一种低介电常数绝缘陶瓷的制备方法与流程

本发明涉及陶瓷材料制备领域，且特别涉及一种低介电常数绝缘陶瓷的制备方法。

背景技术：

1、低品位原料指低品位、低价值的原料，包括大宗铝硅酸盐固废如：煤矸石、粉煤灰、尾矿、赤泥和钢渣等。同时也包括一些岩矿、如页岩、沙岩等。这些原料成分复杂，杂质含量高，难以实现资源化利用。而且，大宗铝硅酸盐固废存量大，容易造成水土污染，对自然环境存在着较大危害。怎样有效合理利用这些低品位原料，对我国的节能减排，资源化利用具有重要意义。

2、低品位原料中多含有cao、al2o3、mgo和sio2等成分，可以作为制备陶瓷的原料。已有大量研究利用低品位原料来制备发泡陶瓷和陶瓷砖。中国发明专利(202210443515.3)公布了一种利用矿山固废制备多孔陶瓷的方法。中国发明专利(202010941092.9)公布了一种利用陶瓷废料、赤泥制备陶瓷砖的方法。中国发明专利(201710570081.2)公布了一种以工业无机危险废物和低品位铝硅质矿物为原料的陶瓷透水砖及其制备方法。所制备的陶瓷透水砖的耐压强度不低于40mpa，透水系数不低于1.5x10-2cm/s，磨坑长度不大于30mm。但由于上述产品经济价值较低，这些方法并没有得到大规模应用。

3、绝缘陶瓷是指具有优异绝缘性能和良好机械性能的陶瓷，基本要求包括介电常数小，介电损耗低，机械强度好，绝缘电阻率高、抗电强度大以及具有良好的温度、湿度、和频率的稳定性等。广泛应用于各种绝缘子、电子元件封装外壳、集成电路基板和封装外壳等，是一种具有较高经济价值的产品。中国发明专利(201810636136.x)公开了一种尾矿制备mgo-al2o3-sio2体系绝缘玻璃陶瓷的方法，该方法所制备的产品耐高温、介电损耗小、介电常数稳定，电绝缘性优良。中国发明专利(202110729077.2)公开了一种利用电子厂淤泥制备微波介质陶瓷的方法。电子厂淤泥的主要成分包括caso4和al(oh)3，向其中加入tio2和稀土氧化物所制备的微波介质陶瓷具有良好的介电常数和接近于零的谐振频率系数。上述两种方法主要针对mgo-al2o3-sio2体系以及cao-al2o3体系的原料，应用范围较小。同时，采用的原料中杂质元素的含量较低。因此限制较大，不利于应用于成分复杂、含有较多杂质的低品位原料中。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，用低品位原料制备得到陶瓷材料，有效屏蔽了固废中有害杂质对于陶瓷性能的影响，制备了高力学性能、低介电常数和介电损耗的绝缘陶瓷。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)称取原料煤矸石、磷尾矿、石英备用；

5、(2)将称好的原料放入快速球磨机中，球磨，球磨介质为玛瑙球磨子，研磨介质为去离子水，研磨完成后将混合均匀的原料放入干燥箱中干燥，干燥后过筛；

6、(3)在过筛后的原料中加入聚乙烯醇溶液后造粒；

7、(4)造粒后的原料先陈腐，随后放入模具中压制成型；

8、(5)最后将成型后的生坯放入马弗炉中烧制，制得所需得绝缘陶瓷。

9、其中，所述煤矸石、磷尾矿、石英的质量比为(22.5-37.5)：(40-50)：(22.5-27.5)。

10、其中，所述煤矸石和磷尾矿在称取之前分别经过以下方法进行预处理：

11、将煤矸石或磷尾矿放入快速球磨机中球磨12h，球料比为1：2，球磨后过200目筛待用。

12、其中，所述步骤(2)中球磨的具体步骤为：以500转每分钟的速度球磨混合12h，球磨介质为玛瑙球磨子，研磨介质为去离子水，料：球：水的重量比为1：1：1.5。

