[发明专利]一种负热膨胀系数的LiAlSiO4微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种负热膨胀系数的LiAlSiO₄微球及其制备方法，属于负热膨胀系数功能材料研究领域。

背景技术

负热膨胀系数材料因其自身具有很低的热膨胀系数，使得材料在经历温度变化时能够保持尺寸稳定性，因而在电子封装、光学器件、灵敏原件和其他精密系统中受到广泛的关注和应用。但是负热膨胀系数材料还有许多亟待解决的问题。传统化学法制备负热膨胀系数材料，虽然能够得到较低的热膨胀系数，但往往面临着烧结时间长，消耗能量多，颗粒粒径不均一等问题，限制了其大规模应用。另一方面，虽然经过机械球磨可以得到颗粒分布均一的颗粒，但球磨过程往往耗能费时，材料颗粒球形度也往往较低，达不到电子封装、光学器件等精密系统封装的苛刻要求。因此开发制备工艺效率高、粒径分布均一、球形度好的负膨胀材料微球已成为当今热点和重点。

LiAlSiO₄的热膨胀系数约为-6×10^-6K^-1,对于复合材料来说，添加具有负热膨胀系数的LiAlSiO₄后，可以显著降低复合材料的热膨胀系数，对改善材料的性能有显著的作用。En-bo zhu等(China.Integrated.Circult 2014,3,53–56)以球形二氧化硅作为环氧膜材料(EMC)的添加剂，有效降低了EMC填料对设备的磨损度，提高了EMC的可靠性和操作性，进而提高了封装体的可靠性。但二氧化硅微球的膨胀系数没有达到理想的负热膨胀系数要求，影响了EMC的电性能和稳定性。Bo Wang等(CERAMICS INTERNATIONAL 2014,40,2853-2856)利用SiC和不同粒度的LiAlSiO₄制得负热膨胀系数的LAS/SiC多孔陶瓷，且多孔陶瓷的负热膨胀系数随LiAlSiO₄粒度增加而更低。但其负热膨胀系数远没有达到更低的要求，且LAS/SiC多孔陶瓷的机械强度有待增强。Wei Zhang等(Bulletin Of The Chinese Ceramic Society 2008,2,243-253)，将具有负热膨胀系数的锂霞石加入到Al₂O₃中中，通过无压烧结工艺，制备出了氧化铝-锂霞石复合抗热震陶瓷，提高了氧化铝陶瓷的抗热震性。但显微结构看出LAS/SiC多孔陶瓷晶粒的边缘有明显的棱角，这样的陶瓷虽可缓解一定的热应力，但远没达到更高的抗热震要求。

发明内容

本发明目的是提供一种负热膨胀系数的LiAlSiO₄微球及其制备方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种负热膨胀系数的LiAlSiO₄微球，所述LiAlSiO₄微球粒径在1-30微米之间分布，负热膨胀系数为-6.5×10^-6～(-7)×10^-6K^-1之间。

一种负热膨胀系数的LiAlSiO₄微球的制备，将Li₂CO₃、SiO₂、Al₂O₃粉末在研钵中混合均匀；升温至1300-1400℃烧熔并保温5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlSiO₄块体；将块体球磨，得到不同粒径的LiAlSiO₄微粒；用去离子水溶解球磨过的LiAlSiO₄微粒，得到溶胶；将溶胶于乙炔气氛下进行火焰喷射后得到负热膨胀系数的LiAlSiO₄微球。

上述步骤中，原料中Li₂CO₃、SiO₂、Al₂O₃的摩尔比为1:1:2。

上述步骤中，冰水温度不高于5℃。

上述步骤中，LiAlSiO₄块体球磨时间为2-12h。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明的负热膨胀系数的LiAlSiO₄微球负热膨胀系数最高可达-7×10^-6K^-1。

(2)本发明的负热膨胀系数的LiAlSiO₄微球粒度在1-30微米之间可控，且粒度分布均匀。

附图说明