/CaO+MgO的摩尔比值的函数作图。在该图中，依据本发明，氧化物组成的比例在实线所示的三角形ABC的范围内。为了便于比较，在图2中将按照以往技术生产的类似氧化铝制品中的辅料氧化物的组成分别用点划线和虚线表示出来。可以清楚地看到本发明所描述的氧化铝陶瓷中的氧化物组成的比例的变化范围比先有技术小得多，而且与先有技术的范围仅有部分重叠。
在氧化铝陶瓷制品的一个优选实例中，对氧化物SiO2、CaO和MgO的组成比例所允许变化的范围又进行了限制，使其在图1和图2的阴影四边形BDEF中变化。
四边形的顶点以摩尔%表示，由下表数据确定SiO2CaO MgO
B 60.0 40.00D 60.0 34.8 5.2E 55.5 38.7 5.8F 50.0 50.00正如表3的下半部分所示，满足这些条件的烧结的氧化铝制品具有很高的介电强度，在高烧结温度下，该制品介电强度的变化相对于其整个范围是很小的。因此，在1650℃的烧结温度下，介电强度为55-59KV/mm，在1600℃的烧结温度下，介电强度为42-49KV/mm。
权利要求
1.烧结的氧化铝制品，它具有90-98%(重量)的主要成分三氧化二铝(Al2O3)和添加成分二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)，其特征在于添加成分的总量为10%-2%(重量)，而且各组分的含量比例从图1所示的SiO2-CaO-MgO相图中的三角形ABC中选择。三角形的顶点以摩尔%表示，由下表数据确定二氧化硅 氧化钙 氧化镁A 60.0 28.012.0B 60.0 40.00C 47.4 52.60
2.按照权利要求1的氧化铝制品，其特征在于添加成分(SiO2、CaO、MgO)的组成被限制在三角形ABC中的四边形BDEF中，四边形的顶点以摩尔%表示，由下表数据确定二氧化硅 氧化钙 氧化镁 B 60.0 40.00 D 60.0 34.8 5.2 E 55.5 38.7 5.8 F 50.0 50.00
3.生产烧结的氧化铝制品的方法，尤其是火花塞绝缘体，其中主要成分是三氧化二铝，添加成分是加热时能形成氧化物的某些物质如高岭土、白垩、石英粉、方解石、菱镁矿、滑石，把它们相互混合并压成一种绿色的致密体，其特征在于将此绿色致密体在1600℃-1650℃的高温下烧结约1小时。
全文摘要
一种烧结氧化铝制品，其中主要成分Al
文档编号C04B35/111GK1078710SQ9310574
公开日1993年11月24日 申请日期1993年5月14日 优先权日1992年5月14日
发明者R·波尔纳 申请人:罗伯特-博希股份公司