制造化学稳定的方英石的方法技术

一种制造化学稳定的方英石的方法，包括以下几个步骤：（１）形成一种二氧化硅、氧化铝以及Ｎａ、Ｃａ和／或Ｓｒ的氧化物的水分散液，（２）将分散液干燥以形成无定形的颗粒，以及（３）煅烧所获无定形颗粒以使其变成晶体。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

Method for producing chemically stabilized square stone

A method of manufacturing a chemically stable cristobalite, which includes the following steps: (1) the formation of a silica, alumina, Na, Ca and / or Sr oxide dispersion, (2) the dispersion is dried to form amorphous particles, and (3) calcining the amorphous particles in order to make it into a crystal.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造化学稳定的方英石组合物的方法，所说的这种组合物是一种类方英石的硅酸盐，它在加热时不会发生α相变β相的急剧转变。已经发现，自然界中的晶体二氧化硅有三种不同的结构，即，石英、鳞石英和方英石，通过X射线衍射分析发现，每一种晶体结构都具有在不同温度范围内稳定的多晶形式。在每一种这样的二氧化硅的晶体形式中，一个硅原子连结到按四面体配位的四个氧原子上。每一种形式各自代表一种由硅-氧四面体组成三维晶体网络的不同排列方式。通常结晶温度决定结构形成。石英是在低于约867℃的温度下通过二氧化硅的结晶作用形成的;鳞石英是在结晶温度约为867℃～1470℃下形成的;方英石是在温度高于约1470℃时形成的。方英石以两种多晶形式存在，即低方英石(α-方英石)和高方英石(β-方英石)。高方英石在温度高于1470℃下是晶体二氧化硅的稳定形式，但当将其冷却至约200～275℃的温度范围时，通常它就转化为低方英石。对于低介电常数的应用，石英是一种最常用的填充物，这是因为石英具有高的热膨胀系数(TCE)，石英具有理想的低介电常数(约为4)，而在25-300℃的温度范围内，它具有高的TCE(约为10-12ppm/℃)，并具有优良的化学耐久性。然而，石英在573℃处发生一个由α相向β相的相变过程，并伴随发生较大的体积变化。众所周知，由于热循环通过相变造成的这种体积突变，可在多层体系内引起机械不稳定性(破裂、裂纹等)的发展。用于低K值电介质的许多玻璃均不能很好地润湿石英。因此，石英的烧结性能沉淀限制它在填充玻璃组合物中的加入量。一种具有改进玻璃润湿性能的填充物可允许加入较大量的低K值填充物，借此降低组合物的介电常数并提高其气密性。为了能用于低K值的多层复合物，一种材料应具有平衡的热膨胀特性(即在温度升到至少1000℃的过程中，它不应发生任何的相变)，并且在25～300℃的温度范围内，它的热膨胀系数应约为8～12ppm/℃。另外，它的介电常数应尽可能低，最好低于5，并且其介电损耗应低于0.3%tan 2。再有，填充物粉末在与各种玻璃结合时应具有良好的润湿性能，以便在填充物含量至少为20～60%(体积)时能形成致密的复合体，具体地说，填充物的润湿性能应允许填充物的加入量大于使用石英时所允许的加入量。多年以来已经认识到，一种主要晶相为稳定高(β)方英石的玻璃-陶瓷可通过使含有诸如Na2O，CaO和Al2O3等其他成分的高硅玻璃结晶的方法来制得。这种制造高稳定玻璃-陶瓷的方法已由MacDowell(US.3，445，252)公开，他所公开的玻璃组合物含有55-90%(重量)的SiO2，5-40%(重量)的Al2O3，以及1-5%(重量)的CaO，CuO或SrO，该组合物可以结晶成一种以高方英石作为主要晶相的玻璃-陶瓷。Li(US.4，073，655)要求保护一种具有提高了晶相纯度的高方英石玻璃-陶瓷制品，这种制品是通过把玻璃组合物限定为含有等摩尔比的CaO(其中最高可达70%(摩尔)的CaO可由其他氧化物取代)和Al2O3而制得。Kadnk公开了一种用含二氧化硅和氧化硼源的高pH溶液来制备稳定高方英石的方法，该方法是在有甘油存在的热液条件下进行反应。这类方法通常形成低方英石。最近，Perrota等(US.4，818，729)公开了另一种制备稳定高方英石的湿法化学工艺，该工艺采用的原料为含有下述成份的干凝胶，所述成份包括二氧化硅、Al2O3和除了Li2O，BeO，和MgO以外的任何一种碱金属或碱土金属的氧化物。