一種制備微孔貫通二氧化硅燒結(jié)體蒸鍍材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種制備微孔貫通二氧化硅燒結(jié)體蒸鍍材料的方法，改變了現(xiàn)有技術(shù)中二氧化硅燒結(jié)體蒸鍍材料制備的一貫偏見，改進(jìn)了工藝，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的前提下進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。為了達(dá)到所述效果，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種制備微孔貫通二氧化硅燒結(jié)體蒸鍍材料的方法，依次包括以下步驟：1)制備高純等徑顆粒二氧化硅粉體；2)制備有機硅材料與高純微粉相結(jié)合的粘合劑；3)顆粒涂敷；4)高壓成型；5)中溫?zé)Y(jié)；6)檢測包裝。通過這樣的技術(shù)方案，本發(fā)明用微孔貫通二氧化硅取代傳統(tǒng)使用的熔融二氧化硅，使制備二氧化硅蒸鍍材料的能耗、成本大幅度降低，完全適用生產(chǎn)高質(zhì)量二氧化硅薄膜的要求。而且成本更低，產(chǎn)品質(zhì)量更佳。
【專利說明】一種制備微孔貫通二氧化硅燒結(jié)體蒸鍍材料的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微孔貫通燒結(jié)體制備鍍膜材料的技術(shù)，特別涉及一種微孔貫通燒結(jié)體制備二氧化硅蒸鍍材料的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)鍍膜材料是制備各種光學(xué)薄膜的起始原料，二氧化硅是最重要和最常用的起始蒸鍍材料之一。二氧化硅鍍膜是一種高純氧化膜。具有介電性能穩(wěn)定、耐潮性好、電容溫度系數(shù)小和介質(zhì)損耗角正切值小等優(yōu)點。因此在現(xiàn)代化生產(chǎn)中需求非常大。在氣相沉積二氧化硅薄膜時，將小顆粒(或片狀)二氧化硅材料置于真空室的蒸發(fā)坩堝中，用電子束加熱、熔融、蒸發(fā)，形成二氧化硅單層薄膜或多層膜堆(系)，組成各種功能的光學(xué)濾光器，反射膜，減反膜(增透膜)和包裝阻隔膜等。在薄膜沉積過程中，必須保持足夠高的真空度以保證氣體分子有足夠的自由程和相應(yīng)的沉積速率。同時，還要求嚴(yán)格控制發(fā)射角。為保證膜層的光學(xué)性能或功能特性，必須保證膜層厚度、組分和結(jié)構(gòu)均勻一致。這就對所使用的蒸鍍起始材料提出了相應(yīng)的技術(shù)要求。目前國內(nèi)外大量使用的二氧化硅鍍膜材料都是使用經(jīng)過高溫熔融的玻璃態(tài)石英顆粒、板材和塊材。這種經(jīng)過高溫熔融的材料有足夠高的致密度,幾乎無氣孔和低熔點雜質(zhì)、物理吸附水和結(jié)晶水。這種鍍膜材料的傳統(tǒng)制備過程中都是經(jīng)過高于1750°C熔融一冷加工成相應(yīng)的形狀一清洗一1000?1100°C熱處理等工藝流程，才能達(dá)到上述的相關(guān)技術(shù)要求。例如專利號為200710025480.7的發(fā)明專利《二氧化硅蒸鍍材料的制備方法》中就公開了一種二氧化硅蒸鍍材料的制備方法，先將一組的二氧化硅棒用切割機預(yù)切成長度相同的短棒，并清洗烘干，然后在物料板上涂上厭氧膠粘接劑，將一組二氧化硅棒緊密并排粘接于該物料板后烘干，然后將一組切割鋸片與一組隔板，通過切割鋸片與隔板兩兩間隔設(shè)置，緊密并排固定于切割機床主軸，再將粘接有該二氧化硅棒的物料板對應(yīng)固定于該切割機床操作臺，卡緊并切割，形成二氧化硅顆粒，最后將二氧化硅顆粒從物料板上鏟下，通過沸水清洗并烘干，形成二氧化硅蒸鍍材料，相鄰兩切割鋸片間的間距設(shè)為二氧化硅棒直徑，這樣運用該方法可以制備結(jié)構(gòu)均勻一致的二氧化硅蒸鍍材料，從而蒸發(fā)時蒸汽的發(fā)射角幾乎不變，蒸發(fā)速率也均勻，成膜密度也一致，成品率高。
