微球及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及一種負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球及其制備方法，屬于負(fù)熱膨脹系數(shù)功能材料研宄領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]負(fù)熱膨脹系數(shù)材料因其自身具有很低的熱膨脹系數(shù)，使得材料在經(jīng)歷溫度變化時(shí)能夠保持尺寸穩(wěn)定性，因而在電子封裝、光學(xué)器件、靈敏原件和其他精密系統(tǒng)中受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。但是負(fù)熱膨脹系數(shù)材料還有許多亟待解決的問題。傳統(tǒng)化學(xué)法制備負(fù)熱膨脹系數(shù)材料，雖然能夠得到較低的熱膨脹系數(shù)，但往往面臨著燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，消耗能量多，顆粒粒徑不均一等問題，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。另一方面，雖然經(jīng)過機(jī)械球磨可以得到顆粒分布均一的顆粒，但球磨過程往往耗能費(fèi)時(shí)，材料顆粒球形度也往往較低，達(dá)不到電子封裝、光學(xué)器件等精密系統(tǒng)封裝的苛刻要求。因此開發(fā)制備工藝效率高、粒徑分布均一、球形度好的負(fù)膨脹材料微球已成為當(dāng)今熱點(diǎn)和重點(diǎn)。
[0003]LiAlS14的熱膨脹系數(shù)約為-6X 10 ^Γ1,對(duì)于復(fù)合材料來說，添加具有負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlSiCV^，可以顯著降低復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)，對(duì)改善材料的性能有顯著的作用。En-bo zhu 等(China.1ntegrated.Circuit 2014, 3, 53 - 56)以球形二氧化娃作為環(huán)氧膜材料(EMC)的添加劑，有效降低了 EMC填料對(duì)設(shè)備的磨損度，提高了 EMC的可靠性和操作性，進(jìn)而提高了封裝體的可靠性。但二氧化硅微球的膨脹系數(shù)沒有達(dá)到理想的負(fù)熱膨脹系數(shù)要求，影響了 EMC的電性能和穩(wěn)定性。Bo Wang等(CERAMICS INTERNAT1NAL2014，40，2853-2856)利用SiC和不同粒度的LiAlSiCVfjij得負(fù)熱膨脹系數(shù)的LAS/SiC多孔陶瓷，且多孔陶瓷的負(fù)熱膨脹系數(shù)隨LiAlS14粒度增加而更低。但其負(fù)熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)沒有達(dá)到更低的要求，且LAS/SiC多孔陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度有待增強(qiáng)。Wei Zhang等(Bulletin OfThe Chinese Ceramic Society 2008，2，243-253)，將具有負(fù)熱膨脹系數(shù)的鋰霞石加入到Al2O3中中，通過無壓燒結(jié)工藝，制備出了氧化鋁-鋰霞石復(fù)合抗熱震陶瓷，提高了氧化鋁陶瓷的抗熱震性。但顯微結(jié)構(gòu)看出LAS/SiC多孔陶瓷晶粒的邊緣有明顯的棱角，這樣的陶瓷雖可緩解一定的熱應(yīng)力，但遠(yuǎn)沒達(dá)到更高的抗熱震要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提供一種負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球及其制備方法。
[0005]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:一種負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球，所述LiAlS14微球粒徑在1-30微米之間分布，負(fù)熱膨脹系數(shù)為-6.5 X 10 _6?(-7) X 10之間。
[0006]一種負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1j^t的制備，將Li 2C03、Si02、Al203粉末在研缽中混合均勻；升溫至1300-1400°C燒熔并保溫5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14塊體；將塊體球磨，得到不同粒徑的LiAlS14微粒；用去離子水溶解球磨過的LiAlS14微粒，得到溶膠；將溶膠于乙炔氣氛下進(jìn)行火焰噴射后得到負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球。
[0007]上述步驟中，原料中Li2C03、Si02、Al2O3的摩爾比為1:1:2。
[0008]上述步驟中，冰水溫度不高于5°C。
[0009]上述步驟中，1^么15丨04塊體球磨時(shí)間為2_12h。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011](I)本發(fā)明的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球負(fù)熱膨脹系數(shù)最高可達(dá)-7 X 10
[0012](2)本發(fā)明的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球粒度在1-30微米之間可控，且粒度分布均勻。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1jj球制備方法流程圖。
[0014]圖2為制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球的XRD圖。
[0015]圖3為制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球的SEM圖。
[0016]圖4為制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球的熱膨脹圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018]一種負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1jj球的制備方法，其流程如圖1，包括有以下步驟:
[0019](I)采用Li2CO3, Si02，Al2O3粉末作為原料，其中摩爾比1: 1: 2，在研缽中混合均勻。
[0020](2)將混合均勻的顆粒升溫至1300-1400°C燒熔并保溫5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14塊體。
[0021](3)將制備的1^八15104塊體球磨2-12h，得到不同粒徑的LiAlS14微粒。用去離子水溶解球磨過的LiAlS14微粒，得到溶膠。
[0022](4)將火焰噴槍連接氧氣、乙炔和氬氣，點(diǎn)燃噴槍，調(diào)節(jié)氧乙炔火焰為中性焰；將制備好的溶膠加入噴槍料斗中，用氬氣射流負(fù)壓將溶膠吸入噴槍中，經(jīng)噴頭霧化后噴射入高溫的氧乙炔火焰中。用冷卻蒸餾水收集反應(yīng)后的微粒，干燥后得到負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1;!球。
[0023]實(shí)施例1
[0024]負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1jj球的制備方法(具體過程如圖1所示):
