本发明公开了一种氧化铝陶瓷的制备方法，属于陶瓷制备
技术领域：
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背景技术：
：氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（al2o3）为主体的陶瓷材料，用于厚膜集成电路。氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。需要注意的是需用超声波进行洗涤。氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷，因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。氧化铝陶瓷的技术日渐的成熟，但有些指标还有待改善，这需要大家共同的研究。氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。干压成型：氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过1mm，长度与直径之比不大于4∶1的物件。成型方法有单轴向或双向。压机有液压式、机械式两种，可呈半自动或全自动成型方式。压机最大压力为200mpa。产量每分钟可达15～50件。由于液压式压机冲程压力均匀，故在粉料充填有差异时压制件高度不同。注浆成型法：注浆成型是氧化铝陶瓷使用最早的成型方法。由于采用石膏模、成本低且易于成型大尺寸、外形复杂的部件。注浆成型的关键是氧化铝浆料的制备。通常以水为熔剂介质，再加入解胶剂与粘结剂，充分研磨之后排气，然后倒注入石膏模内。陈华龙(陈华龙.水系流延氧化铝陶瓷基片的研究[j].中国陶瓷工业，2009，16(1)：13-20)指出采用复合粘结剂比单一粘结剂更容易操作，缺陷更少，但对性能不会产生影响。并实验得到复合粘结剂为20wt％pva+80wt％b-1070时，流延浆料中加入适量的pva，提高了浆料的屈服值，得到适合流延的浆料。付长翼等人(付长翼，罗凌虹等.99氧化铝陶瓷基片的水系流延成型研究[j].中国陶瓷，2009，45：7-9)指出在ph值为9.0和分散剂聚丙烯酸(paa)用量为0.5-0.6wt％的条件下，可制备出高固含量、分散稳定的氧化铝浆料。虽然这些研究都推动了水系流延成型工艺的发展，但是仍然存在一些有待解决的问题：溶剂对粉料的湿润性较差、挥发慢、干燥时间长；浆料除泡困难；流延成膜后陶瓷坯片柔韧性较差，容易出现裂纹缺陷，强度不高等。因此，国内外研究工作者在此基础上提出了多种细晶氧化铝陶瓷的制备方法，如：中国发明专利02123648.8中提出用干压成型、冷等静压成型、1200～1350℃无压预烧结、1150～1350℃热等静压等步骤得到相对密度为99.9％，晶粒尺寸小于1μm的亚微米氧化铝陶瓷。相比无压烧结，以上方法需要较高的成本、较大的设备投资和较长的制备周期，所以在无压烧结条件下不降低致密度并能够控制晶粒的长大是一个重要的技术。因此，开发一种强度与韧性的高致密度的氧化铝陶瓷对陶瓷制备
技术领域：
是很有必要的。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题，针对现有的氧化铝陶瓷抗弯强度较差，容易受力断裂，目前一般采用低温烧结技术来抑制氧化铝陶瓷晶粒长大，但是所耗费设备成本较高，所制备的氧化铝陶瓷致密度有待提高的缺陷，提供了一种氧化铝陶瓷的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种氧化铝陶瓷的制备方法为：（1）将e-51环氧树脂粒料、标准型双酚a环氧乙烯基树脂粒料混合得到陶