[0001]
本发明属于石英砂改性技术领域，具体地，涉及一种改性熔融石英砂及其制备工艺。
背景技术：
[0002]
熔融石英是氧化硅的非晶态（玻璃态），它是典型的玻璃，其原子结构长程无序，通过三维结构交叉链接提供其高使用温度和低热膨胀系数。熔融石英熔化温度约1713℃，导热系数低，热膨胀系数几乎是所有耐火材料中最小的，具有极高的热震稳定性。所以在焙烧和浇注过程中熔融石英型壳很少因温度剧变而破裂，是理想的熔模铸造制型的耐火材料，可作为面层或背层涂料用的耐火材料，以及撒砂材料。熔融石英的相对介电常数为3.82，具有较低的介电常数，为了提高熔融石英的介电性能，增强其在微波基板材料的应用，可以对其进行改性，以增强其介电性能。
技术实现要素：
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针对现有技术存在的不足，本发明提供一种改性熔融石英砂及其制备工艺，该种改性熔融石英砂对熔融石英砂进行改性以提高其介电性能，该种改性熔融石英砂的制备工艺来源广泛，操作简便，适宜于大规模推广应用。
[0004]
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种改性熔融石英砂，包括如下重量配比的组分：熔融石英砂85-90份、氧化铝5-10份、硼酸1-5份及钛酸钡5-10份。氧化铝可促进熔融石英砂晶粒的生长，晶粒间空隙较小，提高结构的致密性；硼酸可有效抑制石英晶相的形成；钛酸钡一种强介电材料，可显著提高熔融石英的介电性能。
[0005]
进一步地，所述熔融石英砂为纳米熔融石英砂，其粒径为10-20 μm。纳米熔融石英砂可提高熔融石英砂与其它物质的混合均匀性。
[0006]
一种改性熔融石英砂的制备工艺，制备如上所述的一种改性熔融石英砂，包括如下加工步骤：（1）制备纳米熔融石英砂：取熔融石英砂原料采用球磨机进行球磨24 h，然后取出烘干，再过筛筛选出粒径在10-20μm的纳米熔融石英砂；（2）造粒成型：取重量配比的原料加入重量比为1:0.5-1的粘合剂，搅拌均匀后用制粒机进行制粒，其粒径为5-10 mm，然后用液压机将制好的粉末压制成厚度为3-5 mm的薄片，压片压力为50 mpa；（3）烧结：将步骤（2）所得的薄片采用放电等离子技术进行烧结，从而得到改性熔融石英砂。放电等离子技术烧结加热均匀，升温速度快，烧结温度低，烧结时间短，生产效率高，产品组织细小均匀，能保持原材料的自然状态，可以得到高致密度的材料，操作简单，不需要专门的熟练技术。
[0007]
进一步地，所述步骤（2）中的粘合剂为环氧树脂。对原料具有较好的粘接性能。
[0008]
进一步地，所述步骤（3）中的烧结设备工作压力为15-25 mpa。
℃/min升温速率升至530 ℃，第二升温过程为以75 ℃/min升温速率升至1100 ℃，保温过程为在1100 ℃下保温7 min，取出自然冷却得到改性熔融石英砂。
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经检测，本实施例所制得改性熔融石英砂的介电常数为3.43，此外，在试验中还发现对于87份的熔融石英砂，将硼酸含量控制在1-5 份，其介电常数最高为3.43，此时介电性能最好。
[0020]
实施例3一种改性熔融石英砂的制备工艺，包括如下加工步骤：（1）制备纳米熔融石英砂：取熔融石英砂原料采用球磨机进行球磨24 h，然后取出烘干，再过筛筛选出粒径在15μm的纳米熔融石英砂；（2）造粒成型：取熔融石英砂87份、钛酸钡7份，加入重量比为1:0.7的环氧树脂，搅拌均匀后用制粒机进行制粒，其粒径为7 mm，然后用液压机将制好的粉末压制成厚度为4 mm的薄片，压片压力为50 mpa；（3）烧结：将步骤（2）所得的薄片采用放电等离子技术进行烧结，烧结设备工作压力为20 mpa，烧结过程包括第一升温过程和第二升温过程及保温过程，第一升温过程为以170 ℃/min升温速率升至530 ℃，第二升温过程为以75 ℃/min升温速率升至1400 ℃，保温过程为在1400 ℃下保温7 min，取出自然冷却得到改性熔融石英砂。
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经检测，本实施例所制得改性熔融石英砂的介电常数为890，由于钛酸钡烧结比较困难，所以本申请采取较少量以使其在熔融石英砂表面涂覆均匀。
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实施例4一种改性熔融石英砂的制备工艺，包括如下加工步骤：（1）制备纳米熔融石英砂：取熔融石英砂原料采用球磨机进行球磨24 h，然后取出烘干，再过筛筛选出粒径在15μm的纳米熔融石英砂；（2）造粒成型：取熔融石英砂87份、氧化铝7份、硼酸3份及钛酸钡7份加入重量比为1:0.7的环氧树脂，搅拌均匀后用制粒机进行制粒，其粒径为7 mm，然后用液压机将制好的粉末压制成厚度为4 mm的薄片，压片压力为50 mpa；（3）烧结：将步骤（2）所得的薄片采用放电等离子技术进行烧结，烧结设备工作压力为20 mpa，烧结过程包括第一升温过程和第二升温过程及保温过程，第一升温过程为以170 ℃/min升温速率升至540 ℃，第二升温过程为以75 ℃/min升温速率升至1150 ℃，保温过程为在1150 ℃下保温7 min，取出自然冷却得到改性熔融石英砂。
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经检测，本实施例所制得改性熔融石英砂的介电常数为893。
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以上所述仅是本发明的几个实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。