专利名称：锶铋钕钛氧化物微波陶瓷及其凝胶注模制造方法
技术领域：
本发明涉及一种以氧化物为基础的以成份为特征的陶瓷化合物，尤其是锶铋钕钛氧化物Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷及其凝胶注模制造方法。
(2)背景技术陶瓷材料的成型方法，一般可分为干法和湿法两大类。以往微波陶瓷一般采用干压方法进行坯体成型，仅适合于制造形状和构造比较简单的微波陶瓷产品。随着现代微波技术的迅速发展，微波陶瓷产品的形状和构造越来越复杂，难以采用干压方法直接进行坯体成型，客观要求采用新的成型方法。不过，传统的湿法成型技术都存在一些问题，如注浆成型是靠石膏模具吸收水分来实现的，造成坯体密度的梯度分布和不均匀变形，并且坯体强度低，易于损坏。热压成型或注射成型需加入质量分数高达20％的蜡或有机物，脱脂过程繁琐，结合剂的融化或蒸发导致坯体的强度降低，易形成缺陷甚至倒塌。1990年初，美国橡树岭国家实验室发明了一种全新的陶瓷材料湿法成型技术—凝胶注模成型技术(Gel-casting)，该工艺与传统的湿法成型工艺相比，具有设备简单、成型坯体组份均匀、密度均匀、缺陷少、不需脱脂、不易变形、易成型复杂形状零件及实用性很强等突出优点。凝胶注模成型技术是制备复杂形状陶瓷产品的有效方法，它从根本上变革了传统的陶瓷成型工艺，实现高分散和高浓度浆料的原位凝固，是一种低成本、高可靠性的复杂形状陶瓷成型技术。以前的凝胶注模成型技术主要应用在结构陶瓷的成型，如张兆泉等人用作近净尺寸碳化硅陶瓷的凝胶注模成型(无机材料学报，16卷，433页)；R.Gilissen等人用于氧化铝陶瓷的凝胶注模成型(Materials&Design，21卷，251页)；张德正等人进行医用羟基磷灰石陶瓷的凝胶注模成型(中国陶瓷，34卷，24页)。尚未见到用在微波陶瓷方面的报道。
(3)发明内容本发明的目的在于提供一类性能优良的Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷的配方及其凝胶注模成型制造复杂形状Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷产品的方法。
Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷(X＝0.05～0.8)的组份与含量为碳酸锶(SrCO3)10～30wt％、三氧化二铋(Bi2O3)5～40wt％、三氧化二钕(Nd2O3)5～40wt％和二氧化钛(TiO2)15～50wt％以及微量添加物二氧化硅(SiO2)0.1～3wt％、碳酸锰(MnCO3)0.1～2wt％和三氧化二铝(Al2O3)0.1～4wt％。
Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷凝胶注模制造方法如下1)将上述各组份按含量配比称量，进行球磨，烘干，煅烧和粉碎；2)将有机单体丙稀酰胺(AM)与交联剂亚甲基双丙稀酰胺(MBAM)溶于水，制得有机物含量为10～20wt％的溶液，其中WAM∶WMBAM＝(3～7)∶1；3)采用分散剂、引发剂和催化剂配成3～8wt％的水溶液，所说的分散剂∶引发剂∶催化剂＝1∶(0.5～2.5)∶(0.5～2.5)；4)在模具内浇注，浇注后立即减压抽气除去浆料中气泡；5)待浆料完全凝胶化后，送入50～80℃烘箱中烘干；6)脱模后干燥、去除有机物和高温烧结，烧结温度为1250～1350℃，即可制得所需的微波陶瓷产品。
凝胶注模成型制备微波陶瓷的基本技术是在高固相含量(体积分数不小于50％)、低粘度的陶瓷浆料中，掺入低浓度的有机单体，如丙烯酸Acrylicacid(AA)、甲基丙烯酰胺Methacrylamide(MAM)、甲基聚乙二醇单甲基丙烯酯Methoxy Poly(ethylene glycol)monomethacrylate(MPEGMA)或乙烯基吡咯酮n-vinyl pyrrollidone(NVP)；然后加入交联剂，如亚甲基双丙烯酰胺N，N-methylene bisacrylamide(MBAM)、Diallyltartardiamide(DATDA)、Polydiacrylate(PEGDA)、Polydimethacrylate(PEGDMA)或Trialylamine(TAA)；再加入引发剂，如过硫酸铵(NH4)2S2O8(APS)或四甲基乙二胺(TEMED)；去除气泡浇注后，浆料中的有机单体在一定的温度条件下发生原位聚合反应，形成坚固的交链网状结构，使浆料原位凝固，从而使陶瓷坯体原位定型；最后进行脱模、干燥、去除有机物和高温烧结即制得所需陶瓷产品。
