一种电子陶瓷用氧化铝陶瓷粉体的制备方法与流程

1.本发明涉及电子陶瓷材料领域，具体涉及一种电子陶瓷用氧化铝陶瓷粉体的制备方法。


背景技术：

2.电子陶瓷粉体是制造陶瓷元器件最主要的原料，其核心要求在于纯度、颗粒大小和形状等。电子陶瓷粉体在化学成分、微观结构和机电性能上，均与一般的电力用陶瓷有着本质的区别。这些区别是电子工业对电子陶瓷所提出的一系列特殊技术要求而形成的，其中最重要的是须具有高的机械强度，耐高温高湿，抗辐射，介质常数在很宽的范围内变化，介质损耗角正切值小，抗电强度和绝缘电阻值高，以及老化性能优异等。
3.氧化铝陶瓷是一种以氧化铝(al2o3)为主体的陶瓷材料，其具有较好的传导性、机械强度和耐高温性，作为一种用途广泛的陶瓷，因为其优越的导热率和传导性能，也被作为电子陶瓷原料在电子工业上广泛使用，目前高端电子工业领域的氧化铝陶瓷粉体在高温烧结时收缩率较高，影响后续使用。


技术实现要素：

4.发明目的：针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明提供了一种电子陶瓷用氧化铝陶瓷粉体的制备方法。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.一种电子陶瓷用氧化铝陶瓷粉体的制备方法，包括以下步骤：
7.s1：将钛酸丁酯加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液a，将冰醋酸、无水乙醇、水混合搅拌均匀，得到溶液b，将尿素、六次甲基四胺、炭黑加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液c；
8.s2：将溶液a滴加到溶液b中，搅拌30-60min后，将溶液c滴加到上述反应体系中，搅拌30-60min，升温至30-50℃静置10-20h，再升温至70-80℃干燥10-20h，研磨得到前驱体；
9.s3：将前驱体置于氮化设备中，升温至1100-1500℃保温6-10h，恢复室温后得到氮化烧成后的产物，将产物用低温等离子技术处理；
10.s4：将硝酸铝、尿素、碳化硅纳米线加入去离子水中，90-95℃搅拌2-5h得到凝胶，再将上述产物加入，浸渍5-20s后取出，80-90℃干燥5-10h后升温至950-1200℃煅烧3-10h，再降温至700-750℃退火2-2.5h后自然恢复室温研磨，即可得到所述氧化铝陶瓷粉体。
11.进一步地，钛酸丁酯与炭黑的质量比为14-18：1。
12.进一步地，钛酸丁酯与炭黑的质量比为15：1。
13.当钛酸丁酯与炭黑的质量小于14时，氮化后产物的物相较杂，当钛酸丁酯与炭黑的质量比为14-18时，产物的物相主要为tin相，其中还含有相对较少量的ti和tio2，钛酸丁酯与炭黑的质量比为15：1时，氮化后获得的产物为纯相tin，而钛酸丁酯与炭黑的质量比大于18时，产物中又出现杂相，所以钛酸丁酯与炭黑的质量比优选为14-18：1，更进一步优选
为15：1。
14.进一步地，s3中氮化设备中所通氮气纯度≥99.9％，流量为300-500ml/min。
15.进一步地，s3中氮化设备的升温速度为10-15℃/min。
16.进一步地，s3中低温等离子技术处理时，先通入纯度≥99.9％的氮气，排除设备中空气后再打开设备电源，控制设备功率800-1000w，处理时间为5-10s。
17.进一步地，s4中硝酸铝、尿素、碳化硅纳米线的质量比为1.4-1.6：1：0.3-0.5。
18.进一步地，s4中浸渍温度为25-40℃。
19.进一步地，s4中升温速度为15-25℃/min，降温速度为5-10℃/min。
20.本发明的有益效果：
21.本发明提供了一种电子陶瓷用氧化铝陶瓷粉体的制备方法，采用氮化钛为核，氧化铝为体的结构，并用碳化硅纳米线对粉体进行增韧改性，增强核-体之间的结构强度，氮化钛具有高熔点、高强度、高硬度、高温化学稳定性以及优良的导电、导热性能，且抗热冲击性好，可以很好的改善烧结过程中氧化铝收缩的问题，而且对其力学性能也有一定的提升，制备时低温等离子技术处理，可以活化氮化钛核，使浸渍时与凝胶和碳化硅纳米线充分附着，改善结合强度，本发明所制备的氧化铝陶瓷粉体在烧结过程中收缩率低，可以很好的保持形貌完整性，由上表2可知，本发明所制备的氧化铝陶瓷粉体具有良好的力学性能，其抗折强度≥515mpa，断裂韧性≥8.1断裂韧性，完全可以满足电子陶瓷使用需求。
附图说明
22.图1为本发明实施例1所制备氧化铝陶瓷粉体的tem图。
具体实施方式
23.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
24.实施例1：
25.一种电子陶瓷用氧化铝陶瓷粉体的制备方法：
