[发明专利]用于可机加工的页硅酸盐基结构的烧结辅助玻璃

说明书

提供了一种烧结的可机加工的玻璃‑陶瓷。该可机加工的玻璃‑陶瓷是如下来形成的：将具有片结构的页硅酸盐材料与玻璃粉混合，并且将该混合物在相对低的温度煅烧，来烧结该页硅酸盐，同时保持该页硅酸盐的片状形态和它相关的裂开性能。该烧结的可机加工的玻璃‑陶瓷可以用常规的金属工具机加工，并且包括该页硅酸盐的电性能。生产该烧结的可机加工的玻璃‑陶瓷不需要相对高温度的本体成核和原位形成片页硅酸盐相所需的结晶。

发明领域

本发明涉及可机加工的玻璃-陶瓷或者陶瓷复合材料或者陶瓷材料。该玻璃-陶瓷材料是通过烧结页硅酸盐材料和玻璃烧结助剂的混合物来形成的。

发明背景

页硅酸盐是具有复杂的晶体结构的片状硅酸盐矿物族；基本上具有独特的二维片状结构，包括两层或者两片强结合的四面体，其具有键合到氧阴离子上的小阳离子(Si⁴⁺，Al³⁺，B³⁺)，其中插入了八面体，其具有键合到氧或者羟基或者氟化物离子上的小阳离子(Mg²⁺，Zn²⁺等)。这些两片面朝彼此和通过较大的单价或者二价阳离子(例如K⁺，Na⁺，Rb⁺，Cs⁺，Ca²⁺，Ba²⁺，Sr²⁺)结合在一起，其在两个片之间提供了裂开平面。该裂开平面为两个片提供了相对容易地分离，和因此赋予硅酸盐材料容易机加工性。

云母是页硅酸盐的一族。不同种类的云母例如白云母，金云母和黑云母是天然存在的，并且在薄片方向以及垂直于这些薄片的方向二者上具有独特的电和机械性能。因为这些独特的电性能(例如较低的介电常数和较高的击穿电压)，云母在电子和电气领域获得了广泛应用。云母通常用于与粘合剂材料组合，其支撑云母来形成适用于电应用的整料结构，或者以纯形式，作为片或者块来使用，其需要昂贵的和高品质云母。

已经开发了一类玻璃-陶瓷，并且由Corning作为可机加工的玻璃-陶瓷销售，称作(例如美国专利3,689,293和8,298,970)。这些组合物具有良好的电性能，并且仍然足够软来通过常规木工工具来机加工。这些玻璃-陶瓷组合物是由不同的氧化物混合物通过本体玻璃和陶瓷化路线来制造的。这些程序经常需要熔融所述氧化物混合物，将该熔体流延成期望的形状，进行特别的加热进度表来控制片状硅酸盐结构原位成核和结晶来形成该玻璃-陶瓷材料。所述操作需要相对更高的温度1000-1400℃来进行全部步骤，和因此该玻璃-陶瓷组合物的制造是相当昂贵的。

同样，存在改进制造可机加工的玻璃-陶瓷组合物的方法的需要。

发明内容

与以前已知的系统有关的困难和缺点在本发明的组合物和方法中得以解决，其包括玻璃烧结助剂，其与页硅酸盐粉末相混合。因为该页硅酸盐粉末在烧结前已经形成和包括在所述混合物中，因此本发明能够通过在相对低的温度例如小于大约950℃，或者小于大约900℃简单地烧结所述混合物，来形成可机加工的玻璃-陶瓷组合物；但是可以使用用于煅烧温度的上限，例如小于大约1000℃或者小于大约1050℃。因为该页硅酸盐粉末在烧结前已经包括在混合物中，因此本发明不需要进行特别的加热进度表来控制片硅酸盐结构的原位成核和结晶，来形成该玻璃-陶瓷材料，并且本发明不同的实施方案不包括进行这样的加热进度表来原位成核和结晶操作。