[发明专利]一种复合结构氧化铝陶瓷管壳及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合结构氧化铝陶瓷管壳：管壳主体是由高铝瓷或细晶瓷或其二者组合组成；需要金属化部位是由一层低铝瓷或粗晶瓷或其二者组合组成。本发明同时提供了该复合结构氧化铝陶瓷管壳制备方法：首先配制含有可交联单体的高铝细晶瓷浆料和低铝粗晶瓷浆料，先将高铝细晶瓷浆料浇入模具并预留浇注空间，再将低铝粗晶瓷浆料浇入，然后加热引发固化形成坯体，坯体再经干燥和烧结即得到一种复合结构氧化铝陶瓷管壳。与现有的氧化铝陶瓷管壳相比，该管壳同时兼具了优异的力学性能和良好的可金属化性能，并且制备方法具有工序少，成本低等优势。

技术领域

本发明涉及一种氧化铝陶瓷管壳，具体涉及一种复合结构氧化铝陶瓷管壳及其制备方法，属于陶瓷材料技术领域。

背景技术

氧化铝陶瓷具有介质损耗小,比体积电阻大,强度高,热膨胀系数小、成本低等特性,被广泛用于电真空器件中的灭弧室壳体。由于氧化铝陶瓷无法与金属电极等直接焊接，因此在使用时，往往需要先对其端面进行金属化，使其能够与金属电极焊接，以组成一个密封容器，从而可以保持其内部的真空环境或者充装的灭弧介质不泄漏。在各种氧化铝陶瓷的金属化方法中，活性钼锰法由于工艺成熟，结合强度高，气密性好而被广泛应用。活性钼锰法金属化高的结合强度来源于金属和陶瓷之间形成的复合过渡层，该复合过渡层是由金属化料中的活性成分如氧化锰、氧化钼、氧化硅等和陶瓷中玻璃相成份相互扩散渗透形成。研究表明，若要形成结合强度高、气密性好的复合过渡层，一方面要求氧化铝陶瓷中含有一定数量的可迁移玻璃相，另一方面要求氧化铝陶瓷具有一定的晶粒尺寸和孔隙率，以保证玻璃相的相互渗透。高陇桥等的研究认为，若要实现高质量的金属化层，氧化铝陶瓷中的玻璃相含量一般需要在5％以上，其平均晶粒尺寸通常应在(12～16)um或者更大。

虽然高玻璃相含量或者大晶粒尺寸能够提升管壳的可金属化性能，但是却往往导致管壳的力学性能降低，并且过大的晶粒尺寸还同时存在气密性能差、烧结温度高等缺点，无法满足大型真空制品的性能要求。比如，电子行业标准《真空开关管用陶瓷管壳》(SJ/T11246-2001)要求氧化铝管壳的弯曲强度≥280Mpa，而对于大型高压真空管，其弯曲强度往往要求大于350Mpa。有研究在氧化铝陶瓷中加入少量的氧化锆，通过相变增韧来提升其弯曲强度，但是，氧化锆的加入降低了其电学性能，并且对两种粉末的分散和粒径匹配等的要求高，导致其工艺难度增大，成本增加。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种复合结构氧化铝真空陶瓷管壳及其制备方法，该复合结构的管壳兼具了优异的力学性能和良好的可金属化性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种复合结构氧化铝陶瓷管壳，管壳是由不同氧化铝含量、不同晶粒尺寸或其二者组合的氧化铝陶瓷复合而成；其中，管壳主体是由高强度的高铝或细晶瓷或其二者组合(氧化铝含量高于96％，平均晶粒尺寸小于5μm，简称高铝细晶瓷)组成；而需要金属化部位是由一层易金属化的低铝或粗晶瓷或其二者组合(氧化铝含量≤94％，平均晶粒尺寸≥10μm，简称低铝粗晶瓷)组成，并且，低铝粗晶瓷部分的厚度≤1mm，高铝细晶瓷和低铝粗晶瓷之间，具有一层自然形成的成分、晶粒尺寸等梯度变化的过渡层。

一种复合结构氧化铝陶瓷管壳的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、将单体、去离子水、分散剂混合均匀得到溶液；其中，单体为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺与N，N-亚甲基双丙烯酰胺按照(10～30)：1的混合，用量为拟加陶瓷粉末重量的(1.5～3)％；分散剂为聚丙烯酸铵、聚丙烯酰铵或其改性体，用量为拟加陶瓷粉末重量的(0.3-1.0)％；去离子水的用量以溶液中有机物(单体+分散剂)含量为(18-22)％来确定；

步骤二、将溶液分成两份，一份加入高铝细晶瓷粉，另一份加入低铝粗晶瓷粉；瓷粉的加入量，以保证球磨后浆料的粘度处于(80～200)mPa·s为准；

步骤三、将两份氧化铝溶液球磨至无团聚，分别得到高铝细晶瓷和低铝粗晶瓷浆料；