[0003]但是實際操作過程中就會發(fā)現(xiàn)這是一個高能耗和耗費大量人力物力的過程。由于石英的硬度為莫氏7.0，在切割機切割過程中必須使用大量價格不菲的金剛石磨料，還不可避免地使鍍膜材料被污染。這樣不僅制作成本高，而且即使成品后產(chǎn)品質(zhì)量也不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種制備微孔貫通二氧化硅燒結(jié)體蒸鍍材料的方法，改變了現(xiàn)有技術(shù)中二氧化硅燒結(jié)體蒸鍍材料制備的一貫偏見，改進(jìn)了工藝，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的前提下進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。
[0005]為了達(dá)到所述效果，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種制備微孔貫通二氧化硅燒結(jié)體蒸鍍材料的方法，依次包括以下步驟:
[0006]I)制備高純等徑顆粒二氧化硅粉體；
[0007]2)制備有機硅材料與高純微粉相結(jié)合的粘合劑；
[0008]3)顆粒涂敷:將粘合劑充分分散均勻地包裹在材料顆粒周圍，并使材料顆粒之間均勻緊密地粘合在一起；
[0009]4)高壓成型:在高壓作用下形成具有孔徑適度的微孔貫通結(jié)構(gòu)的素坯；
[0010]5)中溫?zé)Y(jié):燒結(jié)形成微孔貫通的燒結(jié)體二氧化硅蒸鍍材料；
[0011]6)檢測包裝:檢測并對合格產(chǎn)品進(jìn)行包裝。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟I)中制備高純等徑顆粒二氧化硅粉體的具體方式為對高純二氧化硅原料，經(jīng)過振動篩選、淘洗和再次提純的步驟，最終獲得顆粒接近等徑分布的高純二氧化硅粉體。
[0013]優(yōu)選的，所述顆粒接近等徑分布高純二氧化硅粉體的直徑誤差不超過5%。顆粒誤差過大會影響到最終產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。
[0014]優(yōu)選的，所述步驟2)中，篩選和合成對較粗二氧化硅粉體具有強偶聯(lián)作用的有機硅材料與高純微粉相結(jié)合的粘合劑，制備機械強度較高、能大幅度降低燒結(jié)溫度的素坯。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟2)中采用的粘合劑由硅酮膠，正構(gòu)十四烷烴，硅油配置而成。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟4)中采用的壓力為600_1000Kg/cm2。如果壓力太小，根本無法壓結(jié)成型。如果壓力大于lOOOKg/cm2，則整個材料會由于太緊導(dǎo)致微孔的變形，這樣會導(dǎo)致間隙小，微孔易堵塞，影響最終成品的質(zhì)量。在此需要說明的是本發(fā)明由于采用了獨特的粘合劑的關(guān)系才能采用這樣的壓力下限，如果用別的材料的話，壓力下限至少要提高到SOOKg/cm2
[0017]優(yōu)選的，所述步驟5)中采用的溫度為1300—1400°C，加工時間為12-16小時。過低的溫度不能有效加工，而溫度太高則會導(dǎo)致材料收縮過烈，難以形成微孔。這個溫度對于現(xiàn)有技術(shù)中石英的1750度以上的熔融溫度相比降低了很多，節(jié)省能源。
[0018]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019]用微孔貫通二氧化硅取代傳統(tǒng)使用的熔融二氧化硅，使制備二氧化硅蒸鍍材料的能耗、成本大幅度降低，完全適用生產(chǎn)高質(zhì)量二氧化硅薄膜的要求。而且成本更低，產(chǎn)品質(zhì)量更佳。
