一種玻璃陶瓷復合絕緣材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于材料科學領域，旨在提供一種玻璃陶瓷復合絕緣材料及其制備方法。本發(fā)明中的玻璃陶瓷復合絕緣材料的化學表達式為(1-x)Mg2SnO4–xCBS，其中CBS為CaO-B2O3-SiO2，x＝20～40wt％，所述CaO-B2O3-SiO2中各個組分及其摩爾含量分別為：SiO2占40～50％，B2O3占10～20％，CaO占40％。本發(fā)明的有益效果是：由于CBS玻璃具有軟化點低、介電性能優(yōu)良等特點，可作為燒結助劑降低陶瓷絕緣材料的燒結溫度；加入CBS玻璃組分，在升溫過程中玻璃熔融，形成玻璃液相，顯著降低Mg2SnO4材料的燒結溫度。
【專利說明】一種玻璃陶瓷復合絕緣材料及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料科學領域，具體涉及一種玻璃陶瓷復合絕緣材料及其制備方法。

【背景技術】
[0002]玻璃陶瓷復合絕緣材料，在高壓輸電線路絕緣、微電子封裝等領域有著廣泛應用。所述絕緣部件的生產和應用要求采用的絕緣材料既要有良好的電學和熱學性能，又要有良好的工藝特性。Mg2SnO4陶瓷具有較低的介電常數(8.41)和低介電損耗(<10_3)，是一種最近開發(fā)的新型絕緣電介質材料。然而，其燒結溫度很高(1550°C)，較難燒結，大大消耗了能源。
[0003]因此，如何實現Mg2SnO4陶瓷低溫燒結是降低能耗和減少生產成本的關鍵所在。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種玻璃陶瓷復合絕緣材料及其制備方法。
[0005]為解決技術問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]提供一種玻璃陶瓷復合絕緣材料，所述玻璃陶瓷復合絕緣材料的化學表達式為(1-X)Mg2SnO4 - xCBS，其中 CBS 為 CaO-B2O3-S12, x = 20 ~40wt%，所述 CaO-B2O3-S12 中各個組分及其摩爾含量分別為=S12占40~50%，B2O3占10~20%，CaO占40%。
[0007]本發(fā)明中，還提供一種基于所述玻璃陶瓷復合絕緣材料的制備方法，包括如下步驟:
[0008](I)取原料SnO2和MgO,且其摩爾比為1: 2,進行球磨混料4h,然后放入氧化招坩堝中以1200°C進行燒制，然后球磨制得Mg2SnO4粉末；
[0009](2)取S12、H3BO3和CaCO3進行配制:B203以H3BO3形式引入，B2O3與引入的H3BO3摩爾比為1:2 ;CaO以CaCO3形式引入，CaCO3與CaO摩爾比為1:1 ;球磨混料4h，然后放入氧化鋁坩堝中以1400°C熔制4小時，將熔制好的玻璃水淬進行粉碎，即得到CBS玻璃粉末；
[0010](3)將步驟⑵得到的CBS玻璃粉末與步驟⑴得到的Mg2SnO4粉末以質量比x:(1-χ)進行稱取，其中X = 20~40wt%,球磨混料4h ；
[0011 ] (4)將混合后的粉末，加入5~1wt %聚乙烯醇粘合劑，造粒，依次經60目篩網與100目篩網過篩，得到所需粉末；
[0012](5)將步驟(4)制得粉末進行加壓成形，制備出直徑12mm、厚度7mm的坯體；
[0013](6)將步驟(5)制得的坯體以2V /min升溫到550°C并保溫lh，然后以5°C /min升溫到1200~1300°C并保溫燒結lh，即得到所需的玻璃陶瓷復合絕緣材料。
[0014]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]由于CaO-B2O3-S12(簡稱CBS)玻璃具有軟化點低(約690°C )、介電性能優(yōu)良等特點，可作為燒結助劑降低陶瓷絕緣材料的燒結溫度；加入CaO-B2O3-S12 (簡稱CBS)玻璃組分，在升溫過程中玻璃熔融，形成玻璃液相，顯著降低Mg2SnO4材料的燒結溫度。另外，由于CBS玻璃組分燒結后具有良好的介電性能，從而使Mg2Sn04/CBS復合絕緣材料保持了良好的介電、熱學性能:介電常數ε~7.6 (IMHz)，介電損耗tan δ〈5X 10_3 (IMHz)，絕緣電阻率P >5X 112 Ω.cm，熱導率k>lW/m.K。所制得的玻璃陶瓷絕緣材料能滿足高壓輸電線路絕緣、微電子基板、電容等應用需求。