26.将钛酸丁酯加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液a，将冰醋酸、无水乙醇、水混合搅拌均匀，得到溶液b，将尿素、六次甲基四胺、炭黑加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液c，所用钛酸丁酯与炭黑的质量比为15：1，将溶液a滴加到溶液b中，搅拌60min后，将溶液c滴加到上述反应体系中，搅拌60min，升温至40℃静置15h，再升温至70℃干燥15h，研磨得到前驱体，将前驱体置于氮化设备中，通入氮气，所通氮气纯度≥99.9％，流量为500ml/min，以10℃/min的速度升温至1450℃保温8h，恢复室温后得到氮化烧成后的产物，将产物用低温等离子技术处理，处理时，先通入纯度≥99.9％的氮气，排除设备中空气后再打开设备电源，控制设备功率1000w，处理时间为10s，将质量比为1.4：1：0.5的硝酸铝、尿素、碳化硅纳米线加入去离子水中，95℃搅拌5h得到凝胶，再将上述产物加入，30℃浸渍10s后取出，90℃干燥10h后以15℃/min的速度升温至1100℃煅烧5h，再以5℃/min的速度降温至720℃退火2.5h后自然恢复室温研磨，即可得到所述氧化铝陶瓷粉体。
27.实施例2：
28.一种电子陶瓷用氧化铝陶瓷粉体的制备方法：
29.将钛酸丁酯加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液a，将冰醋酸、无水乙醇、水混合搅拌均匀，得到溶液b，将尿素、六次甲基四胺、炭黑加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液c，所用钛酸丁酯与炭黑的质量比为15：1，将溶液a滴加到溶液b中，搅拌50min后，将溶液c滴加到上述反应体系中，搅拌50min，升温至30℃静置20h，再升温至80℃干燥15h，研磨得到前驱体，将前驱体置于氮化设备中，通入氮气，所通氮气纯度≥99.9％，流量为500ml/min，以15℃/min的速度升温至1500℃保温10h，恢复室温后得到氮化烧成后的产物，将产物用低温等离子技术处理，处理时，先通入纯度≥99.9％的氮气，排除设备中空气后再打开设备电源，控制设备功率1000w，处理时间为8s，将质量比为1.6：1：0.5的硝酸铝、尿素、碳化硅纳米线加入去离子水中，95℃搅拌3h得到凝胶，再将上述产物加入，40℃浸渍20s后取出，90℃干燥10h后以25℃/min的速度升温至1200℃煅烧8h，再以10℃/min的速度降温至720℃退火2.5h后自然恢复室温研磨，即可得到所述氧化铝陶瓷粉体。
30.实施例3：
31.一种电子陶瓷用氧化铝陶瓷粉体的制备方法：
32.将钛酸丁酯加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液a，将冰醋酸、无水乙醇、水混合搅拌均匀，得到溶液b，将尿素、六次甲基四胺、炭黑加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液c，所用钛酸丁酯与炭黑的质量比为15：1，将溶液a滴加到溶液b中，搅拌30min后，将溶液c滴加到上述反应体系中，搅拌60min，升温至30℃静置20h，再升温至70℃干燥20h，研磨得到前驱体，将前驱体置于氮化设备中，通入氮气，所通氮气纯度≥99.9％，流量为300ml/min，以15℃/min的速度升温至1500℃保温10h，恢复室温后得到氮化烧成后的产物，将产物用低温等离子技术处理，处理时，先通入纯度≥99.9％的氮气，排除设备中空气后再打开设备电源，控制设备功率800w，处理时间为10s，将质量比为1.4：1：0.5的硝酸铝、尿素、碳化硅纳米线加入去离子水中，90℃搅拌5h得到凝胶，再将上述产物加入，25℃浸渍20s后取出，80℃干燥10h后以15℃/min的速度升温至1200℃煅烧3h，再以10℃/min的速度降温至700℃退火2.5h后自然恢复室温研磨，即可得到所述氧化铝陶瓷粉体。
33.实施例4：
34.一种电子陶瓷用氧化铝陶瓷粉体的制备方法：
