微球及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明是涉及一种负热膨胀系数的LiAlS14微球及其制备方法，属于负热膨胀系数功能材料研宄领域。
【背景技术】
[0002]负热膨胀系数材料因其自身具有很低的热膨胀系数，使得材料在经历温度变化时能够保持尺寸稳定性，因而在电子封装、光学器件、灵敏原件和其他精密系统中受到广泛的关注和应用。但是负热膨胀系数材料还有许多亟待解决的问题。传统化学法制备负热膨胀系数材料，虽然能够得到较低的热膨胀系数，但往往面临着烧结时间长，消耗能量多，颗粒粒径不均一等问题，限制了其大规模应用。另一方面，虽然经过机械球磨可以得到颗粒分布均一的颗粒，但球磨过程往往耗能费时，材料颗粒球形度也往往较低，达不到电子封装、光学器件等精密系统封装的苛刻要求。因此开发制备工艺效率高、粒径分布均一、球形度好的负膨胀材料微球已成为当今热点和重点。
[0003]LiAlS14的热膨胀系数约为-6X 10 ^Γ1,对于复合材料来说，添加具有负热膨胀系数的LiAlSiCV^，可以显著降低复合材料的热膨胀系数，对改善材料的性能有显著的作用。En-bo zhu 等(China.1ntegrated.Circuit 2014, 3, 53 - 56)以球形二氧化娃作为环氧膜材料(EMC)的添加剂，有效降低了 EMC填料对设备的磨损度，提高了 EMC的可靠性和操作性，进而提高了封装体的可靠性。但二氧化硅微球的膨胀系数没有达到理想的负热膨胀系数要求，影响了 EMC的电性能和稳定性。Bo Wang等(CERAMICS INTERNAT1NAL2014，40，2853-2856)利用SiC和不同粒度的LiAlSiCVfjij得负热膨胀系数的LAS/SiC多孔陶瓷，且多孔陶瓷的负热膨胀系数随LiAlS14粒度增加而更低。但其负热膨胀系数远没有达到更低的要求，且LAS/SiC多孔陶瓷的机械强度有待增强。Wei Zhang等(Bulletin OfThe Chinese Ceramic Society 2008，2，243-253)，将具有负热膨胀系数的锂霞石加入到Al2O3中中，通过无压烧结工艺，制备出了氧化铝-锂霞石复合抗热震陶瓷，提高了氧化铝陶瓷的抗热震性。但显微结构看出LAS/SiC多孔陶瓷晶粒的边缘有明显的棱角，这样的陶瓷虽可缓解一定的热应力，但远没达到更高的抗热震要求。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提供一种负热膨胀系数的LiAlS14微球及其制备方法。
[0005]本发明解决上述问题所采用的技术方案是:一种负热膨胀系数的LiAlS14微球，所述LiAlS14微球粒径在1-30微米之间分布，负热膨胀系数为-6.5 X 10 _6?(-7) X 10之间。
[0006]一种负热膨胀系数的LiAlS1j^t的制备，将Li 2C03、Si02、Al203粉末在研钵中混合均匀；升温至1300-1400°C烧熔并保温5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14块体；将块体球磨，得到不同粒径的LiAlS14微粒；用去离子水溶解球磨过的LiAlS14微粒，得到溶胶；将溶胶于乙炔气氛下进行火焰喷射后得到负热膨胀系数的LiAlS14微球。
[0007]上述步骤中，原料中Li2C03、Si02、Al2O3的摩尔比为1:1:2。
[0008]上述步骤中，冰水温度不高于5°C。
[0009]上述步骤中，1^么15丨04块体球磨时间为2_12h。
[0010]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0011](I)本发明的负热膨胀系数的LiAlS14微球负热膨胀系数最高可达-7 X 10
[0012](2)本发明的负热膨胀系数的LiAlS14微球粒度在1-30微米之间可控，且粒度分布均匀。
【附图说明】
[0013]图1为本发明负热膨胀系数的LiAlS1jj球制备方法流程图。
[0014]图2为制备的负热膨胀系数的LiAlS14微球的XRD图。
[0015]图3为制备的负热膨胀系数的LiAlS14微球的SEM图。
[0016]图4为制备的负热膨胀系数的LiAlS14微球的热膨胀图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
[0018]一种负热膨胀系数的LiAlS1jj球的制备方法，其流程如图1，包括有以下步骤:
[0019](I)采用Li2CO3, Si02，Al2O3粉末作为原料，其中摩尔比1: 1: 2，在研钵中混合均匀。
[0020](2)将混合均匀的颗粒升温至1300-1400°C烧熔并保温5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14块体。
[0021](3)将制备的1^八15104块体球磨2-12h，得到不同粒径的LiAlS14微粒。用去离子水溶解球磨过的LiAlS14微粒，得到溶胶。
[0022](4)将火焰喷枪连接氧气、乙炔和氩气，点燃喷枪，调节氧乙炔火焰为中性焰；将制备好的溶胶加入喷枪料斗中，用氩气射流负压将溶胶吸入喷枪中，经喷头雾化后喷射入高温的氧乙炔火焰中。用冷却蒸馏水收集反应后的微粒，干燥后得到负热膨胀系数的LiAlS1;!球。
[0023]实施例1
[0024]负热膨胀系数的LiAlS1jj球的制备方法(具体过程如图1所示):
