專利名稱：鍶鉍釹鈦氧化物微波陶瓷及其凝膠注模制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以氧化物為基礎(chǔ)的以成份為特征的陶瓷化合物，尤其是鍶鉍釹鈦氧化物Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷及其凝膠注模制造方法。
(2)背景技術(shù)陶瓷材料的成型方法，一般可分為干法和濕法兩大類。以往微波陶瓷一般采用干壓方法進行坯體成型，僅適合于制造形狀和構(gòu)造比較簡單的微波陶瓷產(chǎn)品。隨著現(xiàn)代微波技術(shù)的迅速發(fā)展，微波陶瓷產(chǎn)品的形狀和構(gòu)造越來越復(fù)雜，難以采用干壓方法直接進行坯體成型，客觀要求采用新的成型方法。不過，傳統(tǒng)的濕法成型技術(shù)都存在一些問題，如注漿成型是靠石膏模具吸收水分來實現(xiàn)的，造成坯體密度的梯度分布和不均勻變形，并且坯體強度低，易于損壞。熱壓成型或注射成型需加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達20％的蠟或有機物，脫脂過程繁瑣，結(jié)合劑的融化或蒸發(fā)導(dǎo)致坯體的強度降低，易形成缺陷甚至倒塌。1990年初，美國橡樹嶺國家實驗室發(fā)明了一種全新的陶瓷材料濕法成型技術(shù)—凝膠注模成型技術(shù)(Gel-casting)，該工藝與傳統(tǒng)的濕法成型工藝相比，具有設(shè)備簡單、成型坯體組份均勻、密度均勻、缺陷少、不需脫脂、不易變形、易成型復(fù)雜形狀零件及實用性很強等突出優(yōu)點。凝膠注模成型技術(shù)是制備復(fù)雜形狀陶瓷產(chǎn)品的有效方法，它從根本上變革了傳統(tǒng)的陶瓷成型工藝，實現(xiàn)高分散和高濃度漿料的原位凝固，是一種低成本、高可靠性的復(fù)雜形狀陶瓷成型技術(shù)。以前的凝膠注模成型技術(shù)主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)陶瓷的成型，如張兆泉等人用作近凈尺寸碳化硅陶瓷的凝膠注模成型(無機材料學(xué)報，16卷，433頁)；R.Gilissen等人用于氧化鋁陶瓷的凝膠注模成型(Materials&Design，21卷，251頁)；張德正等人進行醫(yī)用羥基磷灰石陶瓷的凝膠注模成型(中國陶瓷，34卷，24頁)。尚未見到用在微波陶瓷方面的報道。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一類性能優(yōu)良的Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷的配方及其凝膠注模成型制造復(fù)雜形狀Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷產(chǎn)品的方法。
Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷(X＝0.05～0.8)的組份與含量為碳酸鍶(SrCO3)10～30wt％、三氧化二鉍(Bi2O3)5～40wt％、三氧化二釹(Nd2O3)5～40wt％和二氧化鈦(TiO2)15～50wt％以及微量添加物二氧化硅(SiO2)0.1～3wt％、碳酸錳(MnCO3)0.1～2wt％和三氧化二鋁(Al2O3)0.1～4wt％。
Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷凝膠注模制造方法如下1)將上述各組份按含量配比稱量，進行球磨，烘干，煅燒和粉碎；2)將有機單體丙稀酰胺(AM)與交聯(lián)劑亞甲基雙丙稀酰胺(MBAM)溶于水，制得有機物含量為10～20wt％的溶液，其中WAM∶WMBAM＝(3～7)∶1；3)采用分散劑、引發(fā)劑和催化劑配成3～8wt％的水溶液，所說的分散劑∶引發(fā)劑∶催化劑＝1∶(0.5～2.5)∶(0.5～2.5)；4)在模具內(nèi)澆注，澆注后立即減壓抽氣除去漿料中氣泡；5)待漿料完全凝膠化后，送入50～80℃烘箱中烘干；6)脫模后干燥、去除有機物和高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1250～1350℃，即可制得所需的微波陶瓷產(chǎn)品。
凝膠注模成型制備微波陶瓷的基本技術(shù)是在高固相含量(體積分?jǐn)?shù)不小于50％)、低粘度的陶瓷漿料中，摻入低濃度的有機單體，如丙烯酸Acrylicacid(AA)、甲基丙烯酰胺Methacrylamide(MAM)、甲基聚乙二醇單甲基丙烯酯Methoxy Poly(ethylene glycol)monomethacrylate(MPEGMA)或乙烯基吡咯酮n-vinyl pyrrollidone(NVP)；然后加入交聯(lián)劑，如亞甲基雙丙烯酰胺N，N-methylene bisacrylamide(MBAM)、Diallyltartardiamide(DATDA)、Polydiacrylate(PEGDA)、Polydimethacrylate(PEGDMA)或Trialylamine(TAA)；再加入引發(fā)劑，如過硫酸銨(NH4)2S2O8(APS)或四甲基乙二胺(TEMED)；去除氣泡澆注后，漿料中的有機單體在一定的溫度條件下發(fā)生原位聚合反應(yīng)，形成堅固的交鏈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使?jié){料原位凝固，從而使陶瓷坯體原位定型；最后進行脫模、干燥、去除有機物和高溫?zé)Y(jié)即制得所需陶瓷產(chǎn)品。
