一种零收缩陶瓷复合材料及其制备方法

本发明涉及陶瓷材料，特别是一种零收缩陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着信息通讯产业的高速发展，电子通讯产品的特征转为小型化、集成化和便携性。小型化和集成化的发展必然要求电子陶瓷基板具有更高的烧结精密度、散热性能和机械强度，以确保烧结后其性能的正常发挥。

2、ltcc材料是一种重要的电子陶瓷材料，主要用于封装领域，使用最为广泛体系为玻璃-陶瓷复合体系。玻璃的低熔点导致其即使在不超过1000℃也能烧结，但是会具有较大的烧结收缩率，这严重影响了电子线路定位的精确性。商业上一直使用自约束法控制ltcc的收缩率，但是这种方法不但提高了设备和时间成本，还增加了剥离牺牲层这种复杂的工序。如果陶瓷材料，特别是加了很多粘结剂的陶瓷流延片本身具有低的甚至近零的收缩率，就能在很大程度上节约能源，以及财力和人力成本，也能在牙科和其他精密制造方面提供不错的材料选择。

3、目前研究的大多数的零收缩陶瓷材料虽然烧结收缩率低，但是具有较高的孔隙率，这导致它的导热和机械性能也会变差。因此，研制出收缩率小，同时具有良好热导率和机械性能的陶瓷材料成为一项艰难的挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种零收缩低温共烧陶瓷材料的制备方法，该方法制得的低温共烧陶瓷材料具有高导热、高抗弯强度。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种零收缩低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、称取质量比为1:(0.5-0.9):(0-0.9)的氧化铝、三氧化二铋和氮化硼，加入介质后球磨混合、干燥，得到混合物料；

4、s2、将混合物料置于400-800℃下预烧0.5-3h，加入介质后球磨混合、干燥，得到预烧物料；

5、s3、在预烧物料中加入粘结剂造粒、过筛，然后压制成型；将压制成型的材料置于700-900℃下烧结1-3h，冷却至室温，即制得零收缩陶瓷复合材料；

6、或者，在预烧物料中加入溶剂、分散剂、粘结剂和塑化剂，球磨得到均匀浆料；将均匀浆料在聚酰亚胺膜上流延成型，室温干燥形成生瓷片，将生瓷片裁剪后得到单层生瓷片，或者将生瓷片裁剪后多层叠加压制得到多层生瓷片，然后将单层生瓷片或者多层生瓷片置于400-800℃下保温0.5-3h进行排胶，再升至700-900℃温度下烧结1-3h，冷却至室温，即制得零收缩陶瓷复合材料。

7、作为零收缩低温共烧陶瓷材料的制备方法进一步的改进：

8、优选的，所述氮化硼为六方氮化硼。

9、优选的，步骤s1球磨混合的时间为1-8h，所述介质为无水乙醇或水。

10、优选的，步骤s1所述干燥的温度为50-100℃、时间为2-8小时。

11、优选的，步骤s2中的预烧的升温速率为2-5℃/min，步骤s3中的烧结的升温速率为2-5℃/min。

12、优选的，步骤s3中过筛的筛网为50-200目，压制成型的压力为10-100mpa；多层生瓷片叠加压制的温度为65-80℃、压力为9-12mpa。

13、优选的，步骤s3中所述预烧物料、溶剂、分散剂、粘结剂和塑化剂的质量比为1:(0.5-2):(0.01-0.05):(0.05-0.20):(0.05-0.20)。

14、优选的，步骤s3中所述溶剂为乙醇或环己酮，分散剂为三乙酰胺。

15、优选的，步骤s3中所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，塑化剂为邻苯二甲酸丁苄酯或聚乙二醇。

16、本发明的目的之二是提供一种上述任意一项所述的零收缩低温共烧陶瓷材料的制备方法制得的零收缩低温共烧陶瓷材料。

17、本发明相比现有技术的有益效果在于：

18、1)本发明提供一种零收缩陶瓷复合材料的制备方法，以三氧化二铋配合氮化硼和/或氧化铝作为原料，通过固相烧结法或流延法制得，本发明所用原料便宜常见，采用的工艺简单易行，适于工厂生产。当采用三氧化二铋配合氮化硼和氧化铝作为原料时，三氧化二铋与氮化硼在高温下反应生成氧化硼，氧化硼再与氧化铝反应生成硼酸铝，该反应为一种重构型相变反应，反应过程中会发生体积膨胀，从而弥补烧结过程中体积收缩，使其烧结前后体积保持不变。同时，三氧化二铋和氧化硼能生成无定型玻璃，润湿生成的硼酸铝晶须，使其成为连结的整体，提高其力学性能和导热性能。

19、2)本发明中制得的硼酸铝陶瓷，由于其具有高长宽比，所以烧结收缩率低，而硼酸铝陶瓷本身具有良好的力学性能、导热性能和抗氧化性，所以能得到高热导率和抗弯强度的零收缩陶瓷复合材料。在电子封装领域，精密电子器件，牙科领域均有很大的应用前景。

技术特征：

1.一种零收缩陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的零收缩陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述氮化硼为六方氮化硼。

3.根据权利要求1所述的零收缩陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1球磨混合的时间为1-8h，所述介质为无水乙醇或水。

4.根据权利要求1所述的零收缩陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1所述干燥的温度为50-100℃、时间为2-8小时。

5.根据权利要求1所述的零收缩陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中的预烧的升温速率为2-5℃/min，步骤s3中的烧结的升温速率为2-5℃/min。

6.根据权利要求1所述的零收缩陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中过筛的筛网为50-200目，压制成型的压力为10-100mpa；多层生瓷片叠加压制的温度为65-80℃、压力为9-12mpa。

7.根据权利要求1所述的零收缩陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述预烧物料、溶剂、分散剂、粘结剂和塑化剂的质量比为1:(0.5-2):(0.01-0.05):(0.05-0.20):(0.05-0.20)。

8.根据权利要求1或7所述的零收缩陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述溶剂为乙醇和/或环己酮，分散剂为三乙酰胺。

9.根据权利要求1或7所述的零收缩陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，塑化剂为邻苯二甲酸丁苄酯或聚乙二醇。

10.一种权利要求1-9任意一项所述的零收缩陶瓷复合材料的制备方法制得的零收缩陶瓷复合材料。

技术总结本发明提供了一种零收缩陶瓷复合材料及其制备方法。以三氧化二铋，氮化硼和氧化铝三种物质为原料，经过球磨混合、预烧得到预烧物料，在预烧物料中加入粘结剂后造粒、压制成型、烧结，通过固相烧结法制得零收缩陶瓷复合材料，可以很好的兼顾收缩率、力学性能和热导率；或者通过流延法，在预烧物料中加入溶剂、分散剂、粘结剂和塑化剂，球磨得到均匀浆料，将混合浆料流延成型制成生瓷片，生瓷片经裁剪后排胶、烧结，制得零收缩陶瓷复合材料，单层烧结片的收缩率为5％以下，五层叠层烧结片的收缩率为1％以下。本发明制备工艺简单易行，在电子封装领域，精密零件制造领域，牙科领域均具有广阔的应用前景。技术研发人员：陈林,张兰,田兴友,孙俊,甘征亚,胡坤,李潇潇,宫艺,张献,王化受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/29