35.将钛酸丁酯加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液a，将冰醋酸、无水乙醇、水混合搅拌均匀，得到溶液b，将尿素、六次甲基四胺、炭黑加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液c，所用钛酸丁酯与炭黑的质量比为15：1，将溶液a滴加到溶液b中，搅拌60min后，将溶液c滴加到上述反应体系中，搅拌30min，升温至50℃静置10h，再升温至80℃干燥10h，研磨得到前驱体，将前驱体置于氮化设备中，通入氮气，所通氮气纯度≥99.9％，流量为500ml/min，以10℃/min的速度升温至1500℃保温6h，恢复室温后得到氮化烧成后的产物，将产物用低温等离子技术处理，处理时，先通入纯度≥99.9％的氮气，排除设备中空气后再打开设备电源，控制设备功率1000w，处理时间为5s，将质量比为1.6：1：0.3的硝酸铝、尿素、碳化硅纳米线加入去离子水中，95℃搅拌2h得到凝胶，再将上述产物加入，40℃浸渍5s后取出，90℃干燥5h后以25℃/min的速度升温至1150℃煅烧10h，再以5℃/min的速度降温至750℃退火2h后自然恢复室温研磨，即可得到所述氧化铝陶瓷粉体。
36.实施例5：
37.一种电子陶瓷用氧化铝陶瓷粉体的制备方法：
38.将钛酸丁酯加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液a，将冰醋酸、无水乙醇、水混合搅拌均匀，得到溶液b，将尿素、六次甲基四胺、炭黑加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液c，所用钛酸丁酯与炭黑的质量比为15：1，将溶液a滴加到溶液b中，搅拌60min后，将溶液c滴加到上述反应体系中，搅拌60min，升温至50℃静置20h，再升温至80℃干燥20h，研磨得到前驱体，将前驱体置于氮化设备中，通入氮气，所通氮气纯度≥99.9％，流量为500ml/min，以15℃/min的速度升温至1500℃保温10h，恢复室温后得到氮化烧成后的产物，将产物用低温等离子技术处理，处理时，先通入纯度≥99.9％的氮气，排除设备中空气后再打开设备电源，控制设备功率1000w，处理时间为10s，将质量比为1.6：1：0.5的硝酸铝、尿素、碳化硅纳米线加入去离子水中，95℃搅拌5h得到凝胶，再将上述产物加入，40℃浸渍20s后取出，90℃干燥10h后以25℃/min的速度升温至1200℃煅烧10h，再以10℃/min的速度降温至750℃退火2.5h后自然恢复室温研磨，即可得到所述氧化铝陶瓷粉体。
39.实施例6
40.一种电子陶瓷用氧化铝陶瓷粉体的制备方法：
41.将钛酸丁酯加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液a，将冰醋酸、无水乙醇、水混合搅拌均匀，得到溶液b，将尿素、六次甲基四胺、炭黑加入无水乙醇中，搅拌均匀，得到溶液c，所用钛酸丁酯与炭黑的质量比为15：1，将溶液a滴加到溶液b中，搅拌50min后，将溶液c滴加到上述反应体系中，搅拌50min，升温至50℃静置15h，再升温至80℃干燥10h，研磨得到前驱体，将前驱体置于氮化设备中，通入氮气，所通氮气纯度≥99.9％，流量为400ml/min，以12℃/min的速度升温至1400℃保温10h，恢复室温后得到氮化烧成后的产物，将产物用低温等离子技术处理，处理时，先通入纯度≥99.9％的氮气，排除设备中空气后再打开设备电源，控制设备功率1000w，处理时间为5s，将质量比为1.4：1：0.4的硝酸铝、尿素、碳化硅纳米线加入去离子水中，95℃搅拌5h得到凝胶，再将上述产物加入，40℃浸渍20s后取出，85℃干燥10h后以25℃/min的速度升温至1200℃煅烧8h，再以10℃/min的速度降温至700℃退火2h后自然恢复室温研磨，即可得到所述氧化铝陶瓷粉体。
42.对比例1
43.对比例1与实施例1基本相同，区别在于，产物不经过低温等离子技术处理。
44.对比例2
45.对比例2与实施例1基本相同，区别在于，不加入碳化硅纳米线。
46.对比例3
47.对比例3与实施例1基本相同，区别在于，不经过退火处理。
48.性能测试：
49.分别取实施例1-6、对比例1-3所制备的氧化铝陶瓷粉体及市售纳米氧化铝粉体(厂家：宣城晶瑞新材料)各10g在105℃下干燥4h，在100mpa下压成直径为98mm
×
21mm
×
0.63mm的坯片，然后于1580℃下烧结2h，测量烧结后的收缩率，结果如下表1所示：
50.表1：
[0051][0052][0053]
采用三点弯曲法测量坯片的抗折强度，加载速率为0.5mm/min，利用单边切口法测量坯片的断裂韧性，结果如下表2所示：
[0054]
表2：
[0055][0056][0057]
由上表1可知，本发明所制备的氧化铝陶瓷粉体在烧结过程中收缩率低，可以很好的保持形貌完整性，由上表2可知，本发明所制备的氧化铝陶瓷粉体具有良好的力学性能，其抗折强度≥515mpa，断裂韧性≥8.1断裂韧性。
[0058]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。