[0020]本發(fā)明依據(jù)固相反應(yīng)燒結(jié)原理，通過高純等徑顆粒二氧化硅粉體制備、微孔貫通結(jié)構(gòu)設(shè)計、有機硅粘合劑篩選、合理的成型和燒結(jié)條件，在中溫在1300--1400°C附近制備微孔貫通的二氧化硅燒結(jié)材料，用作二氧化硅薄膜沉積的蒸鍍材料。能保證膜層厚度的高度均勻以及膜層的組分、結(jié)構(gòu)的均勻一致。滿足用戶對膜層的光學(xué)性能或功能特性的要求。
[0021]進(jìn)一步，由于燒結(jié)溫度的降低，以及加工時不需要切割，因此和對比文件相比，本發(fā)明成本上要節(jié)約30%以上，而且更為環(huán)保，幾乎沒有污染。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0022]圖1為本發(fā)明一種制備微孔貫通二氧化硅燒結(jié)體蒸鍍材料的方法的工藝流程圖?！揪唧w實施方式】:
[0023]如圖1所示，簡單的說，本發(fā)明依據(jù)固相反應(yīng)燒結(jié)原理，通過高純等徑顆粒二氧化硅粉體制備、微孔貫通結(jié)構(gòu)設(shè)計、有機硅粘合劑篩選、合理的成型和燒結(jié)條件，在中溫在1300--1400°C附近制備微孔貫通的二氧化硅燒結(jié)材料，用作二氧化硅薄膜沉積的蒸鍍材料。
[0024]具體表現(xiàn)為:依次包括以下步驟:
[0025]I)制備高純等徑顆粒二氧化硅粉體；
[0026]2)制備有機硅材料與高純微粉相結(jié)合的粘合劑；
[0027]3)顆粒涂敷:將粘合劑充分分散均勻地包裹在材料顆粒周圍，并使材料顆粒之間均勻緊密地粘合在一起；
[0028]4)高壓成型:在高壓作用下形成具有孔徑適度的微孔貫通結(jié)構(gòu)的素坯；
[0029]5)中溫?zé)Y(jié):燒結(jié)形成微孔貫通的燒結(jié)體二氧化硅蒸鍍材料；
[0030]6)檢測包裝:檢測并對合格產(chǎn)品進(jìn)行包裝。
[0031]其中:所述步驟I)中制備高純等徑顆粒二氧化硅粉體的具體方式為對高純二氧化硅原料，經(jīng)過振動篩選、淘洗和進(jìn)一步提純(除去過程中引入的雜質(zhì)和固體狀微粉)等工藝，制備接近等徑分布的高純二氧化硅。
[0032]傳統(tǒng)意義上的燒結(jié)材料的粒徑通常具有較平坦的粒徑分布，而其中存在的相當(dāng)部分的細(xì)顆粒材料將填充在坯體的孔隙中，對微孔貫通的要求是相悖的。同時，主體顆粒尺度的大小將直接影響坯體的密度和沉積時真空的抽速，是一對矛盾的技術(shù)參數(shù)。因此通過本發(fā)明所述的技術(shù)方案進(jìn)行加工，才能保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量可靠。
[0033]其中的高純指的是材料的化學(xué)純度要足夠的高，至少到99.99%的純度，因為如果包含了不同的材料組分，形成的膜層的光學(xué)性能或功能特性各不相同，而且各個成分之間的熔點和蒸汽壓相去甚遠(yuǎn)，在同一個蒸鍍條件下的蒸發(fā)、沉積速率大不一樣，會破壞膜層的厚度均勻性，也會使膜層包含雜相。其次，要求材料的結(jié)構(gòu)和密度均勻一致，以保證蒸發(fā)速率的穩(wěn)定。第三，鍍膜材料不能含有閉口氣孔和物理吸附水或結(jié)晶水。這些缺陷的存在會使真空度下降，尤其是在加熱和蒸鍍過程中閉口氣孔會在臨界點瞬間爆裂，造成鍍料的噴濺，在膜層表面形成尺度不同的濺點，使膜層質(zhì)量嚴(yán)重下降。同時，氣體的釋放會使真空室內(nèi)的真空度大幅度下降，嚴(yán)重時會造成電子槍進(jìn)入保護性中斷狀態(tài)；而水分子中的氫氧離子在高溫高真空條件下的分解不但會降低真空度，也可能改變真空室體內(nèi)的氫、氧濃度，造成膜層的相結(jié)構(gòu)的差異。制備所得的顆粒接近等徑分布高純二氧化硅粉體的直徑誤差不超過5%。