他们要求保护的是Al2O3对碱金属或碱土金属氧化物的摩尔比必须接近于等摩尔比，即介于0.95～1.1之间，否则高方英石相不稳定。他们规定，二氧化硅对氧化铝的摩尔比可在10～40之间变化，以形成稳定的材料。他们的方法要求在800～1400℃下煅烧很长时间(通常超过24小时)以形成高(稳定的)方英石，这样所生成的材料实际上被诸如钙长石等其他晶相所污染。本专利技术主要涉及一种制备化学稳定的方英石的方法，该方法包含下列的顺序步骤(a)制备一种由胶体粒子或更小体积的粒子所组成的均匀水分散液，该分散液主要含(按摩尔计)2-12%的Al2O3或其先质，90.5-97.5%的SiO2或其先质，以及0.5～8%的金属氧化物(MeXO)或其先质，其中，Me可从Na，Ca，Sr及其混合物中选择，且Al2O3对MeO的摩尔比为0.9～5;(b)将步骤(a)的均匀水分散液干燥，以回收混合氧化物的细分散的无定形颗粒;以及(c)将步骤(b)所获的无定形颗粒在800-1400℃的温度下煅烧一段足以使其变成混合结晶所需的时间。这里所用的术语“化学稳定的方英石”是指这样一种类方英石化合物，其特征是(1)不发生α相至β相的相变，(2)在加热时不会发生热膨胀的突变，以及(3)非方英石的晶相含量不得高于10%(摩尔)。这里所用的术语“先质”是指这样一种离子化合物，这些化合物在干燥和煅烧时会分解而形成所需的阳离子氧化物，诸如水溶性盐、碳酸盐、草酸盐、羧酸盐等等。我们发现，可以用一种含有硅和铝的氧化物或氧化物先质，以及钙、钠和/或锶的金属氧化物(MeO)先质的水基混合物来合成这样一种物质，该物质在室温下所具有的X-射线衍射图像与二氧化硅的高(β)方英石晶体形式所具有的衍射图像相同，并且该物质具有低于4.5的介电常数。制造方法通常包括制备分散液、干燥以回收无定形粉末，然后在800-1400℃下煅烧一段足够长的时间以使该物质变成一种晶体稳定的方英石。用本专利技术的方法制备的稳定高方英石粉末可用作低K值玻璃组合物中的填充物。它们也可用于高温结构中，它们的平稳的热膨胀和对高于1400℃的热稳定性是很重要的。用于低K值电介质的填充物要求具有低的介电常数、良好的化学耐久性，和在与各种玻璃结合时具有良好的烧结性能。理想的填充物材料必须在制造和使用多层电路的温度范围(25～900℃)内不会由于相变而发生体积突变。我们发现，在CaO-Al2O3-SiO2、SrO-Al2O3-SiO2和Na2O-Al2O3-SiO2体系中，按组合物的一定比例范围，岢以合成出一种在室温下其结构看上去与β-方英石相同的物质。本专利技术的稳定的方英石的介电常数约为3.7～4.0。用于制造无定形先质的水基混合物可包含一种二氧化硅的胶体源或一种硅酸盐溶胶，以及一种铝、钠、钙和/或锶的离子溶液。该溶液可通过下面的方法制备使铝的任一种可溶性盐和钙、钠和/或锶的可溶性盐，以及一种二氧化硅源与氢氧化铵溶液反应，以形成一种溶胶或浆液。二氧化硅源可以是胶体二氧化硅或酯化的二氧化硅。因为不需要有机物，最好是一种二氧化硅的胶体源。该溶液也可通过将可溶性金属(铝和钙、钠和/或锶)盐与一种不产生沉淀的胶体二氧化硅混合而制得。可溶性金属盐可以是任何的水溶性盐。对于电子学的应用来说，最好是无卤素的可溶性盐。可制备成固体含量在＜1至23%(重量)的范围内的溶液。为了制造细分散的粉末，固体的含量最好为2～8%。溶液的最终pH值最低可到3.0，而最高可到10.5。胶体二氧化硅溶胶一般含有30～50%的SiO2。最合适的是Lndox 胶体二氧化硅，该产品可从E.I.du Pont de Nemours和Co.，Wilmington，D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备化学稳定的方英石的方法，该方法包括以下步骤：（ａ）形成一种胶体的或粒径更小颗粒的均匀水分散液，该水分散液基本上由（按摩尔计）２－１２％氧化铝或其先质，９０－９７．５％二氧化硅或其先质，以及０．５－８％金属氧化物（Ｍｅ↓［×］Ｏ） 或先质所组成，其中Ｍｅ选自Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒ以及它们的混合物，而Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］对Ｍｅ↓［×］Ｏ的摩尔比为０．９－５；（ｂ）将步骤（ａ）的均匀水分散液干燥，以回收氧化混合物的细分散无定形颗粒；以及（ｃ）将步骤（ｂ）的无定形颗粒在 ８００－１４００℃的温度下煅烧，煅烧时间应足以使其变成混合结晶。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：SL博尔斯，SC温切斯特，MA萨尔茨伯格，HE伯格纳，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]