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用于可机加工的页硅酸盐基结构的烧结辅助玻璃制造技术

技术编号:19393734 阅读:37 留言:0更新日期:2018-11-10 03:53
提供了一种烧结的可机加工的玻璃‑陶瓷。该可机加工的玻璃‑陶瓷是如下来形成的:将具有片结构的页硅酸盐材料与玻璃粉混合,并且将该混合物在相对低的温度煅烧,来烧结该页硅酸盐,同时保持该页硅酸盐的片状形态和它相关的裂开性能。该烧结的可机加工的玻璃‑陶瓷可以用常规的金属工具机加工,并且包括该页硅酸盐的电性能。生产该烧结的可机加工的玻璃‑陶瓷不需要相对高温度的本体成核和原位形成片页硅酸盐相所需的结晶。

Sintered auxiliary glass for Machinable siliceous base structure

A sintered machinable glass ceramic is provided. The Machinable glass-ceramics are formed by mixing sheet-structured silicate materials with glass powder and calcining the mixture at relatively low temperatures to sinter the sheet silicate while maintaining the sheet shape of the sheet silicate and its related cracking properties. The sintered machinable glass and ceramics can be machined by conventional metal tools and include the electrical properties of the silicate sheet. The sintered machinable glass and ceramics do not require bulk nucleation at relatively high temperatures and crystallization required to form sheet silicate phase in situ.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可机加工的页硅酸盐基结构的烧结辅助玻璃专利
本专利技术涉及可机加工的玻璃-陶瓷或者陶瓷复合材料或者陶瓷材料。该玻璃-陶瓷材料是通过烧结页硅酸盐材料和玻璃烧结助剂的混合物来形成的。专利技术背景页硅酸盐是具有复杂的晶体结构的片状硅酸盐矿物族;基本上具有独特的二维片状结构,包括两层或者两片强结合的四面体,其具有键合到氧阴离子上的小阳离子(Si4+,Al3+,B3+),其中插入了八面体,其具有键合到氧或者羟基或者氟化物离子上的小阳离子(Mg2+,Zn2+等)。这些两片面朝彼此和通过较大的单价或者二价阳离子(例如K+,Na+,Rb+,Cs+,Ca2+,Ba2+,Sr2+)结合在一起,其在两个片之间提供了裂开平面。该裂开平面为两个片提供了相对容易地分离,和因此赋予硅酸盐材料容易机加工性。云母是页硅酸盐的一族。不同种类的云母例如白云母,金云母和黑云母是天然存在的,并且在薄片方向以及垂直于这些薄片的方向二者上具有独特的电和机械性能。因为这些独特的电性能(例如较低的介电常数和较高的击穿电压),云母在电子和电气领域获得了广泛应用。云母通常用于与粘合剂材料组合,其支撑云母来形成适用于电应用的整料结构,或者以纯形式,作为片或者块来使用,其需要昂贵的和高品质云母。已经开发了一类玻璃-陶瓷,并且由Corning作为可机加工的玻璃-陶瓷销售,称作(例如美国专利3,689,293和8,298,970)。这些组合物具有良好的电性能,并且仍然足够软来通过常规木工工具来机加工。这些玻璃-陶瓷组合物是由不同的氧化物混合物通过本体玻璃和陶瓷化路线来制造的。这些程序经常需要熔融所述氧化物混合物,将该熔体流延成期望的形状,进行特别的加热进度表来控制片状硅酸盐结构原位成核和结晶来形成该玻璃-陶瓷材料。所述操作需要相对更高的温度1000-1400℃来进行全部步骤,和因此该玻璃-陶瓷组合物的制造是相当昂贵的。同样,存在改进制造可机加工的玻璃-陶瓷组合物的方法的需要。
