[发明专利]一种玻璃与陶瓷复合零膨胀材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种玻璃与陶瓷复合零膨胀材料及其制备方法。玻璃与陶瓷复合材料的组成为xBBZSL‑(1‑x) LiAlSiO₄，其中，BBZSL包括30～45mol%的Bi₂O₃、20～30 mol%的B₂O₃、15～30mol%的ZnO、0～15mol%的SiO₂以及0～10mol%的Li₂O，10 wt%≤x≤40 wt%。根据本发明，将BBZSL玻璃与LAS陶瓷复合，复合材料的热膨胀系数可通过调节其比例进行宏观调控，从而可根据实际需要设计得到复合材料，例如可以得到零膨胀复合材料。

技术领域

本发明涉及到一种具有零膨胀特性的复合材料BBZSL玻璃与LAS陶瓷及其制备方法，属于精细陶瓷材料技术领域。

背景技术

随着微电子、光学和微机械等领域的微型精密系统和航空航天技术的发展，对陶瓷材料的结构稳定性和安全可靠性的要求越来越高。但是，有些陶瓷材料由于具有较高的热膨胀系数往往会随着工作环境温度的变化尺寸而发生变化，导致器件的性能不稳定甚至失效。因此，热膨胀性质对陶瓷材料的性能稳定、寿命及应用范围将有着不同寻常的意义。热应力造成的机械疲劳、蠕变、形貌及微结构上的不易察觉的变化，甚至应力断裂等将严重导致材料性能的变化甚至失效。负热膨胀材料的发现为解决这类问题提供了可能，可以通过将具有负热膨胀系数与正热膨胀系数的材料进行复合，制备出各种低热膨胀系数乃至零膨胀系数的复合材料。因此，研制开发负热膨胀材料备受关注，比如LAS(β-锂霞石)，ZrW₂O₈，ZrO₂/ZrW₂O₈，ZrW₂O₈/ZrSiO₄等负热膨胀材料相继被发现。其中，LAS在很大温度范围内具有很强的负热膨胀特性，负热膨胀系数高达-6.2×10^-6/℃。但是，LAS陶瓷热膨胀系数各向异性的特性，使其存在多次热冲击循环后热应力过大造成材料基体开裂的问题。另外，由于LAS陶瓷体系中含有低熔点的Li氧化物，所以在较低温度下易出现液相，导致该陶瓷体系烧结区间小和不易得到高致密化的陶瓷样品，从而限制了它的实际应用。Bi₂O₃-B₂O₃-ZnO(BBZ)、Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂(BBS)、Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂-ZnO(BBSZ)等含铋玻璃作为封接玻璃已得到广泛研究。发现BBZ系统具有较低封结温度为460-600℃，热膨胀系数为(6.8-9)×10^-6/℃。BBSZ低熔点封接玻璃封接温度为(450～650)℃，膨胀系数为(7～1.3)×10^-6/℃。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可为零膨胀、且热膨胀系数可调的璃陶瓷复合材料及其制备方法。该材料可适用于航空航天、电子材料、光信息传播器件和建筑材料等领域。

一方面，本发明提供一种玻璃与陶瓷复合材料，所述复合材料的组成为xBBZSL-(1-x)LiAlSiO₄，其中，BBZSL包括30～45mol％的Bi₂O₃、20～30mol％的B₂O₃、15～30mol％的ZnO、0～15mol％的SiO₂以及0～10mol％的Li₂O，10wt％≤x≤40wt％。