【具體實施方式】
[0016]以下的實施例可以使本專業(yè)【技術領域】的技術人員更全面的了解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。
[0017]實施例1:
[0018]所述玻璃陶瓷復合絕緣材料的化學表達式為(1-X)Mg2SnO4-XCBS,其中CBS為CaO-B2O3-S12, X = 20wt%，所述CaO-B2O3-S12中各個組分及其摩爾含量分別為=S12占40%, B2O3 占 20%, CaO 占 40%。
[0019]所述玻璃陶瓷復合絕緣材料的制備方法，依次進行以下步驟:
[0020]I)按摩爾比為SnO2:MgO = 1:2稱取，用球磨混料機進行球磨混料4h，然后放入氧化鋁坩堝中以1200°C燒制，球磨制備Mg2SnO4粉末。
[0021]2)稱量Si02、B203(以H3BO3形式引入，且B2O3與引入的H3BO3摩爾比為1:2)和CaO(以CaCO3B式引入，且CaCO3與CaO摩爾比為1:1)摩爾含量分別為40%、20%和40%,用球磨混料機進行球磨混料4h，在1400°C下在氧化鋁坩堝中熔制4h ;將熔制好的玻璃水淬進行粉碎，即得到CBS 玻璃粉末。
[0022]3)稱量Mg2SnO4和CBS粉末質量含量分別為80被％和20被％混合，用球磨混料機進行球磨混料4h，將混合后的粉末加入5wt%聚乙烯醇粘合劑，然后用造粒機進行造粒，依次經60目與100目篩網過篩，得到所需粉末。
[0023]4)稱量上一步驟所制得的粉末，在壓片機下壓制出直徑12mm、厚度7mm的坯體；還體以2V /min升溫到550°C并保溫lh，然后以5°C /min升溫到1250°C并保溫lh，即得本發(fā)明所述玻璃陶瓷復合絕緣材料。
[0024]按照前述配方和步驟制得的玻璃陶瓷復合絕緣材料，各項性能指標為:燒結溫度1250°C，介電常數 ε = 7.66 (IMHz)，介電損耗 tan δ = 2.87X KT3(IMHz)，絕緣電阻率 P=7.14Χ1012Ω.cm，熱導率 k>lW/m.K。
[0025]實施例2:
[0026]所述玻璃陶瓷復合絕緣材料的化學表達式為(1-X)Mg2SnO4-XCBS,其中CBS為CaO-B2O3-S12, X = 25wt%，所述CaO-B2O3-S12中各個組分及其摩爾含量分別為=S12占45%, B2O3 占 15%, CaO 占 40%。
[0027]所述玻璃陶瓷復合絕緣材料的制備方法，依次進行以下步驟:
[0028]I)按摩爾比為Sn02:MgO = 1:2稱取，用球磨混料機進行球磨混料4h，然后放入氧化鋁坩堝中在1200°C燒制，球磨制備Mg2SnO4粉末。
[0029]2)稱量Si02、B203(以H3BO3形式引入，且B2O3與引入的H3BO3摩爾比為1:2)和CaO (以CaCO3B式引入，且CaCO3與CaO摩爾比為1:1)摩爾含量分別為45%、15%和40%，用球磨混料機進行球磨混料4h，在1400°C下在氧化鋁坩堝中熔制4h，將熔制好的玻璃水淬進行粉碎，即得到CBS玻璃粉末。
[0030]3)稱量Mg2SnO4和CBS粉末質量含量分別為75被％和25被％混合，用球磨混料機進行球磨混料4h，將混合后的粉末加入10wt%聚乙烯醇粘合劑，然后用造粒機進行造粒，依次經60目與100目篩網過篩，得到所需粉末。
[0031]4)稱量上一步驟所得粉末，在壓片機下壓制成直徑12mm、厚度7_的坯體；坯體以2V /min升溫到550°C并保溫lh，然后以5°C /min升溫到1300°C并保溫燒結Ih ;即得本發(fā)明所述玻璃陶瓷復合絕緣材料。
[0032]按照前述配方和步驟制得的玻璃陶瓷復合絕緣材料，各項性能指標為:燒結溫度1300°C，介電常數 ε = 7.62 (IMHz)，介電損耗 tan δ = 2.1 X 1(T3 (IMHz)，絕緣電阻率 P =