13、其中，所述步骤(2)的干燥条件为：研磨完成后将混合均匀的原料放入干燥箱中干燥24h，干燥箱温度设置为100℃。

14、其中，所述步骤(2)中干燥完的原料过200目筛后待用。

15、其中，所述步骤(3)中具体为，在过筛后的原料中加入重量比为10％，浓度为5wt％的聚乙烯醇溶液后造粒。

16、其中，所述步骤(4)中陈腐时间为24h。

17、其中，所述步骤(4)中在模具中压制成型的压力为20mpa，保压1min。

18、其中，所述步骤(5)的烧制条件为：升温速率为5℃/min，温度为1170℃-1190℃，保温时间为2h，降温速率为5℃/min，即可制得所需得绝缘陶瓷。

19、相较于现有技术，本发明低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，利用特定低品位原料在特定的制备方法下，制得缘绝陶瓷材料，通过设计低品位原料的化学组成，改变了陶瓷的晶体结构，有效屏蔽了固废中有害杂质对于陶瓷性能的影响，制备了高力学性能、低介电常数和介电损耗的绝缘陶瓷。是一种应用面广，经济效益高的新方法。

20、考虑到低品位原料的化学成分主要包括：cao，sio2，al2o3，mgo等，本发明中所制备的绝缘陶瓷的主要矿相设计为钙长石和透辉石，钙长石的熔点为1553℃，密度为2.76g/cm3,具有较低的热膨胀系数。1mhz下的介电常数为6.2，抗折强度为103mpa。透辉石的熔点为1390℃，密度为3.40g/cm3。在1mhz下的介电常数为7.5，抗折强度可达300mpa。以这两种矿物为主要晶相的陶瓷都具有良好的绝缘性能和力学性能。同时，透辉石中的镁离子和铁、钛、锰、钠等众多杂质离子具有同质类象，即晶体结构中某些离子、原子或分子的位置，被一部分性质相近的其他离子、原子或分子所占据，但是晶体结构型式、化学键类型及离子正负电荷的平衡保持不变或基本不变，仅晶胞参数、折射率、比重等物理性质发生改变的现象。将固废中的杂质离子固溶到透辉石晶格中可以显著的降低陶瓷的介电损耗，避免陶瓷在服役过程中因大量产热而失效。低品位原料制备绝缘陶瓷的重难点在于成分复杂，多含有对陶瓷性能有害的元素，本发明的设计方案可以显著地屏蔽低品位原料中的杂质元素对绝缘陶瓷介电性能的影响。

21、本发明相较于现有技术还具有以下优点：

22、(1)利用低品位原料来制备绝缘陶瓷，利用率达到了69.4％以上，可以实现低品位原料的大规模资源化利用，大量回收利用工业固废，同时可以减少高品位陶瓷原料矿的开采，具有较大的环境效益。

23、(2)陶瓷的主要矿相设计为具有优异介电性能和力学性能的钙长石和透辉石，将低品位原料中的杂质固溶到透辉石中，有效地屏蔽了杂质元素对陶瓷性能的影响。所制备的绝缘陶瓷具有较好的物理性能、力学性能以及介电性能，可以应用于陶瓷基板或电力传输过程中使用的绝缘子，具有较大的经济效益。

技术特征：

1.一种低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，其特征在于：

3.如权利要求1或2所述的低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，其特征在于：

4.如权利要求1或2所述的低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，其特征在于：

5.如权利要求1或2所述的低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，其特征在于：

6.如权利要求1或2所述的低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，其特征在于：

7.如权利要求1或2所述的低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，其特征在于：

8.如权利要求1或2所述的低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，其特征在于：

9.如权利要求1或2所述的低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，其特征在于：

10.如权利要求1或2所述的低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开一种低介电常数绝缘陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)称取原料煤矸石、磷尾矿、石英备用；(2)将称好的原料放入快速球磨机中，球磨，球磨介质为玛瑙球磨子，研磨介质为去离子水，研磨完成后将混合均匀的原料放入干燥箱中干燥，干燥后过筛；(3)在过筛后的原料中加入聚乙烯醇溶液后造粒；(4)造粒后的原料先陈腐，随后放入模具中压制成型；(5)最后将成型后的生坯放入马弗炉中烧制，制得所需得绝缘陶瓷。其中，所述煤矸石、磷尾矿、石英的质量比为(22.5‑37.5)：(40‑50)：(22.5‑27.5)。本发明用低品位原料制备得到陶瓷材料，有效屏蔽了固废中有害杂质对于陶瓷性能的影响，制备了高力学性能、低介电常数和介电损耗的绝缘陶瓷。

技术研发人员：刘华臣,黄婷,谭健,唐良颖,吴聪,彭峥
受保护的技术使用者：湖北中烟工业有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11