技术实现思路
与以前已知的系统有关的困难和缺点在本专利技术的组合物和方法中得以解决,其包括玻璃烧结助剂,其与页硅酸盐粉末相混合。因为该页硅酸盐粉末在烧结前已经形成和包括在所述混合物中,因此本专利技术能够通过在相对低的温度例如小于大约950℃,或者小于大约900℃简单地烧结所述混合物,来形成可机加工的玻璃-陶瓷组合物;但是可以使用用于煅烧温度的上限,例如小于大约1000℃或者小于大约1050℃。因为该页硅酸盐粉末在烧结前已经包括在混合物中,因此本专利技术不需要进行特别的加热进度表来控制片硅酸盐结构的原位成核和结晶,来形成该玻璃-陶瓷材料,并且本专利技术不同的实施方案不包括进行这样的加热进度表来原位成核和结晶操作。本专利技术涉及玻璃组合物和配方,其用作页硅酸盐片矿物或者薄片或者粉末(例如云母薄片)的烧结助剂。因为该混合物已经包括页硅酸盐粉末,因此不需要二维硅酸盐片结构的常规的高温原位晶体增大。因此不需要在1000-1400℃温度的常规的加热进度表,并且在几个实施方案中,不包括这样的加热进度表。代替地,本专利技术的混合物可以例如在大约450-950℃的相对低的温度简单烧结,来形成整料玻璃-陶瓷结构,其可以使用常规的高速木工或者金属工具高公差地机加工成。将理解这样的低温烧结会导致形成一些微结构晶体,除了已经存在于预烧结的组合物中的那些之外。在一种实施方案中,与美国钢铁学会(AISI)所确定的AISINo.1112碳钢的校正值相比,该玻璃-陶瓷结构的机加工率是100%或者更大。所形成的页硅酸盐烧结产品基本上保留了页硅酸盐的硅酸盐片结构和保持了其相应的电性能,和因此可以例如应用于不同的电/电子应用例如LTCC,电子探针板,薄膜的基底,馈通中的高温电衬片,计算机,智能手机,智能设备,智能窗,汽车应用例如电车,无人驾驶轿车,电讯应用,无线应用,消费电子应用和LED装置。在一方面,本专利技术提供一种烧结的可机加工的玻璃-陶瓷,其包含作为连续相的天然存在的片状页硅酸盐矿物,和作为不连续相的玻璃组分。该玻璃组分在烧结前包含下面的一种或多种:玻璃粉(A),其在煅烧前包括BaO+CaO+MgO+SrO:大约20-70wt%,Al2O3:大约2-20wt%,B2O3:大约2-20wt%,和SiO2:大约10-50wt%;玻璃粉(B),其在煅烧前包括:ZnO+BaO:大约20-70wt%,CaO+MgO+SrO:大约0-25wt%,Al2O3:大约0.1-20wt%,B2O3:大约2-30wt%,和SiO2:大约10-50wt%;和玻璃粉(C),其在煅烧前包含Bi2O3+ZnO:大约20-95wt%,BaO+CaO+MgO+SrO:大约0-25wt%,Al2O3:大约0-20wt%,B2O3:大约2-30wt%,和SiO2:大约0-50wt%。在另一方面,本专利技术提供一种形成烧结的可机加工的玻璃-陶瓷的方法。该方法包括提供粉末或者薄片形式的页硅酸盐,和提供玻璃组分,其包含下面的一种或多种:玻璃粉(A),其在煅烧前包含BaO+CaO+MgO+SrO:大约20-70wt%,Al2O3:大约2-20wt%,B2O3:大约2-20wt%,和SiO2:大约10-50wt%;玻璃粉(B),其在煅烧前包括ZnO+BaO:大约20-70wt%,CaO+MgO+SrO:大约0-25wt%,Al2O3:大约0.1-20wt%,B2O3:大约2-30wt%,和SiO2:大约10-50wt%;和玻璃粉(C),其在煅烧前包含Bi2O3+ZnO:大约20-95wt%,BaO+CaO+MgO+SrO:大约0-25wt%,Al2O3:大约0-20wt%,B2O3:大约2-30wt%,和SiO2:大约0-50wt%。