5.84X 112 Ω.cm，熱導率 k>lW/m.K。
[0033]實施例3:
[0034]所述玻璃陶瓷復合絕緣材料的化學表達式為(1-X)Mg2SnO4-XCBS,其中CBS為CaO-B2O3-S12, X = 40wt%，所述CaO-B2O3-S12中各個組分及其摩爾含量分別為=S12占50%, B2O3 占 10%, CaO 占 40%。
[0035]所述玻璃陶瓷復合絕緣材料的制備方法，依次進行以下步驟:
[0036]I)按摩爾比為Sn02:MgO = 1:2稱取，用球磨混料機進行球磨混料4h，然后放入氧化鋁坩堝中在1200°C燒制，球磨制備Mg2SnO4粉末。
[0037]2)稱量Si02、B203(以H3BO3形式引入，且B2O3與引入的H3BO3摩爾比為1:2)和CaO(以CaCO3B式引入，且CaCO3與CaO摩爾比為1:1)摩爾含量分別為50%、10%和40%，在1400°C下在氧化鋁坩堝中熔制4h，將熔制好的玻璃水淬進行粉碎，得到CBS玻璃粉末。
[0038]3)稱量Mg2SnO4和CBS粉末質量含量分別為60被％和40被％混合，用球磨混料機進行球磨混料4小時，將混合后的粉末加入7.5wt%聚乙烯醇粘合劑，然后用造粒機進行造粒，依次經60目與100目篩網過篩，得到所需粉末。
[0039]4)稱量上一步驟所得粉末，在壓片機下壓制成直徑12mm、厚度7mm的坯體；坯體以2V /min升溫到550°C并保溫lh，然后以5°C /min升溫到1200°C并保溫燒結lh，即得本發(fā)明所述玻璃陶瓷復合絕緣材料。
[0040]按照前述配方和步驟制得的玻璃陶瓷復合絕緣材料，各項性能指標為:燒結溫度1200°C，介電常數 ε = 7.51 (IMHz)，介電損耗 tan δ = 4.47X KT3(IMHz)，絕緣電阻率 P=5.91 X 112 Ω .cm,熱導率 k>lff/m.K。
[0041]因此，本發(fā)明的實際范圍不僅包括所公開的實施例，還包括在權利要求書之下實施或者執(zhí)行本發(fā)明的所有等效方案。
【權利要求】
1.一種玻璃陶瓷復合絕緣材料，其特征在于，所述玻璃陶瓷復合絕緣材料的化學表達式為(1-X)Mg2SnO4 - xCBS，其中 CBS 為 CaO-B2O3-S12, x = 20 ~40wt%，所述 CaO-B2O3-S12中各個組分及其摩爾含量分別為=S12占40~50%，B2O3占10~20%，CaO占40%。
2.一種基于權利要求1中所述的玻璃陶瓷復合絕緣材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)取原料SnO2和1%0，且其摩爾比為1: 2，進行球磨混料4h，然后放入氧化鋁坩堝中以1200°C進行燒制，然后球磨制得Mg2SnO4粉末； (2)取Si02、H3BO3和CaCO3進行配制=B2O3以H3BO3形式引入，B2O3與引入的H3BO3摩爾比為1:2 ;CaO以CaCO3形式引入，CaCO3與CaO摩爾比為1:1 ;球磨混料4h，然后放入氧化鋁坩堝中以1400°C熔制4小時，將熔制好的玻璃水淬進行粉碎，即得到CBS玻璃粉末； (3)將步驟⑵得到的CBS玻璃粉末與步驟⑴得到的Mg2SnO4粉末以質量比X: (1-χ)進行稱取，其中X = 20~40wt%,球磨混料4h ； (4)將步驟(3)中混合后的粉末，加入5~10wt%聚乙烯醇粘合劑，造粒，依次經60目篩網與100目篩網過篩，得到所需粉末； (5)將步驟(4)制得粉末進行加壓成形，制備出直徑12mm、厚度7mm的坯體； (6)將步驟(5)制得的坯體以2V/min升溫到550°C并保溫lh，然后以5°C /min升溫到1200~1300°C并保溫燒結lh，即得到所需的玻璃陶瓷復合絕緣材料。
【文檔編號】C04B30/00GK104177060SQ201410381185
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月5日 優(yōu)先權日:2014年7月14日
【發(fā)明者】張啟龍, 周玨輝, 劉進壯, 楊輝 申請人:浙江大學