阅读说明：本技术 一种具有透波性能的低熔点硼酸盐材料及其制备方法 (Low-melting-point borate material with wave-transmitting performance and preparation method thereof ) 是由 翟萍 王洪升 陈达谦 韦其红 王重海 李伶 栾强 于 2019-03-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种具有透波性能的低熔点硼酸盐材料及其制备方法。以硼酸盐为低熔点材料,以Li、Mg、B系复相陶瓷为所述低熔点硼酸盐材料的主相,制备方法科学合理,简单易行,制得的透波硼酸盐材料熔融温度低,可实现低于600℃出现液相,且线热膨胀系数为2.84-3.64×10<Sup>-6</Sup>/℃(400℃)。其中,Li的引入是为了实现低温低热膨胀系数的材料的制备,便于组分间的设计和匹配；B<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>的引入不仅能降低材料的热膨胀系数,还能提高玻璃的热、化学稳定性和提高玻璃的力学性能；镁源在降低材料热膨胀系数的同时还能促进中间层的形成,减弱涂层的开裂倾向,增大涂层的不透明性,使所得涂层质量高。(The invention relates to a low-melting-point borate material with wave-transmitting performance and a preparation method thereof.A borate is used as a low-melting-point material, Li, Mg and B series multiphase ceramics are used as main phases of the low-melting-point borate material, the preparation method is scientific, reasonable, simple and feasible, the prepared wave-transmitting borate material has low melting temperature, can realize the appearance of a liquid phase below 600 ℃, and has a linear thermal expansion coefficient of 2.84-3.64 × 10 ‑6 /. degree.C. (400 ℃ C.). The introduction of Li is to realize the preparation of the material with low temperature and low thermal expansion coefficient, so as to facilitate the design and matching of the components; b is 2 O 3 The introduction of the glass can not only reduce the thermal expansion coefficient of the material, but also improve the thermal and chemical stability of the glass and the mechanical property of the glass; the magnesium source can promote the formation of an intermediate layer while reducing the thermal expansion coefficient of the material, reduce the cracking tendency of the coating, increase the opacity of the coating and ensure that the obtained coating has high quality.)

一种具有透波性能的低熔点硼酸盐材料及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷透波材料领域,具体涉及一种具有透波性能的低熔点硼酸盐材料及其制备方法。

背景技术

多孔氮化硅、石英纤维增强石英复合材料作为工程化应用的航空航天透波材料，因易吸潮特性影响使用，故需制备防潮涂层进行性能改性。为了降低成本、响应了国家号召的“节能减排”、增强产品的使用性和保持优异性能，无机涂层的制备温度越低越好。

常见低温助熔剂为氧化铅，但具有毒性且不透波，在熔制过程中铅的挥发常对生产工人及环境造成危害，需要大量的人力、物力、和财力进行综合治理。现在人类的环境保护意识越来越强，无铅无公害产品将会得到越来越多消费者的青睐。因此发展无铅化的低熔玻璃有很大的必要性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有透波性能的低熔点硼酸盐材料及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有透波性能的低熔点硼酸盐材料的制备方法，包括以下步骤：

将锂源、硼酸、硅酸酯、铝源一、水混合，然后经凝胶处理后煅烧、粉碎得组分一；

将所述组分一与锂源、硼酸、铝源二、陶瓷粉、镁源混合，经熔制、水淬、粉碎后即得具有透波性能的低熔点硼酸盐材料。

进一步的，锂源、硼酸、硅酸酯、铝源一、水的质量比为：(2.2-4.3)：(5.3-10.0)：(6.4-15.6)：(6-13.3)：(60-80)。

进一步的，锂源、硼酸、硅酸酯、铝源一、水与醇类化合物、酸混合后进行凝胶处理，其中，水与醇类化合物、酸的体积比为(800-1600)：(30-80)：(1-4)。其中，醇类化合物包括无水乙醇，酸包括浓硝酸。醇类化合物如无水乙醇有助于硅酸酯如正硅酸乙酯在水中溶解，酸如浓硝酸有助于硅酸酯如正硅酸乙酯水解。

