一種輕質(zhì)隔音保溫多孔陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷材料，特別涉及一種輕質(zhì)隔音保溫多孔陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高純度的石英材料(99.999%)是半導(dǎo)體設(shè)備中的關(guān)鍵部件，可以做
擴(kuò)散爐管、硅片的轉(zhuǎn)移工具、清洗槽等等，使用非常廣泛。石英晶錠材料經(jīng)過切割、平磨和鉆孔加工等多道工序，最終加工成成品的工序中，約50%左右的原料是變成廢料。
[0003]目前，傳統(tǒng)的閉孔性多孔陶瓷材料多采用廢舊玻璃和鉀鈉長石等材料
和發(fā)泡劑高溫?zé)Y(jié)而成。由于鉀鈉長石中存在氧化鎂和氧化鈣等多種成分，且粉料球磨后的細(xì)度一般在40微米左右，配料混合均勻性差，所以在1200度左右熔融后黏度的黏度均勻性差，發(fā)泡劑發(fā)泡后造成孔與孔之間的玻璃層厚度不均勻，導(dǎo)致多孔陶瓷材料的體積密度一般在0.5-1.0 g/cm3之間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種輕質(zhì)隔音保溫多孔陶瓷材料，將石英廢料變廢為寶，進(jìn)行二次利用，同時減少了廢物處理對環(huán)境造成的污染問題。
[0005]本發(fā)明還提供了上述材料的制備方法，簡單易行，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種輕質(zhì)隔音保溫多孔陶瓷材料，其特征在于，由以下質(zhì)量百分比計(jì)的原料混合制成:石英廢料85-90%，碳酸鉀3-8%，碳酸鈉1-5%，發(fā)泡劑1_3%。
[0007]本發(fā)明旨在將石英廢料變廢為寶，進(jìn)行二次利用，利用石英材料在1000到1200度之間熔融的特性，外加其他材料，通過合適的材料配比和球磨工藝，以及特殊的發(fā)泡工藝(燒結(jié)工藝)，制備出輕質(zhì)隔音保溫多孔陶瓷材料，同時減少了廢物處理對環(huán)境造成的污染冋題。
[0008]半導(dǎo)體石英廢料經(jīng)過平磨工藝后，顆粒粒度一般在3到5微米左右，再添加少量碳酸鉀、碳酸鈉熔融助劑，同時引入發(fā)泡劑，在立式球磨機(jī)內(nèi)充分球磨混合，通過冷等靜壓成型工藝壓制而成的坯料，在高溫下燒結(jié)，石英熔融體黏度可控性強(qiáng)，發(fā)泡后的多孔陶瓷孔徑可以有效控制，且孔與孔之間的玻璃層壁薄，相比傳統(tǒng)的多孔閉孔陶瓷材料，體積密度更低。
[0009]作為優(yōu)選，所述碳酸鉀的顆粒細(xì)度為1-3微米。
[0010]作為優(yōu)選，所述碳酸鈉的顆粒細(xì)度為1-3微米。
[0011 ] 作為優(yōu)選，所述發(fā)泡劑選自碳化硅、氮化硅中的一種或兩種。
[0012]作為優(yōu)選，所述發(fā)泡劑的顆粒細(xì)度為0.1-0.5微米。
[0013]作為優(yōu)選，所述石英廢料的純度在99.999%，顆粒細(xì)度在3_5微米。
[0014]一種輕質(zhì)隔音保溫多孔陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟: (I)材料準(zhǔn)備:按比例稱取原料各組分:石英廢料、碳酸鉀、碳酸鈉及發(fā)泡劑，稱取原料總重量30-50%的蒸餾水，稱取原料總重量1-3%的聚乙烯醇；
(2 )混合球磨:將原料各組分、蒸餾水及聚乙烯醇倒入立式球磨機(jī)內(nèi)持續(xù)攪拌30-60min，充分混合均勻，得到陶瓷漿料；
(3)造粒:陶瓷漿料經(jīng)過噴霧造粒塔進(jìn)行噴霧造粒，制備成粒度在0.3-0.5毫米范圍的陶瓷顆粒；
(4)冷等靜壓成型:將造好粒的陶瓷粉料在裝入模具，在50-80MPa的壓力下冷等靜壓成型，然后自然卸壓，得毛坯體；
(5)燒結(jié):毛坯體在高溫燃?xì)鉅t內(nèi)，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后得產(chǎn)品。
[0015]作為優(yōu)選，所述高溫?zé)Y(jié)步驟各階段的參數(shù)控制為:
①室溫升溫至210°C，時間在2-6h；
②210°C維持1-2小時；
③210°C升溫至650°C，時間在3-5h；
④650°C維持2-3小時；
⑤650°C升溫至 1100-1200°C，時間在 l_3h ；
⑥1100-1200°C維持1-2小時；