瓷浆粘结剂，将陶瓷浆粘结剂、氧化铝晶种液置于金属槽中搅拌混合，加热升温至100～110℃，保温4～5h，再向金属槽加入乙烯基三甲氧基硅烷、增韧改性粉和铝酸钠溶液，搅拌混合10～20min得到陶瓷坯料；（2）将陶瓷坯料和烧结助剂混合，倒入石膏模具中，预热至140～150℃，成型压力为11～13mpa，固化成型45～50s后，撤去压力脱模取出，放入高温窑中保温烧结4～5h，自然冷却至室温后，得到氧化铝陶瓷；所述的烧结助剂具体制备步骤为：（1）取400～500g稻壳点燃，得到稻壳灰，将稻壳灰加入玻璃槽中，向玻璃槽中加入500～600ml质量分数为30%的氢氧化钠溶液浸泡稻壳灰，浸泡10～15min后，再向玻璃槽中加入600～800ml质量分数为20%的硫酸溶液，加热升温，启动搅拌器以70～80r/min的转速搅拌，保温反应20～30min后，过滤去除滤渣得到凝胶；（2）将凝胶用去离子水洗涤3～5次，再将洗涤后的凝胶放入烘箱中，加热升温至100～110℃，干燥45～55min得到干凝胶，将干凝胶置于纳米高压脉冲粉碎机中，粉碎10～15min后，得到纳米凝胶粉，将纳米凝胶粉与氧化铬混合，得到烧结助剂；所述的氧化铝晶种液具体制备步骤为：（1）将700～800ml铝酸钠溶液放入塑料槽中，以20～30ml/min的速率向塑料槽中通二氧化碳气体40～45min，通气完毕后，静置沉降3～4h，得到沉降混合物，将沉降混合物放在平盘过滤机中，过滤去除滤液得到滤渣，将滤渣置于烘箱中，加热升温至90～100℃，干燥4～5h，得到氢氧化铝粉料；（2）将氢氧化铝粉料置于高压气流机中，气流粉碎10～15min，得到氢氧化铝超细粉，将200～220g氢氧化铝超细粉倒入装有500～550ml质量分数30%的硅酸钠溶液中，得到胶状液，将胶状液置于高速分散机中以3000～3300r/min的转速高速分散得到氧化铝晶种液；所述的增韧改性粉具体制备步骤为：按重量份数计，取50～55份稻壳灰粉末、30～40份硼酸钙、10～15份新鲜葡萄皮放入发酵罐中，充入氨气，密封发酵1～2周后得到发酵产物，将发酵产物过滤，分离得到发酵滤渣，将80～100目的金刚石颗粒与发酵滤渣按质量比为4︰1混合，得到增韧改性粉。所述的氧化铝陶瓷具体制备步骤（1）中各组分原料，按重量份数计，包括e-51环氧树脂粒料、标准型双酚a环氧乙烯基树脂粒料、70～80份氧化铝晶种液、10～12份乙烯基三甲氧基硅烷、8～10份增韧改性粉、15～18份铝酸钠溶液。所述的氧化铝陶瓷具体制备步骤（2）中陶瓷坯料和烧结助剂混合质量比为5﹕1。所述的氧化铝陶瓷具体制备步骤（2）中高温窑中烧结温度为1300～1350℃。所述的烧结助剂具体制备步骤（1）中加热升温后温度为90～100℃。所述的烧结助剂具体制备步骤（2）中纳米凝胶粉与氧化铬混合质量比为3﹕1。所述的氧化铝晶种液具体制备步骤（1）中铝酸钠溶液质量分数优选为20%。所述的氧化铝晶种液具体制备步骤（2）中所得氢氧化铝超细粉粒径为50～80μm。所述的增韧改性粉具体制备步骤中控制氨气充入量为发酵罐体积1/2～2/3。本发明的有益效果是：（1）本发明以碳酸化分解铝酸钠，经过滤、干燥得到氢氧化铝粉料，将氢氧化铝粉料与硅酸钠溶液高速分散得到均匀的氧化铝晶种液，以标准型双酚a环氧乙烯基树脂粒料作为陶瓷浆粘结剂掺入氧化铝晶种液，加热保温去除水分，预热后与烧结助剂混合放入石膏模具中，固化成型后，再烧结得到氧化铝陶瓷，本发明以二氧化碳进行碳酸化分解制备氢氧化铝时，溶液的苛性比降低，氢氧化铝晶种分解受到抑制，周围形成的氢氧化铝粒度变细，超细的氢氧化铝与硅酸钠水解形成的弱碱性胶液得以稳定存在，作为氧化铝晶种液，使陶瓷中氧化铝颗粒变为致密度较高的纳米氧化铝，降低陶瓷的孔隙率，同时陶瓷坯料中未转化为