[0034]所述步驟2)中，篩選和合成對較粗二氧化硅粉體具有強偶聯(lián)作用的有機硅材料與高純微粉相結(jié)合的粘合劑，制備機械強度較高、能大幅度降低燒結(jié)溫度的素坯。傳統(tǒng)的多孔材料制備技術(shù)中所使用的粘合劑的種類很多，其制備技術(shù)也是非常成熟。但是，由于微孔貫通要求下的等徑顆粒材料中已除去了具有較強偶聯(lián)作用的二氧化硅細(xì)粉，而最終產(chǎn)品的微孔尺寸要求又決定了原材料顆粒粒徑應(yīng)該是較粗的，所以不具有大的化學(xué)活性和燒結(jié)驅(qū)動力。為此，要求在燒成過程中能分解產(chǎn)生具有巨大的界面能和燒結(jié)驅(qū)動力的納米級二氧化硅微粉以降低燒結(jié)溫度。所以，生產(chǎn)能滿足上述要求的粘合劑的生產(chǎn)技術(shù)十分重要。
[0035]本發(fā)明中所述步驟2)中采用的粘合劑由硅酮膠，正構(gòu)十四烷烴，硅油配置而成。具體的配置比例根據(jù)實際的情況進(jìn)行調(diào)整。對于顆粒較大的二氧化硅粉體，所述硅酮膠，正構(gòu)十四烷烴，硅油之間的比例為3:1:4。而對于顆粒較小的二氧化硅粉體，所述硅酮膠，正構(gòu)十四烷烴，硅油之間的比例為2:1:3。
[0036]成型后的素坯必須有微孔貫通的結(jié)構(gòu)，使所有相連接的材料顆粒周圍十分均勻地涂敷上薄薄一層粘合劑，使粘合劑充分均勻地包裹在材料顆粒周圍，同時，在合適的壓力(600 -1000Kg/cm2)條件下，并使材料顆粒之間均勻緊密地粘合在一起。形成具有孔徑適度的微孔貫通結(jié)構(gòu)的素坯。
[0037]燒成工藝流程將滿足整個燒結(jié)過程的技術(shù)要求:在燒結(jié)前期(排塑期)，有機硅材料與高純微粉相結(jié)合的粘合劑分解產(chǎn)生高純的二氧化硅納米級微粉，在燒結(jié)中期，這些微粉先于材料顆粒液化，微熔成液相將相鄰顆粒間距縮短；在燒結(jié)后期，相鄰顆粒間距進(jìn)一步縮短，形成擴散通道，完成質(zhì)量傳遞，相互貫通的孔徑變小，機械強度增加。最終制成微孔尺度為6 - - 10微米的二氧化硅蒸鍍材料，供沉積二氧化硅薄膜應(yīng)用。
[0038]綜上，根據(jù)密堆積原理，粒徑相近的二氧化硅粉體，是搭建空洞相互貫通的坯體骨架的基礎(chǔ)。粉體顆粒之間必須用粘合劑加以粘合。因此，首先合成、篩選適用的有機粘合齊IJ，對二氧化硅粉體顆粒具有足夠強的偶聯(lián)作用；接著采用合理的成型技術(shù)，使粘合劑均勻地包裹在材料顆粒周圍，并使材料顆粒之間均勻緊密地粘合在一起；然后，在合適的燒成條件下，粘合劑在燒結(jié)初期分解產(chǎn)生極細(xì)的二氧化硅微粉(具有很大的化學(xué)活性和燒結(jié)驅(qū)動力)；在燒結(jié)中期，這些微粉先于材料顆粒液化，將相鄰顆粒間距縮短；在燒結(jié)后期，相鄰顆粒間距進(jìn)一步縮短，相互貫通的空洞尺度變小，同時在“蒸發(fā)-凝聚”擴散機制作用下，材料顆粒間形成質(zhì)量傳遞，最終完成燒結(jié)過程。
[0039]具體實施例1:
[0040]用市購的硅酮膠，正構(gòu)十四烷烴，硅油按2:1:3比例配制的專用粘合劑，與純度為4N2的150目S12粉體以1: 0.06比例充分混合均勻后以600kg/cm2壓力成型制備Φ25Χ3ΜΜ的素坯，在1300°C，12小時條件下燒成純白色的圓片，氣孔率為28%，經(jīng)鍍膜試驗:采用700型箱式鍍膜機，不經(jīng)過預(yù)熔，電子束加熱蒸鍍，無噴濺；連續(xù)鍍膜3分鐘，真空度穩(wěn)定，放氣量為1.2Xl(T5T00r，用這種微孔貫通燒結(jié)體材料沉積的光學(xué)鍍層，在波長為500nm處折射率為1.46，消光系數(shù)< I X 10_4。成膜具有高耐久性和密著性。需要注意的是，這個實施方式中，我們采用了 1300°C較低的溫度，但是燒結(jié)時間為12小時較短的時間。因此最后的成品的整體強度并不高，但是成品的氣孔成型較為完美，光學(xué)性能好，適用于對成品光學(xué)要求高的場合。
[0041]具體實施例2:
[0042]用市購的硅酮膠，正構(gòu)十四烷烴，硅油按3:1:4比例配制的專用粘合劑，與純度為4N2的270目S12粉體以1:0.16比例充分混合均勻后以1000kg/cm2壓力成型制備Φ30Χ6ΜΜ的素坯，在1400°C，16小時的條件下燒成純白色的圓片，氣孔率為24%，經(jīng)鍍膜試驗:采用700型箱式鍍膜機，不經(jīng)過預(yù)熔，電子束加熱蒸鍍，無噴濺；連續(xù)鍍膜3分鐘，真空度穩(wěn)定，放氣量為1.12X 1-5Toor,用這種微孔貫通燒結(jié)體材料沉積的光學(xué)鍍層，在波長為500nm處折射率為1.46，消光系數(shù)< I X 10_4。成膜具有高耐久性和密著性。需要注意的是，這個實施方式中，我們采用了 1400°C較高的溫度，但是燒結(jié)時間為16小時較長的時間。因此最后的成品的整體強度非常高，但是由于在高溫下長時間進(jìn)行燒結(jié)，成品的氣孔變形較為嚴(yán)重，光學(xué)性能受到一定的影響，這樣的實施方式適用于對成品的強度要求較高的場口 ο
[0043]以上所述實施例僅表達(dá)了對本發(fā)明的解釋說明，并不是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的保護范圍涵蓋所有根據(jù)本發(fā)明所做的等效變換、改良和擴展。此外，本發(fā)明的制備技術(shù)也適用于其它復(fù)合氧化物蒸鍍材料的制備。
【權(quán)利要求】
1.一種制備微孔貫通二氧化硅燒結(jié)體蒸鍍材料的方法，其特征在于:依次包括以下步驟: 1)制備高純等徑顆粒二氧化硅粉體； 2)制備有機硅材料與高純微粉相結(jié)合的粘合劑； 3)顆粒涂敷:將粘合劑充分分散均勻地包裹在材料顆粒周圍，并使材料顆粒之間均勻緊密地粘合在一起； 4)高壓成型:在高壓作用下形成具有孔徑適度的微孔貫通結(jié)構(gòu)的素坯； 5)中溫?zé)Y(jié):燒結(jié)形成微孔貫通的燒結(jié)體二氧化硅蒸鍍材料； 6)檢測包裝:檢測并對合格產(chǎn)品進(jìn)行包裝。
2.如權(quán)利要求1所述的微孔貫通燒結(jié)體二氧化硅蒸鍍材料的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中制備高純等徑顆粒二氧化硅粉體的具體方式為對高純二氧化硅原料，經(jīng)過振動篩選、淘洗和再次提純的步驟，最終獲得顆粒接近等徑分布的高純二氧化硅粉體。
3.如權(quán)利要求2所述的微孔貫通燒結(jié)體二氧化硅蒸鍍材料的制備方法，其特征在于:所述顆粒接近等徑分布高純二氧化硅粉體的直徑誤差不超過5%。
4.如權(quán)利要求1所述的微孔貫通燒結(jié)體二氧化硅蒸鍍材料的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中，篩選和合成對較粗二氧化硅粉體具有強偶聯(lián)作用的有機硅材料與高純微粉相結(jié)合的粘合劑，制備機械強度較高、能大幅度降低燒結(jié)溫度的素坯。
5.如權(quán)利要求4所述的微孔貫通燒結(jié)體二氧化硅蒸鍍材料的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中采用的粘合劑由硅酮膠，正構(gòu)十四烷烴，硅油配置而成。
6.如權(quán)利要求1所述的微孔貫通燒結(jié)體二氧化硅蒸鍍材料的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中采用的壓力為600-1000Kg/cm2。
7.如權(quán)利要求1所述的微孔貫通燒結(jié)體二氧化硅蒸鍍材料的制備方法，其特征在于:所述步驟5)中采用的溫度為1300—1400°C，加工時間為12-16小時。
【文檔編號】C04B35/14GK104372293SQ201410418740
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】華永校, 鄧維體, 饒晨, 鄭鑫森 申請人:華永校