⑨自然冷卻至室溫。
[0016]采用本發(fā)明特殊的燒結(jié)工藝才能保證發(fā)泡劑充分發(fā)泡，形成孔徑均勻的氣孔。
[0017]本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)如下:
I)、傳統(tǒng)的多孔陶瓷坯體化學(xué)組成中為非連續(xù)性玻璃體，由高溫下玻璃熔體的黏度均勻性差，造成發(fā)泡后陶瓷中氣孔均勻差，甚至出現(xiàn)大的氣孔。本發(fā)明選用了半導(dǎo)體陶瓷領(lǐng)域用的高純度(99.999%)超細(xì)(3-5微米)石英廢料為主要原材料，保證了高溫下熔體黏度的均勻性和穩(wěn)定性。同時添加少量鉀鹽和鈉鹽來調(diào)節(jié)高溫熔體的黏度，發(fā)泡后的泡沫陶瓷壁薄質(zhì)輕、氣孔均勻細(xì)密。
[0018]2)、本發(fā)明采用立式濕法球磨工藝，造粒和冷等靜壓成型工藝，將各種原料細(xì)化和均質(zhì)化處理，形成了一套成熟的均化處理技術(shù)，保證了坯體在高溫?zé)Y(jié)過程中大量均勻的微氣孔(0-0.3mm)的形成，可以使多孔陶瓷的體積密度< 0.3g/cm3，而傳統(tǒng)的多孔陶瓷體積密度在0.5-1.0 g/cm3之間ο
[0019]3)、傳統(tǒng)的泡沫多孔陶瓷成型工藝一般為注漿法和干壓成型，成型后的坯體內(nèi)部密度均勻性差，從而導(dǎo)致高溫發(fā)泡后，氣孔不均勻。而本發(fā)明采用冷等靜壓成型工藝，其特點(diǎn)是通過液體傳遞壓力，從而達(dá)到坯體密度的一致性，有效保證了高溫?zé)Y(jié)中氣泡的均勻性。另外通過冷等靜壓成型的坯體坯體致密，高溫下的發(fā)泡劑揮發(fā)的氣體不容易沖出坯體內(nèi)部，從而形成細(xì)小致密的氣孔。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明制備的輕質(zhì)隔音保溫多孔陶瓷材料，變廢為寶，有效降低了石英廢料處理對環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)，并且大大節(jié)約了成本。
[0021]2.本發(fā)明制備的輕質(zhì)隔音保溫多孔陶瓷材料，是傳統(tǒng)的多孔陶瓷材料的體積密度1/3到1/2，具有更優(yōu)良的隔音性能和保溫性能。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面通過具體實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。
[0023]本發(fā)明中，若非特指，所采用的原料和設(shè)備等均可從市場購得或是本領(lǐng)域常用的。下述實(shí)施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0024]石英廢料為杭州大和熱磁電子有限公司提供，是半導(dǎo)體級石英產(chǎn)品加工切削過程中產(chǎn)生的廢料，石英廢料的純度在99.999%，顆粒細(xì)度在3-5微米。
[0025]本發(fā)明的原料碳酸鉀的顆粒細(xì)度為1-3微米，碳酸鈉的顆粒細(xì)度為1-3微米，發(fā)泡劑的顆粒細(xì)度為0.1-0.5微米。
[0026]實(shí)施例1:
一種輕質(zhì)隔音保溫多孔陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)材料準(zhǔn)備:按比例稱取原料各組分:石英廢料85%，碳酸鉀8%，碳酸鈉5%及碳化硅2%，稱取原料總重量30%的蒸餾水，稱取原料總重量1%的聚乙烯醇。
[0027](2)混合球磨:將原料各組分、蒸餾水及聚乙烯醇倒入立式球磨機(jī)內(nèi)持續(xù)攪拌30min，充分混合均勻，得到陶瓷漿料。
[0028](3)造粒:陶瓷漿料經(jīng)過噴霧造粒塔進(jìn)行噴霧造粒，制備成粒度在0.3-0.5毫米范圍的陶瓷顆粒。
[0029](4)冷等靜壓成型:將造好粒的陶瓷粉料在裝入模具，在50MPa的壓力下冷等靜壓成型，保壓2min，然后自然卸壓，得毛坯體。
[0030](5)燒結(jié):毛坯體在高溫燃?xì)鉅t內(nèi)，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后得產(chǎn)品。
[0031]高溫?zé)Y(jié)步驟各階段的參數(shù)控制為:
①室溫升溫至210°C，時間在2h；
②210°C維持