氧化铝的超细氢氧化铝作为间断相具有高比表面积，与陶瓷浆粘结剂的树脂接触面积很大，所形成的陶瓷坯体中陶瓷颗粒间具有高结合强度，从而提高了氧化铝陶瓷的韧性和弯曲强度；（2）本发明在发酵处理过程中，通过果皮中微生物微腐作用将氨气中氮固定到发酵滤渣中，增韧改性粉热压烧结会形成六方氮化硼晶体，提高氧化铝陶瓷的耐磨性能，在高温烧结过程中，因金刚石磨料热稳定性差，它在空气气氛中会被氧化，在保护气氛中易发生石墨化转变，提高氧化铝陶瓷内部结构具有润滑性，从而提升韧性和弯曲强度，同时金刚石为原子晶体，原子间以sp3杂化轨道成键，晶体界面能高，从而使金刚石颗粒与陶瓷的界面结合能力得到增强，氧化铝陶瓷强度和磨损率下降，以氧化铝晶种液中氢氧化铝与硅酸钠生成的二氧化硅作为使固化烧结后陶瓷不易产生银纹、空洞，固化收缩同时也增加了氧化铝陶瓷的致密度，提高了抗曲强度，所用的烧结助剂为纳米级的二氧化硅与氧化铬可在氧化铝烧结温度前液化，从而降低烧结温度，加快烧结速率，提高氧化铝陶瓷的致密度，具有广阔的应用前景。具体实施方式取400～500g稻壳点燃，得到稻壳灰，将稻壳灰加入玻璃槽中，向玻璃槽中加入500～600ml质量分数为30%的氢氧化钠溶液浸泡稻壳灰，浸泡10～15min后，再向玻璃槽中加入600～800ml质量分数为20%的硫酸溶液，加热升温至90～100℃，启动搅拌器以70～80r/min的转速搅拌，保温反应20～30min后，过滤去除滤渣得到凝胶；将上述凝胶用去离子水洗涤3～5次，再将洗涤后的凝胶放入烘箱中，加热升温至100～110℃，干燥45～55min得到干凝胶，将干凝胶置于纳米高压脉冲粉碎机中，粉碎10～15min后，得到纳米凝胶粉，将纳米凝胶粉与氧化铬按质量比为3﹕1混合，得到烧结助剂，备用；将700～800ml质量分数为20%的铝酸钠溶液放入塑料槽中，以20～30ml/min的速率向塑料槽中通二氧化碳气体40～45min，通气完毕后，静置沉降3～4h，得到沉降混合物，将沉降混合物放在平盘过滤机中，过滤去除滤液得到滤渣，将滤渣置于烘箱中，加热升温至90～100℃，干燥4～5h，得到氢氧化铝粉料；将上述氢氧化铝粉料置于高压气流机中，气流粉碎10～15min，得到粒径为50～80μm的氢氧化铝超细粉，将200～220g氢氧化铝超细粉倒入装有500～550ml质量分数30%的硅酸钠溶液中，得到胶状液，将胶状液置于高速分散机中以3000～3300r/min的转速高速分散得到氧化铝晶种液，备用；按重量份数计，取50～55份稻壳灰粉末、30～40份硼酸钙、10～15份新鲜葡萄皮放入发酵罐中，充入氨气，控制氨气充入量为发酵罐体积1/2～2/3，密封发酵1～2周后得到发酵产物，将发酵产物过滤，分离得到发酵滤渣，将80～100目的金刚石颗粒与发酵滤渣按质量比为4︰1混合，得到增韧改性粉；按重量份数计，将20～25份e-51环氧树脂粒料、50～60份标准型双酚a环氧乙烯基树脂粒料混合得到陶瓷浆粘结剂，将陶瓷浆粘结剂、70～80份备用氧化铝晶种液置于金属槽中搅拌混合，加热升温至100～110℃，保温4～5h，再向金属槽加入10～12份乙烯基三甲氧基硅烷、8～10份上述增韧改性粉和15～18份铝酸钠溶液，搅拌混合10～20min得到陶瓷坯料；将上述陶瓷坯料和备用烧结助剂按质量比为5﹕1混合，倒入石膏模具中，预热至140～150℃，成型压力为11～13mpa，固化成型45～50s后，撤去压力脱模取出，放入温度为1300～1350℃的高温窑中保温烧结4～5h，自然冷却至室温后，得到氧化铝陶瓷。