實驗結(jié)果表明，以Sr(Bi0.7Nd0.3)8Ti7O27陶瓷粉體為原料，采用凝膠注模制備的多種形狀陶瓷坯體，其坯體抗彎強度達400MPa，滿足一般機械加工要求。坯體經(jīng)1250～1350℃燒結(jié)成陶瓷，其主要微波性能為ε＝80～110、τ＝350～2000ppm/℃和Q*f＝120～2100GHz(在f＝10GHz時)。參見以下具體實施例。
(4)具體實施方式
根據(jù)上述Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷的組份和含量及其凝膠注模制造方法，表1給出各實施例的組份及含量。
將上述各組份按含量配比稱量，進行球磨，烘干，煅燒和粉碎，烘干溫度為120～200℃，烘干時間為2～5h，煅燒溫度為1100～1200℃，煅燒時間為1～2h，粉碎細于100目為宜；將有機單體丙稀酰胺與交聯(lián)劑亞甲基雙丙稀酰胺溶于水，制得有機物含量為10～20wt％的溶液，其中WAM∶WMBAM＝(3～7)∶1；采用聚丙稀酸銨(PAA)為分散劑，過硫酸銨(NH4)2S2O8(APS)為引發(fā)劑，四甲基乙二胺(TEMED)為催化劑，配成3～8wt％的水溶液；在模具內(nèi)澆注，澆注后立即減壓抽氣除去漿料中氣泡；待漿料完全凝膠化后，送入50～80℃烘箱中烘干；脫模后干燥、去除有機物和高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1250～1350℃，即可制得所需的微波陶瓷產(chǎn)品。
表2給出引發(fā)劑催化劑的用量與凝膠時間的關(guān)系，表3給出各實施例的工藝條件和性能數(shù)據(jù)，其中引發(fā)劑催化劑的用量與凝膠時間選用表2之中的序號3。
表1 各實施例的組份及含量 wt％
表2 引發(fā)劑催化劑的用量與凝膠時間的關(guān)系
表3 實施例的工藝條件和微波性能
權(quán)利要求
1.鍶鉍釹鈦氧化物微波陶瓷，其特征在于Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷的組份與含量為碳酸鍶10～30wt％、三氧化二鉍5～40wt％、三氧化二釹5～40wt％和二氧化鈦15～50wt％以及微量添加物二氧化硅0.1～3wt％、碳酸錳0.1～2wt％和三氧化二鋁0.1～4wt％；所說的X＝0.05～0.8。
2.鍶鉍釹鈦氧化物微波陶瓷凝膠注模制造方法，其特征在于1)將各組份按含量配比稱量，進行球磨，烘干，煅燒和粉碎，所說的各組份與含量為碳酸鍶10～30wt％、三氧化二鉍5～40wt％、三氧化二釹5～40wt％和二氧化鈦15～50wt％以及微量添加物二氧化硅0.1～3wt％、碳酸錳0.1～2wt％和三氧化二鋁0.1～4wt％；2)將有機單體丙稀酰胺(AM)與交聯(lián)劑亞甲基雙丙稀酰胺(MBAM)溶于水，制得有機物含量為10～20wt％的溶液，其中WAM∶WMBAM＝(3～7)∶1；3)采用分散劑、引發(fā)劑和催化劑配成3～8wt％的水溶液，所說的分散劑∶引發(fā)劑∶催化劑＝1∶(0.5～2.5)∶(0.5～2.5)；4)在模具內(nèi)澆注，澆注后立即減壓抽氣除去漿料中氣泡；5)待漿料完全凝膠化后，送入50～80℃烘箱中烘干；6)脫模后干燥、去除有機物和高溫?zé)Y(jié)，燒結(jié)溫度為1250～1350℃，即可制得所需的微波陶瓷產(chǎn)品。
3.如權(quán)利要求2所述的鍶鉍釹鈦氧化物微波陶瓷凝膠注模制造方法，其特征在于所說的烘干溫度為120～200℃，烘干時間為2～5h。
4.如權(quán)利要求2所述的鍶鉍釹鈦氧化物微波陶瓷凝膠注模制造方法，其特征在于所說的煅燒溫度為1100～1200℃，煅燒時間為1～2h。
5.如權(quán)利要求2所述的鍶鉍釹鈦氧化物微波陶瓷凝膠注模制造方法，其特征在于所說的粉碎細于100目。
6.如權(quán)利要求2所述的鍶鉍釹鈦氧化物微波陶瓷凝膠注模制造方法，其特征在于采用聚丙稀酸銨為分散劑。
7.如權(quán)利要求2所述的鍶鉍釹鈦氧化物微波陶瓷凝膠注模制造方法，其特征在于采用過硫酸銨為引發(fā)劑。
8.如權(quán)利要求2所述的鍶鉍釹鈦氧化物微波陶瓷凝膠注模制造方法，其特征在于采用四甲基乙二胺為催化劑。
全文摘要
涉及一種以氧化物為基礎(chǔ)的以成份為特征的陶瓷化合物，尤其是鍶鉍釹鈦氧化物微波陶瓷及其凝膠注模制造方法。Sr(Bi
文檔編號C04B35/622GK1472167SQ0212845
公開日2004年2月4日 申請日期2002年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月1日
發(fā)明者熊兆賢, 方辰 申請人:廈門大學(xué)