[0025]将0.3mol Li2CO3粉末，0.3mol S12粉末，0.6mol Al 203粉末，在研钵中混合均匀，将混合均匀的颗粒升温至1300°C烧熔并保温5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14块体。将制备的1^々13104块体球磨2h，得到LiAlS14微粒。用去离子水溶解球磨过的LiAlS14微粒，得到溶胶。将溶胶于乙炔气氛下进行火焰喷射后得到负热膨胀系数的LiAlS1;!球。
[0026]上述实施例1中制备的负热膨胀系数的LiAlS14微球的XRD图，如图2所示，可以看出在合成温度1300°C，主晶相是LiAlS14，说明已合成大量的锂霞石(LiAlS14)，内部还含有少许的Li2Al2Si2O10O
[0027]上述实施例1中制备的负热膨胀系数的LiAlS14微球的SEM图，如图3所示，可以看出在合成温度1300°C，且经球磨2h后，LiAlS14微球粒径分布2_30um，球形度很好。
[0028]上述实施例1中制备的负热膨胀系数的LiAlS1jj球的热膨胀图，如图4所示，可以得出在合成温度1300°C，且经球磨2h后，LiAlS14微球负热膨胀系数达-6.5X10.6K'
[0029]实施例2
[0030]将0.3mol Li2CO3粉末，0.3mol S12粉末，0.6mol Al 203粉末，在研钵中混合均匀，将混合均匀的颗粒升温至1350°C烧熔并保温5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14块体。将制备的1^々13104块体球磨7h，得到LiAlS14微粒。用去离子水溶解球磨过的LiAlS14微粒，得到溶胶。将溶胶于乙炔气氛下进行火焰喷射后得到负热膨胀系数的LiAlS1;!球。
[0031]上述实施例2中制备的负热膨胀系数的LiAlS14微球的XRD图中，可以得出在合成温度1350°C，主晶相仍是LiAlS14，说明已合成大量的锂霞石(LiAlS14)。
[0032]上述实施例2中制备的负热膨胀系数的LiAlS14微球的SEM图中，可以得出在合成温度1350°C，且经球磨7h后，LiAlS14微球粒径分布l_19um，球形度很好。
[0033]上述实施例2中制备的负热膨胀系数的LiAlS14微球的热膨胀图中，可以得出在合成温度1350°C，且经球磨7h后，LiAlS1jj球负热膨胀系数达-6.8X 10 -?'
[0034]实施例3
[0035]负热膨胀系数的LiAlS1jj球的制备方法(具体过程如图1所示):
[0036]将0.3mol Li2CO3粉末，0.3mol S12粉末，0.6mol Al 203粉末，在研钵中混合均匀，将混合均匀的颗粒升温至1400°C烧熔并保温5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14块体。将制备的1^々13104块体球磨12h，得到LiAlS14微粒。用去离子水溶解球磨过的LiAlS14微粒，得到溶胶。将溶胶于乙炔气氛下进行火焰喷射后得到负热膨胀系数的LiAlS1;!球。
[0037]上述实施例3中制备的负热膨胀系数的LiAlS14微球的XRD图中，可以得出在合成温度1400°C，主晶相仍是LiAlS14，说明存在大量的锂霞石(LiAlS14)。
[0038]上述实施例3中制备的负热膨胀系数的LiAlS14微球的SEM图中，可以得出在合成温度1400°C，且经球磨12h后，LiAlS14微球粒径分布l_13um，球形度很好。
[0039]上述实施例3中制备的负热膨胀系数的LiAlS14微球的热膨胀图中，可以得出在合成温度1400°C，且经球磨12h后，LiAlS1jj球负热膨胀系数达-7.0X 10 -?'
【主权项】
1.一种负热膨胀系数的LiAlS14微球，其特征在于，所述LiAlS14微球粒径在1-30微米之间分布，负热膨胀系数为-6.5X 10_6?(-7) X 10 -6K'
2.一种负热膨胀系数的LiAlS1jj球的制备方法，其特征在于，将Li 2C03、S12, Al2O3粉末在研钵中混合均匀；升温至1300-1400°C烧熔并保温5h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlS14块体；将块体球磨，得到不同粒径的LiAlS14微粒；用去离子水溶解球磨过的LiAlS14微粒，得到溶胶；将溶胶于乙炔气氛下进行火焰喷射后得到负热膨胀系数的LiAlS1;!球。
3.如权利要求1所述的负热膨胀系数的LiAlS1jj球的制备方法，其特征在于，原料中 Li2C03、Si02、Al2O3的摩尔比为 1:1:2。
4.如权利要求1所述的负热膨胀系数的LiAlS1;!球的制备方法，其特征在于，冰水温度不高于5°C。
5.如权利要求1所述的负热膨胀系数的LiAlS1jj球的制备方法，其特征在于，1^八15104块体球磨时间为2-12h。
【专利摘要】本发明公开了一种负热膨胀系数的LiAlSiO4微球及其制备方法。所述LiAlSiO4微球是将Li2CO3、SiO2、Al2O3粉末在研钵中混合均匀，升温至1300-1400 oC烧熔并保温5 h以上，并迅速在冰水中淬冷即得LiAlSiO4块体，将块体球磨，得到不同粒径的LiAlSiO4微粒，然后用去离子水溶解球磨过的LiAlSiO4微粒，得到溶胶，最后将溶胶于乙炔气氛下进行火焰喷射后得到负热膨胀系数的LiAlSiO4微球。本发明通过两步法制得粒径可控、分布均一、球形度良好的负热膨胀系数材料。
【IPC分类】C04B35-622, C04B35-16
【公开号】CN104803666
【申请号】CN201510182547
【发明人】姜炜, 王田禾, 周帅, 李凤生, 田仁兵
【申请人】南京理工大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月16日