其中，锂源为碳酸锂，硅酸酯为正硅酸乙酯，铝源一为硝酸铝。

所述凝胶处理温度为70-90℃，煅烧温度为：600-800℃，煅烧保温时间为1-3h。

所述组分一、锂源、硼酸、铝源二、陶瓷粉、镁源的质量比为：(18-40):(1.3-4.8):(45-70):(0.4-3.6):(3-12):(0.4-2.8)。

其中，锂源为碳酸锂，铝源二为氢氧化铝，陶瓷粉为石英粉，镁源为氧化镁。

进一步的，所述熔制温度为：900-1100℃。

根据本发明的另一个方面，提供了一种具有透波性能的低熔点硼酸盐材料，包括Li、Mg、B系复相陶瓷。

所述的具有透波性能的低熔点硼酸盐材料，根据所述方法制得。

本发明使用的主要原料规格如下：

石英粉：市售，熔融态，纯度≥99.7％，D50≤15μm；

碳酸锂：市售，分析纯，纯度≥99％；

硼酸：市售，分析纯，纯度≥99.5％；

正硅酸乙酯：市售，分析纯，SiO₂含量≥28％；

硝酸铝：市售，分析纯，纯度≥98％；

无水乙醇：市售，分析纯；

氢氧化铝：市售，分析纯；

氧化镁：轻质，纯度纯度≥98.5％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明示例的具有透波性能的低熔点硼酸盐材料及其制备方法，以硼酸盐作为低熔点材料，以Li、Mg、B系复相陶瓷为所述低熔点硼酸盐材料的主相，制备方法科学合理，简单易行，便于实施，采用本发明方法制得的透波硼酸盐材料熔融温度低，可实现低于600℃出现液相，且线热膨胀系数为2.84-3.64×10^-6/℃(400℃)。其中，Li的引入是为了实现低温低热膨胀系数的材料的制备，便于组分间的设计和匹配；B₂O₃的引入不仅能降低材料的热膨胀系数，还能提高玻璃的热、化学稳定性和提高玻璃的力学性能；镁源在降低材料热膨胀系数的同时还能促进中间层的形成，减弱涂层的开裂倾向，增大涂层的不透明性，使所得涂层质量高。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

本实施例的具有透波性能的低熔点硼酸盐材料制备过程为：

S1、先称量正硅酸乙酯290g、300g去离子水、80ml无水乙醇和4ml浓硝酸进行搅拌，时间4h；

S2、分别称量1300g去离子水、44g碳酸锂、266g硝酸铝和200g硼酸，搅拌，至溶液澄清透明为止；

S3、将步骤1和2中的溶液混合搅拌均匀后置于恒温恒湿干燥箱中80℃凝胶，然后将凝胶后材料置于马弗炉750℃煅烧，保温2h，最后将制得的原料粉碎，待用；

S4、分别称取步骤3得的组分1粉料18g、碳酸锂4.8g、硼酸70g、氢氧化铝0.4g、石英粉6.4g和氧化镁0.4g，先后过35目、50目分子筛三次，然后置于马弗炉中900℃熔制，保温90min，水淬粉磨后即得透波低熔点硼酸盐材料。

该工艺制备的透波硼酸盐材料熔融温度低，可实现560℃出现液相，且线热膨胀系数为2.84×10^-6/℃(400℃)。本实施例以硼酸盐作为低熔点材料，主料以Li、Mg、B系复相陶瓷进行设计，通过不同的配比制备不同温度范围的可透波低熔点硼酸盐。其中，Li的引入是为了实现低温低热膨胀系数的材料的制备，便于组分间的设计和匹配；引入B₂O₃不仅降低材料的热膨胀系数，还能提高玻璃的热、化学稳定性和提高玻璃的力学性能；MgO在降低材料热膨胀系数的同时还能促进中间层的形成，减弱涂层的开裂倾向，增大涂层的不透明性，所得涂层质量高。