该方法包括将该页硅酸盐粉末和该玻璃组分混合,和烧结该页硅酸盐粉末和该玻璃组分的混合物来烧结该页硅酸盐,由此形成烧结的可机加工的玻璃-陶瓷。该方法还可以包括将粘合剂和/或载体在烧结前加入混合阶段,和通过压缩,注塑,滑动流延,带流延或者本领域技术人员已知的其他方法来制造预成型体。该页硅酸盐限定了烧结的可机加工的玻璃-陶瓷中的连续相,和该玻璃组分限定了烧结的可机加工的玻璃-陶瓷中的不连续相。该页硅酸盐在烧结后基本上保持了它的薄片状结构。如将理解的,本文所述的主题能够处于其他和不同的实施方案,并且它的几个细节能够在不同的方面改变,全部都不脱离要求保护的主题。因此,附图和说明书被认为是示例性的,而非限制性的。附图说明图1是根据本专利技术的一种实施方案的示例性玻璃-陶瓷烧结的产品的SEM图像。图2是根据本专利技术的一种实施方案的示例性玻璃-陶瓷烧结的产品的SEM图像。图3是根据本专利技术的一种实施方案的示例性玻璃-陶瓷烧结的产品的SEM图像。图4是一个SEM图像,其显示了根据本专利技术的一种示例性玻璃-陶瓷烧结的产品的单个云母薄片。图5是根据本专利技术的一种实施方案的示例性玻璃-陶瓷烧结的产品的SEM图像。图6是根据本专利技术的一种实施方案的示例性玻璃-陶瓷烧结的产品的SEM图像,其显示了光谱位置。图7是一组四个能量弥散X射线光谱法(EDS)光谱,其取自图6的示例性玻璃-陶瓷烧结的产品。具体实施方式本文所述的主题提供了混合物,其包括:包括一种或多种玻璃粉的玻璃组分,和页硅酸盐粉末,该混合物可以烧结来本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种烧结的可机加工的玻璃‑陶瓷,其包含页硅酸盐陶瓷和玻璃组分,该玻璃组分在烧结前包括一种或多种下面的玻璃粉:玻璃粉(A)在煅烧前包含:BaO+CaO+MgO+SrO:大约20‑70wt%,Al2O3:大约2‑20wt%,B2O3:大约2‑20wt%,和SiO2:大约10‑50wt%;玻璃粉(B)在煅烧前包含:ZnO+BaO:大约20‑70wt%,CaO+MgO+SrO:大约0‑25wt%,Al2O3:大约0.1‑20wt%,B2O3:大约2‑30wt%,和SiO2:大约10‑50wt%,和玻璃粉(C)在煅烧前包含:Bi2O3+ZnO:大约20‑95wt%,BaO+CaO+MgO+SrO:大约0‑25wt%,Al2O3:大约0‑20wt%,B2O3:大约2‑30wt%,和SiO2:大约0‑50wt%。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.19 US 62/297,3391.一种烧结的可机加工的玻璃-陶瓷,其包含页硅酸盐陶瓷和玻璃组分,该玻璃组分在烧结前包括一种或多种下面的玻璃粉:玻璃粉(A)在煅烧前包含:BaO+CaO+MgO+SrO:大约20-70wt%,Al2O3:大约2-20wt%,B2O3:大约2-20wt%,和SiO2:大约10-50wt%;玻璃粉(B)在煅烧前包含:ZnO+BaO:大约20-70wt%,CaO+MgO+SrO:大约0-25wt%,Al2O3:大约0.1-20wt%,B2O3:大约2-30wt%,和SiO2:大约10-50wt%,和玻璃粉(C)在煅烧前包含:Bi2O3+ZnO:大约20-95wt%,BaO+CaO+MgO+SrO:大约0-25wt%,Al2O3:大约0-20wt%,B2O3:大约2-30wt%,和SiO2:大约0-50wt%。2.根据权利要求1的可机加工的玻璃-陶瓷,其中该玻璃组分占该页硅酸盐陶瓷和该玻璃组分总重量的大约8-71wt%。3.