实施例1烧结助剂的制备：取400g稻壳点燃，得到稻壳灰，将稻壳灰加入玻璃槽中，向玻璃槽中加入500ml质量分数为30%的氢氧化钠溶液浸泡稻壳灰，浸泡10min后，再向玻璃槽中加入600ml质量分数为20%的硫酸溶液，加热升温至90℃，启动搅拌器以70r/min的转速搅拌，保温反应20min后，过滤去除滤渣得到凝胶；将上述凝胶用去离子水洗涤3次，再将洗涤后的凝胶放入烘箱中，加热升温至100℃，干燥45min得到干凝胶，将干凝胶置于纳米高压脉冲粉碎机中，粉碎10min后，得到纳米凝胶粉，将纳米凝胶粉与氧化铬按质量比为3﹕1混合，得到烧结助剂，备用；氧化铝晶种液的制备：将700ml质量分数为20%的铝酸钠溶液放入塑料槽中，以20ml/min的速率向塑料槽中通二氧化碳气体40min，通气完毕后，静置沉降3h，得到沉降混合物，将沉降混合物放在平盘过滤机中，过滤去除滤液得到滤渣，将滤渣置于烘箱中，加热升温至90℃，干燥4h，得到氢氧化铝粉料；将上述氢氧化铝粉料置于高压气流机中，气流粉碎10min，得到粒径为50μm的氢氧化铝超细粉，将200g氢氧化铝超细粉倒入装有500ml质量分数30%的硅酸钠溶液中，得到胶状液，将胶状液置于高速分散机中以3000r/min的转速高速分散得到氧化铝晶种液，备用；氧化铝陶瓷的制备：按重量份数计，取50份稻壳灰粉末、30份硼酸钙、10份新鲜葡萄皮放入发酵罐中，充入氨气，控制氨气充入量为发酵罐体积1/2，密封发酵1周后得到发酵产物，将发酵产物过滤，分离得到发酵滤渣，将80目的金刚石颗粒与发酵滤渣按质量比为4︰1混合，得到增韧改性粉；按重量份数计，将20份e-51环氧树脂粒料、50份标准型双酚a环氧乙烯基树脂粒料混合得到陶瓷浆粘结剂，将陶瓷浆粘结剂、70份备用氧化铝晶种液置于金属槽中搅拌混合，加热升温至100℃，保温4h，再向金属槽加入10份乙烯基三甲氧基硅烷、8份上述增韧改性粉和15份铝酸钠溶液，搅拌混合10min得到陶瓷坯料；将上述陶瓷坯料和备用烧结助剂按质量比为5﹕1混合，倒入石膏模具中，预热至140℃，成型压力为11mpa，固化成型45s后，撤去压力脱模取出，放入温度为1300℃的高温窑中保温烧结4h，自然冷却至室温后，得到氧化铝陶瓷。实施例2烧结助剂的制备：取450g稻壳点燃，得到稻壳灰，将稻壳灰加入玻璃槽中，向玻璃槽中加入550ml质量分数为30%的氢氧化钠溶液浸泡稻壳灰，浸泡12min后，再向玻璃槽中加入700ml质量分数为20%的硫酸溶液，加热升温至95℃，启动搅拌器以75r/min的转速搅拌，保温反应25min后，过滤去除滤渣得到凝胶；将上述凝胶用去离子水洗涤4次，再将洗涤后的凝胶放入烘箱中，加热升温至105℃，干燥50min得到干凝胶，将干凝胶置于纳米高压脉冲粉碎机中，粉碎12min后，得到纳米凝胶粉，将纳米凝胶粉与氧化铬按质量比为3﹕1混合，得到烧结助剂，备用；氧化铝晶种液的制备：将750ml质量分数为20%的铝酸钠溶液放入塑料槽中，以25ml/min的速率向塑料槽中通二氧化碳气体42min，通气完毕后，静置沉降3.5h，得到沉降混合物，将沉降混合物放在平盘过滤机中，过滤去除滤液得到滤渣，将滤渣置于烘箱中，加热升温至95℃，干燥4.5h，得到氢氧化铝粉料；将上述氢氧化铝粉料置于高压气流机中，气流粉碎12min，得到粒径为70μm的氢氧化铝超细粉，将210g氢氧化铝超细粉倒入装有520ml质量分数30%的硅酸钠溶液中，得到胶状液，将胶状液置于高速分散机中以3200r/min的转速高速分散得到氧化铝晶种液，备用；氧化铝陶瓷的制备：按重量份数计，取52份稻壳灰粉末、35份硼酸钙、12份新鲜葡萄皮放入发酵罐中，充入氨气，控制氨气充入量为发酵罐体积1/2，密封发酵1周后得到发酵产物，将发酵产物过滤，分离得到发酵滤渣，将90目的金刚石颗粒与发酵滤渣按质量比为4︰1混合，得到增韧改性粉；按重量份数计，将22份e-51环氧树脂粒料、55份标准型双酚a环氧乙烯基树脂粒料混合得到陶瓷浆粘结剂，将陶瓷浆粘结剂、75份备用氧化铝晶种液置于金属槽中搅拌混合，加热升温至105℃，保温4.5h，再向金属槽加入11份乙烯基三甲氧基硅烷、9份上述增韧改性粉和17份铝酸钠溶液，搅拌混合15min得到陶瓷坯料；将上述陶瓷坯料和备用烧结助剂按质量比为5﹕1混合，倒入石膏模具中，预热至145℃，成型压力为12mpa，固化成型47s后，撤去压力脱模取出，放入温度为1320℃的高温窑中保温烧结4.5h，自然冷却至室温后，得到氧化铝陶瓷。