实施例二

本实施例的具有透波性能的低熔点硼酸盐材料制备过程为：

S1、先称量正硅酸乙酯128g、154g去离子水、50ml无水乙醇和2ml浓硝酸进行搅拌，时间4h；

S2、分别称量1350g去离子水、62g碳酸锂、200g硝酸铝和106g硼酸，搅拌，至溶液澄清透明为止；

S3、将步骤1和2中的溶液混合搅拌均匀后置于恒温恒湿干燥箱中90℃凝胶，然后将凝胶后材料置于马弗炉800℃煅烧，保温1h，最后将制得的原料粉碎，待用；

S4、分别称取步骤3得的组分1粉料40g、碳酸锂1.3g、硼酸45g、氢氧化铝2.4g、石英粉10g和氧化镁1.3g，先后过35目、50目分子筛三次，然后置于马弗炉中1100℃熔制，保温30min，水淬粉磨后即得透波低熔点硼酸盐材料。

该工艺制备的透波硼酸盐材料熔融温度低，可实现520℃出现液相，且线热膨胀系数为3.64×10^-6/℃(400℃)。

实施例三

本实施例的具有透波性能的低熔点硼酸盐材料制备过程为：

S1、先称量正硅酸乙酯234g、241g去离子水、48ml无水乙醇和3ml浓硝酸进行搅拌，时间4h；

S2、分别称量770g去离子水、64.5g碳酸锂、100.5g硝酸铝和90g硼酸，搅拌，至溶液澄清透明为止；

S3、将步骤1和2中的溶液混合搅拌均匀后置于恒温恒湿干燥箱中70℃凝胶，然后将凝胶后材料置于马弗炉600℃煅烧，保温3h，最后将制得的原料粉碎，待用；

S4、分别称取步骤3得的组分1粉料16g、碳酸锂2.6g、硼酸63g、氢氧化铝3.6g、石英粉12g和氧化镁2.8g，先后过35目、50目分子筛三次，然后置于马弗炉中950℃熔制，保温60min，水淬粉磨后即得透波低熔点硼酸盐材料。

该工艺制备的透波硼酸盐材料熔融温度低，可实现560℃出现液相，且线热膨胀系数为3.28×10^-6/℃(400℃)。

实施例四

本实施例的具有透波性能的低熔点硼酸盐材料制备过程为：

S1、先称量正硅酸乙酯130g、150g去离子水、30ml无水乙醇和1ml浓硝酸进行搅拌，时间4h；

S2、分别称量650g去离子水、22g碳酸锂、60g硝酸铝和53g硼酸，搅拌，至溶液澄清透明为止；

S3、将步骤1和2中的溶液混合搅拌均匀后置于恒温恒湿干燥箱中70℃凝胶，然后将凝胶后材料置于马弗炉650℃煅烧，保温2h，最后将制得的原料粉碎，待用；

S4、分别称取步骤3得的组分1粉料33g、碳酸锂3.5g、硼酸55.5g、氢氧化铝3g、石英粉3g和氧化镁2g，先后过35目、50目分子筛三次，然后置于马弗炉中1000℃熔制，保温60min，水淬粉磨后即得透波低熔点硼酸盐材料。

该工艺制备的透波硼酸盐材料熔融温度低，可实现600℃出现液相，且线热膨胀系数为3.49×10^-6/℃(400℃)。

实施例五

本实施例的具有透波性能的低熔点硼酸盐材料制备过程为：

S1、先称量正硅酸乙酯234g、235g去离子水、47ml无水乙醇和3ml浓硝酸进行搅拌，时间3.5h；

S2、分别称量665g去离子水、64.5g碳酸锂、100.5g硝酸铝和90g硼酸，搅拌，至溶液澄清透明为止；

S3、将步骤1和2中的溶液混合搅拌均匀后置于恒温恒湿干燥箱中80℃凝胶，然后将凝胶后材料置于马弗炉700℃煅烧，保温2h，最后将制得的原料粉碎，待用；

S4、分别称取步骤3得的组分1粉料16g、碳酸锂2.6g、硼酸63g、氢氧化铝3.6g、石英粉12g和氟化镁2.8g，先后过35目、50目分子筛三次，然后置于马弗炉中950℃熔制，保温60min，水淬粉磨后即得透波低熔点硼酸盐材料。

该工艺制备的透波硼酸盐材料熔融温度低，可实现550℃出现液相，且线热膨胀系数为3.22×10^-6/℃(400℃)。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。