根据权利要求2的可机加工的玻璃-陶瓷,其中该玻璃组分占该页硅酸盐陶瓷和该玻璃组分总重量的大约40-60wt%。4.根据权利要求3的可机加工的玻璃-陶瓷,其中该玻璃组分占该页硅酸盐陶瓷和该玻璃组分总重量的大约45-55wt%。5.根据权利要求1的可机加工的玻璃-陶瓷,其中:玻璃粉(A)在煅烧前包含:BaO+CaO+MgO:大约20-70wt%,Al2O3:大约2-15wt%,B2O3:大约2-15wt%,和SiO2:大约10-45wt%玻璃粉(B)在煅烧前包含:ZnO+BaO:大约20-70wt%,CaO+MgO+SrO:大约0-25wt%,Al2O3:大约2-15wt%,B2O3:大约2-25wt%,和SiO2:大约10-45wt%,和玻璃粉(C)在煅烧前包含:Bi2O3+ZnO:大约20-70wt%,BaO+CaO+MgO+SrO:大约0-25wt%,Al2O3:大约0-15wt%,B2O3:大约2-25wt%,和SiO2:大约10-45wt%。6.根据权利要求1的可机加工的玻璃-陶瓷,其中:玻璃粉(A)在煅烧前包含:BaO+CaO:大约20-70wt%,Al2O3:大约2-15wt%,B2O3:大约2-15wt%,和SiO2:大约15-45wt%,玻璃粉(B)在煅烧前包含:ZnO+BaO:大约20-70wt%,CaO+MgO+SrO:大约0-25wt%,Al2O3:大约2-15wt%,B2O3:大约5-25wt%,和SiO2:大约15-45wt%,和玻璃粉(C)在煅烧前包含:Bi2O3+ZnO:大约20-70wt%,BaO+CaO+MgO+SrO:大约0-20wt%,Al2O3:大约0.1-15wt%,B2O3:大约2-20wt%,和SiO2:大约15-45wt%。7.根据权利要求1的可机加工的玻璃-陶瓷,其中:玻璃粉(A)在煅烧前包含:BaO:大约30-65wt%,CaO:大约2-15wt%Al2O3:大约2-8wt%,B2O3:大约4-12wt%,和SiO2:大约15-35wt%,玻璃粉(B)在煅烧前包含:ZnO:大约20-35wt%,BaO:大约2-15wt%,CaO+MgO+SrO:大约0-20wt%,Al2O3:大约1-8wt%,B2O3:大约10-25wt%,和SiO2:大约15-45wt%,和玻璃粉(C)在煅烧前包含:Bi2O3:大约30-65wt%,ZnO:大约2-30wt%,BaO+CaO+MgO+SrO:大约0-15wt%,Al2O3:大约0.1-8wt%,B2O3:大约4-20wt%,和SiO2:大约0-35wt%。8.根据权利要求1的可机加工的玻璃-陶瓷,其中该页硅酸盐陶瓷在烧结前处于粉末或者薄片形式。9.根据权利要求1的可机加工的玻璃-陶瓷,其中该页硅酸盐陶瓷包含云母族页硅酸盐矿物。10.根据权利要求1的可机加工的玻璃-陶瓷,其进一步在煅烧前包含选自下面的无机填料:氧化铝、钙长石、锌尖晶石、多铝红柱石、氧化铋、氧化硼、气相法二氧化硅、结晶二氧化硅、氧化钼、二氧化钛、钛酸盐、硅酸镁、硅酸钙、硅酸锶、硅酸钡、钛酸镁、钛酸钙、钛酸锶、钛酸钡、锂霞石、堇青石、氧化钴、氧化铬、氧化钨、氧化锌、硅酸锌、锆石和氧化锆、碱土金属硼酸盐、硼酸锌、磷酸锆及其组合。11.根据权利要求1的可机加工的玻璃-陶瓷,其进一步在煅烧前包含选自下面的着色剂:刚玉结构颜料绿17,颜料棕29,红色101,红色102,红色230,红色231,金红石结构颜料黑24,棕色24,棕色37,棕色40,黄色53,黄色161,黄色162,黄色163,黄色164,黄色189...

【专利技术属性】
技术研发人员:斯里尼瓦桑·斯里达兰乔治·E·萨科斯克约翰·J·马洛尼科迪·格利森格雷戈里·R·皮锐茨巴赫布拉德福德·史密斯王志丞
申请(专利权)人:费罗公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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