实施例3烧结助剂的制备：取500g稻壳点燃，得到稻壳灰，将稻壳灰加入玻璃槽中，向玻璃槽中加入600ml质量分数为30%的氢氧化钠溶液浸泡稻壳灰，浸泡15min后，再向玻璃槽中加入800ml质量分数为20%的硫酸溶液，加热升温至100℃，启动搅拌器以80r/min的转速搅拌，保温反应30min后，过滤去除滤渣得到凝胶；将上述凝胶用去离子水洗涤5次，再将洗涤后的凝胶放入烘箱中，加热升温至110℃，干燥55min得到干凝胶，将干凝胶置于纳米高压脉冲粉碎机中，粉碎15min后，得到纳米凝胶粉，将纳米凝胶粉与氧化铬按质量比为3﹕1混合，得到烧结助剂，备用；氧化铝晶种液的制备：将800ml质量分数为20%的铝酸钠溶液放入塑料槽中，以30ml/min的速率向塑料槽中通二氧化碳气体45min，通气完毕后，静置沉降4h，得到沉降混合物，将沉降混合物放在平盘过滤机中，过滤去除滤液得到滤渣，将滤渣置于烘箱中，加热升温至100℃，干燥5h，得到氢氧化铝粉料；将上述氢氧化铝粉料置于高压气流机中，气流粉碎15min，得到粒径为80μm的氢氧化铝超细粉，将220g氢氧化铝超细粉倒入装有550ml质量分数30%的硅酸钠溶液中，得到胶状液，将胶状液置于高速分散机中以3300r/min的转速高速分散得到氧化铝晶种液，备用；氧化铝陶瓷的制备：按重量份数计，取55份稻壳灰粉末、40份硼酸钙、15份新鲜葡萄皮放入发酵罐中，充入氨气，控制氨气充入量为发酵罐体积2/3，密封发酵2周后得到发酵产物，将发酵产物过滤，分离得到发酵滤渣，将100目的金刚石颗粒与发酵滤渣按质量比为4︰1混合，得到增韧改性粉；按重量份数计，将25份e-51环氧树脂粒料、60份标准型双酚a环氧乙烯基树脂粒料混合得到陶瓷浆粘结剂，将陶瓷浆粘结剂、80份备用氧化铝晶种液置于金属槽中搅拌混合，加热升温至110℃，保温5h，再向金属槽加入12份乙烯基三甲氧基硅烷、10份上述增韧改性粉和18份铝酸钠溶液，搅拌混合20min得到陶瓷坯料；将上述陶瓷坯料和备用烧结助剂按质量比为5﹕1混合，倒入石膏模具中，预热至150℃，成型压力为13mpa，固化成型50s后，撤去压力脱模取出，放入温度为1350℃的高温窑中保温烧结5h，自然冷却至室温后，得到氧化铝陶瓷。对比例1：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少烧结助剂。对比例2：与实施例2的制备方法基本相同，唯有不同的是缺少氧化铝晶种液。对比例3：宁波某公司生产的氧化铝陶瓷。抗弯强度测试采用万能试验机进行检测。断裂韧性测试采用维氏硬度法来测量陶瓷材料的断裂韧性。密度测试氧化铝陶瓷密度测试仪进行检测。表1：氧化铝陶瓷性能测定结果检测项目实例1实例2实例3对比例1对比例2对比例3抗弯强度（mpa）152915381543102310351055断裂韧性（mpa/m2）23.1223.8924.5612.3212.5413.67密度（g/cm3）3.853.923.981.251.341.58综合上述，从表1可以看出本发明的氧化铝陶瓷抗弯强度高、断裂韧性好，密度高，致密性好，具有广阔的应用前景。以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12