实验结果表明，以Sr(Bi0.7Nd0.3)8Ti7O27陶瓷粉体为原料，采用凝胶注模制备的多种形状陶瓷坯体，其坯体抗弯强度达400MPa，满足一般机械加工要求。坯体经1250～1350℃烧结成陶瓷，其主要微波性能为ε＝80～110、τ＝350～2000ppm/℃和Q*f＝120～2100GHz(在f＝10GHz时)。参见以下具体实施例。
(4)具体实施方式
根据上述Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷的组份和含量及其凝胶注模制造方法，表1给出各实施例的组份及含量。
将上述各组份按含量配比称量，进行球磨，烘干，煅烧和粉碎，烘干温度为120～200℃，烘干时间为2～5h，煅烧温度为1100～1200℃，煅烧时间为1～2h，粉碎细于100目为宜；将有机单体丙稀酰胺与交联剂亚甲基双丙稀酰胺溶于水，制得有机物含量为10～20wt％的溶液，其中WAM∶WMBAM＝(3～7)∶1；采用聚丙稀酸铵(PAA)为分散剂，过硫酸铵(NH4)2S2O8(APS)为引发剂，四甲基乙二胺(TEMED)为催化剂，配成3～8wt％的水溶液；在模具内浇注，浇注后立即减压抽气除去浆料中气泡；待浆料完全凝胶化后，送入50～80℃烘箱中烘干；脱模后干燥、去除有机物和高温烧结，烧结温度为1250～1350℃，即可制得所需的微波陶瓷产品。
表2给出引发剂催化剂的用量与凝胶时间的关系，表3给出各实施例的工艺条件和性能数据，其中引发剂催化剂的用量与凝胶时间选用表2之中的序号3。
表1 各实施例的组份及含量 wt％
表2 引发剂催化剂的用量与凝胶时间的关系
表3 实施例的工艺条件和微波性能
权利要求
1.锶铋钕钛氧化物微波陶瓷，其特征在于Sr(Bi1-XNdX)8Ti7O27微波陶瓷的组份与含量为碳酸锶10～30wt％、三氧化二铋5～40wt％、三氧化二钕5～40wt％和二氧化钛15～50wt％以及微量添加物二氧化硅0.1～3wt％、碳酸锰0.1～2wt％和三氧化二铝0.1～4wt％；所说的X＝0.05～0.8。
2.锶铋钕钛氧化物微波陶瓷凝胶注模制造方法，其特征在于1)将各组份按含量配比称量，进行球磨，烘干，煅烧和粉碎，所说的各组份与含量为碳酸锶10～30wt％、三氧化二铋5～40wt％、三氧化二钕5～40wt％和二氧化钛15～50wt％以及微量添加物二氧化硅0.1～3wt％、碳酸锰0.1～2wt％和三氧化二铝0.1～4wt％；2)将有机单体丙稀酰胺(AM)与交联剂亚甲基双丙稀酰胺(MBAM)溶于水，制得有机物含量为10～20wt％的溶液，其中WAM∶WMBAM＝(3～7)∶1；3)采用分散剂、引发剂和催化剂配成3～8wt％的水溶液，所说的分散剂∶引发剂∶催化剂＝1∶(0.5～2.5)∶(0.5～2.5)；4)在模具内浇注，浇注后立即减压抽气除去浆料中气泡；5)待浆料完全凝胶化后，送入50～80℃烘箱中烘干；6)脱模后干燥、去除有机物和高温烧结，烧结温度为1250～1350℃，即可制得所需的微波陶瓷产品。
3.如权利要求2所述的锶铋钕钛氧化物微波陶瓷凝胶注模制造方法，其特征在于所说的烘干温度为120～200℃，烘干时间为2～5h。
4.如权利要求2所述的锶铋钕钛氧化物微波陶瓷凝胶注模制造方法，其特征在于所说的煅烧温度为1100～1200℃，煅烧时间为1～2h。
5.如权利要求2所述的锶铋钕钛氧化物微波陶瓷凝胶注模制造方法，其特征在于所说的粉碎细于100目。
6.如权利要求2所述的锶铋钕钛氧化物微波陶瓷凝胶注模制造方法，其特征在于采用聚丙稀酸铵为分散剂。
7.如权利要求2所述的锶铋钕钛氧化物微波陶瓷凝胶注模制造方法，其特征在于采用过硫酸铵为引发剂。
8.如权利要求2所述的锶铋钕钛氧化物微波陶瓷凝胶注模制造方法，其特征在于采用四甲基乙二胺为催化剂。
全文摘要
涉及一种以氧化物为基础的以成份为特征的陶瓷化合物，尤其是锶铋钕钛氧化物微波陶瓷及其凝胶注模制造方法。Sr(Bi
文档编号C04B35/622GK1472167SQ0212845
公开日2004年2月4日 申请日期2002年8月1日 优先权日2002年8月1日
发明者熊兆贤, 方辰 申请人:厦门大学