[0025]將0.3mol Li2CO3粉末，0.3mol S12粉末，0.6mol Al 203粉末，在研缽中混合均勻，將混合均勻的顆粒升溫至1300°C燒熔并保溫5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14塊體。將制備的1^々13104塊體球磨2h，得到LiAlS14微粒。用去離子水溶解球磨過的LiAlS14微粒，得到溶膠。將溶膠于乙炔氣氛下進(jìn)行火焰噴射后得到負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1;!球。
[0026]上述實(shí)施例1中制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球的XRD圖，如圖2所示，可以看出在合成溫度1300°C，主晶相是LiAlS14，說明已合成大量的鋰霞石(LiAlS14)，內(nèi)部還含有少許的Li2Al2Si2O10O
[0027]上述實(shí)施例1中制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球的SEM圖，如圖3所示，可以看出在合成溫度1300°C，且經(jīng)球磨2h后，LiAlS14微球粒徑分布2_30um，球形度很好。
[0028]上述實(shí)施例1中制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1jj球的熱膨脹圖，如圖4所示，可以得出在合成溫度1300°C，且經(jīng)球磨2h后，LiAlS14微球負(fù)熱膨脹系數(shù)達(dá)-6.5X10.6K'
[0029]實(shí)施例2
[0030]將0.3mol Li2CO3粉末，0.3mol S12粉末，0.6mol Al 203粉末，在研缽中混合均勻，將混合均勻的顆粒升溫至1350°C燒熔并保溫5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14塊體。將制備的1^々13104塊體球磨7h，得到LiAlS14微粒。用去離子水溶解球磨過的LiAlS14微粒，得到溶膠。將溶膠于乙炔氣氛下進(jìn)行火焰噴射后得到負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1;!球。
[0031]上述實(shí)施例2中制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球的XRD圖中，可以得出在合成溫度1350°C，主晶相仍是LiAlS14，說明已合成大量的鋰霞石(LiAlS14)。
[0032]上述實(shí)施例2中制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球的SEM圖中，可以得出在合成溫度1350°C，且經(jīng)球磨7h后，LiAlS14微球粒徑分布l_19um，球形度很好。
[0033]上述實(shí)施例2中制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球的熱膨脹圖中，可以得出在合成溫度1350°C，且經(jīng)球磨7h后，LiAlS1jj球負(fù)熱膨脹系數(shù)達(dá)-6.8X 10 -?'
[0034]實(shí)施例3
[0035]負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1jj球的制備方法(具體過程如圖1所示):
[0036]將0.3mol Li2CO3粉末，0.3mol S12粉末，0.6mol Al 203粉末，在研缽中混合均勻，將混合均勻的顆粒升溫至1400°C燒熔并保溫5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14塊體。將制備的1^々13104塊體球磨12h，得到LiAlS14微粒。用去離子水溶解球磨過的LiAlS14微粒，得到溶膠。將溶膠于乙炔氣氛下進(jìn)行火焰噴射后得到負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1;!球。
[0037]上述實(shí)施例3中制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球的XRD圖中，可以得出在合成溫度1400°C，主晶相仍是LiAlS14，說明存在大量的鋰霞石(LiAlS14)。
[0038]上述實(shí)施例3中制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球的SEM圖中，可以得出在合成溫度1400°C，且經(jīng)球磨12h后，LiAlS14微球粒徑分布l_13um，球形度很好。
[0039]上述實(shí)施例3中制備的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球的熱膨脹圖中，可以得出在合成溫度1400°C，且經(jīng)球磨12h后，LiAlS1jj球負(fù)熱膨脹系數(shù)達(dá)-7.0X 10 -?'
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS14微球，其特征在于，所述LiAlS14微球粒徑在1-30微米之間分布，負(fù)熱膨脹系數(shù)為-6.5X 10_6?(-7) X 10 -6K'
2.一種負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1jj球的制備方法，其特征在于，將Li 2C03、S12, Al2O3粉末在研缽中混合均勻；升溫至1300-1400°C燒熔并保溫5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14塊體；將塊體球磨，得到不同粒徑的LiAlS14微粒；用去離子水溶解球磨過的LiAlS14微粒，得到溶膠；將溶膠于乙炔氣氛下進(jìn)行火焰噴射后得到負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1;!球。
3.如權(quán)利要求1所述的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1jj球的制備方法，其特征在于，原料中 Li2C03、Si02、Al2O3的摩爾比為 1:1:2。
4.如權(quán)利要求1所述的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1;!球的制備方法，其特征在于，冰水溫度不高于5°C。
5.如權(quán)利要求1所述的負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlS1jj球的制備方法，其特征在于，1^八15104塊體球磨時(shí)間為2-12h。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlSiO4微球及其制備方法。所述LiAlSiO4微球是將Li2CO3、SiO2、Al2O3粉末在研缽中混合均勻，升溫至1300-1400 oC燒熔并保溫5 h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlSiO4塊體，將塊體球磨，得到不同粒徑的LiAlSiO4微粒，然后用去離子水溶解球磨過的LiAlSiO4微粒，得到溶膠，最后將溶膠于乙炔氣氛下進(jìn)行火焰噴射后得到負(fù)熱膨脹系數(shù)的LiAlSiO4微球。本發(fā)明通過兩步法制得粒徑可控、分布均一、球形度良好的負(fù)熱膨脹系數(shù)材料。
【IPC分類】C04B35-622, C04B35-16
【公開號(hào)】CN104803666
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510182547
【發(fā)明人】姜煒, 王田禾, 周帥, 李鳳生, 田仁兵
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年4月16日