一种微晶玻璃绝缘材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明是属于材料科学领域，特别涉及一种微晶玻璃绝缘材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 堇青石为主晶相的MgO-Al2O3-SiO2*微晶玻璃具有低热膨胀系数、高强度、电绝缘 性能良好、高频损耗低等特点，因此在高压输电线路绝缘、微电子封装等领域有着广泛应用 前景。目前主要集中在改性掺杂和工艺优化方面研宄，如Wang JG等在《Japanese Journal of Applied Physics Part 1》2007 年 8A 期 5218 页发表的"Effect of Ce02on microwave dielectric properties of Mg0-Al203-Si02glass_ceramic" 一文中，使用 CeO2惨杂的方 法提高了 MgO-Al2O3-SiO^晶玻璃的品质因子，减少介电损耗。Kirat G等在《Physica B-Condensed Materials》2014年第454卷第 131 页发表的"Role of the Fe-substitution in dielectric behavior of the glass-ceramic cordierite Mg2Al4Si5O18System一文 中，研宄了 Fe掺杂对堇青石相形成和介电性能的影响。Ohsato H等在《Japanese Journal of Applied Physics》2011 年 9 期文献号 09NF01 发表的 "Millimeter-wave dielectric properties of cordierite/indialite Glass Ceramics" 一文中，研宄了不同晶化温度和 晶化时间对董青石晶相类型、含量和性能的影响。
[0003] 然而，MgO-Al2O3-SiO^微晶玻璃仍存在晶化与烧结温度高（多1100°C )、显微结 构不致密、易形成亚温过渡态μ-董青石，相转变导致开裂等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种通过添加助烧剂和改性 剂改善了性能的微晶玻璃绝缘材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方 案是：
[0005] 提供一种微晶玻璃绝缘材料，其原料按质量百分比的配方具体如下所述：
[0006] 主体材料： 85~93% ;
[0007] 改性剂： 5~10%;
[0008] 助烧剂： 2~5%;
[0009] 所述主体材料由MgO、Al2O3和SiO 2组成，所述改性剂由ZnO、B 203、TiO2组成，所述 助烧剂为La2O3-B2O3;其中，主体材料、改性剂和助烧剂中每种氧化物或化合物占配方总质 量的百分比为：
[0010]
[0011] 在本发明中，所述助烧剂La2O3-B2O 3中，各个组分及其质量含量分别为：
[0012] La2O3: 40 ~50%;
[0013] H3BO3: 50 ~60%。
[0014] 提供用于制备所述的一种微晶玻璃绝缘材料的方法，具体包括下述步骤：
[0015] 步骤A :根据配方取1%0、六1203、5102、2110、驶03和110 2配制成混合料，即完成主体 材料和改性剂的混合；
[0016] 其中，B2O3以H3BO 3形式引入，B2O3与引入的H3BO3摩尔比为1:2 ;
[0017] 步骤B :向步骤A得到的混合料中加入乙醇后，球磨混合2h，烘干，然后装入氧化铝 坩埚中在1400~1500°C下熔制1~3h，将熔制好的玻璃水淬进行粉碎，再使用行星球磨机 球磨得到董青石玻璃粉末；
[0018] 步骤C :根据配方取La2OjP H 3B03配制成混料，对混料进行球磨4h，然后放入氧化 铝坩埚中，在600~650°C下热处理1~2h，即得到助烧剂；
[0019] 其中，La2O3和H3BO 3进行配制时，B2O3以H3BO3形式引入，B 2O3与引入的H3BO3摩尔 比为1:2 ;
[0020] 步骤D :将步骤B制得的董青石玻璃粉末和步骤C制得的助烧剂按比例配料，球磨 混合18~24h后，造粒，加压成型制备得到坯体；最后将坯体在850~950°C下烧结1~4h， 即得到所需制备的微晶玻璃绝缘材料。
[0021] 在本发明中，所述步骤C中加压成型制成的坯体是直径为12mm、厚度为6mm的坯 体。
[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0023] 由于La2O3-B2O3助剂软化点较低，在升温过程中熔融，形成玻璃液相，降低α -堇 青石微晶玻璃的晶化和烧结温度950°C )，促进α -董青石晶核形成与长大，减少亚温 过渡态μ -董青石的产生，避免了微晶玻璃变形和开裂问题，促进微晶玻璃烧结致密化，从 而提高其机电性能。另外，引入1102来调节堇青石微晶玻璃膨胀系数和温度系数，而且可 作为晶核剂，促进材料析晶。所合成的微晶玻璃绝缘材料具有优良的介电性能：介电常数 ε ~ 5. 1 ~5. 6 (IMHz)，介电损耗 tan δ〈0.8 X KT3 (IMHz)，绝缘电阻率 P >3 XlO13 Ω · cm， 低膨胀系数（4~5X KT6IT1)。所制得的微晶玻璃绝缘材料能满足高压输电线路绝缘、微电 子基板等应用需求。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述：
[0025] 下面的实施例可以使本专业的专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方 式限制本发明。
[0026] 实施例1 :
[0027] 所述的堇青石主体材料和改性剂中每种氧化物或化合物占总质量的百分比 为：10 % MgO, 35 % Al2O3, 45Si02, 1. 5 % ZnO, 2 % B2O3, 4 % TiO2, 2. 5 % La2O3-B2O3;所述的 La2O3-B2O3助烧剂中各个组分及其质量含量分别为：45% La2O3和55% H 3B03。
[0028] 所述玻璃陶瓷复合绝缘材料的制备方法，依次进行以下步骤：
[0029] (1)称量 1%0、八1203、5102、2110、!^03和110 2出203以!1忑03形式引入，8 203与引入的 成803摩尔比为1:2)。混合料加入乙醇，球磨混合2h，在70°C烘干，装入氧化铝坩埚中在温 度1500°C熔制2h，将熔制好的玻璃水淬进行粉碎，再使用行星球磨机球磨得到玻璃粉末。
[0030] (2)称量La2O3和H3BO 3 (B2O3以H3BO3形式引入，B2O 3与引入的H3BO3摩尔比为1:2); 球磨混料4h，然后放入氧化铝坩埚中在600°C热处理2h，即得到La2O3-B2O 3助烧剂。
[0031] (3)将步骤⑴制得的玻璃粉末和步骤⑵制得的La2O3-B 2O3助烧剂按比例配料， 球磨混合20h，造粒，加压成型，制备出直径12mm、厚度6mm的还体；在890°C烧结2h，即得本 发明所述微晶玻璃绝缘材料。
[0032] 按照前述配方和步骤制得的微晶玻璃绝缘材料，材料无开裂和变形问题，各项性 能指标为：介电常数ε =5.49(1ΜΗζ)，介电损耗tanS =〇.78Χ1〇-3(1ΜΗζ)，绝缘电阻率 P =3. 08 XlO13 Ω .cm，膨胀系数=4. 3 X KT6IT1 (20-300。〇。
[0033] 实施例2 :
[0034] 所述的堇青石主体材料和改性剂中每种氧化物或化合物占总质量的百分比为： 12% MgO, 25% Al2O3, 48Si02, 1% ZnO, 1% B2O3, 8% TiO2, 5% La2O3-B2O3;所述的 La2O3-B2O3助 烧剂中各个组分及其质量含量分别为：50% La2O3和50% H3BO3。
[0035] 所述玻璃陶瓷复合绝缘材料的制备方法，依次进行以下步骤：
[0036] (1)称量 1