[发明专利]一种类β-锂霞石结构的高温负膨胀微纳米粉的制备方法

说明书

本发明是一种类β‑锂霞石结构的高温负膨胀微纳米粉的制备方法，采用天然锂辉石矿石、碳酸锂及氧化铝为原料，按照锂霞石组分为目标组分进行配比，倒入溶剂中，搅拌混合成均匀浆料，干燥去除溶剂，得到混合均匀的物料体系；将物料体系置于烧结炉中进行高温固相反应，高温固相反应若干小时后，经快速冷却得到物料，将该物料进行超细粉碎、分级，得到的超细物料粉末；将超细物料粉末进料于高温流化床进行热处理；后将粉末沉降，将上层悬浮浆料以水溶性溶剂稀释后超重力沉降分离，提取沉淀物，即得到类β‑锂霞石微纳米粉末。本发明方法简单，生产成本低，得到的产品负膨胀系数性能优异。

技术领域

本发明属于无机非金属功能材料技术领域，具体涉及一种类β-锂霞石结构的高温负膨胀微纳米粉的制备方法。

背景技术

自然界中材料的热胀冷缩普遍存在，而热胀冷缩现象对于如今集成电路影响深远，当集成电路基板与芯片材料间的热膨胀系数不匹配时，会产生热应力，从而导致半导体芯片寿命。为此，通过选择相关低膨胀系数或负膨胀系数的材料来复合电路基板则显得至关重要。此处，材料体积随着所处环境温度升高而减小，即材料的热膨胀系数小于零，此类材料被称为负热膨胀材料，其中最典型的代表就是β-锂霞石。

锂霞石是一种硅酸铝锂矿物，分子式为LiAlSiO4或Li2O•Al2O3•2SiO2，多呈圆滑的团块状或星点状嵌布于锂辉石晶体内或晶间空隙及裂缝中。β-锂霞石的一个显著特点是具有各向异性的热膨胀系数。沿C 轴负膨胀效应很强为αc= -176×10-7/℃，沿a 轴是轻微的正膨胀为αa=92×10-7/℃，故由微小结晶体堆积而成的材料在宏观总的表现为负的膨胀系数。

由于自然界中的β-锂霞石矿藏数量少，产量低，因此工业上用的β-锂霞石大都是人工合成的。常用的β-锂霞石合成方法主要有: 高温固相反应法、溶胶-凝胶法、高分子网络凝胶法和玻璃结晶法等。目前，研究比较集中的是溶胶-凝胶法，以及在溶胶-凝胶法基础上发展起来的一些新的制备方法。

2010年，XiaL.等（ChemCatChem, 2014, 6(12): 3409-3418.）以勃姆石溶胶(AlOOH) 、硅溶胶、Al(NO3)3•9H2O 和LiNO3为原料，制成锂-铝-硅溶胶后，进行陈化，烧结，可获得单一晶相的β-锂霞石粉体。同时，随着热处理温度的提高，β-锂霞石相增多，方石英相减少，β-锂霞石的负膨胀逐渐抵消了残余玻璃相的正膨胀，试样的热膨胀系数逐渐减小。

2001年， Ghosh等(Materials Science and Engineering: C, 2001, 16(1-2):113-117.)则以金属的甲酸盐代替金属醇盐作为原料，以水代替乙醇作为反应介质，合成β-锂霞石粉体。这种有效的、低成本的溶胶-凝胶工艺被称为“水溶胶-凝胶法”。

以上方法成本较高，经济转换效率较低，难度大且很难大规模投产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种类β-锂霞石结构的高温负膨胀微纳米粉的制备方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种类β-锂霞石结构的高温负膨胀微纳米粉的制备方法，其特点是：其步骤如下：

（a） 采用天然锂辉石矿石、碳酸锂及氧化铝为原料，用研钵研磨成粉末后，按照锂霞石组分为目标组分进行配比，倒入溶剂中，搅拌混合成均匀浆料，常温或60℃下干燥去除溶剂，得到混合均匀的物料体系；

（b）将物料体系置于烧结炉中进行高温固相反应，设定程序升温条件及烧结持续时间，高温固相反应若干小时后，经快速冷却得到物料，将该物料进行超细粉碎、分级，得到粒径为10μm~30μm的超细物料粉末；

（c） 将超细物料粉末进料于高温流化床，流化床温度保持在一定数值，物料经若干小时热处理后离开流化床；