本發明提供了一種改性熔融石英砂及其制備工藝，屬于石英砂改性技術領域，該種改性熔融石英砂包括如下重量配比的組分：熔融石英砂、氧化鋁、硼酸及鈦酸鋇；該種改性熔融石英砂的制備工藝包括如下加工步驟：（1）制備納米熔融石英砂：取熔融石英砂原料進行球磨，然后過篩得到納米熔融石英砂；（2）造粒成型：取重量配比的原料加入粘合劑，用制粒機進行制粒，然后壓片；（3）燒結：采用放電等離子技術進行燒結，從而得到改性熔融石英砂。該種改性熔融石英砂對熔融石英砂進行改性以提高其介電性能，該種改性熔融石英砂的制備工藝來源廣泛，操作簡便，適宜于大規模推廣應用。

技術領域

本發明屬于石英砂改性技術領域，具體地，涉及一種改性熔融石英砂及其制備工藝。

背景技術

熔融石英是氧化硅的非晶態（玻璃態），它是典型的玻璃，其原子結構長程無序，通過三維結構交叉鏈接提供其高使用溫度和低熱膨脹系數。熔融石英熔化溫度約1713℃，導熱系數低，熱膨脹系數幾乎是所有耐火材料中最小的，具有極高的熱震穩定性。所以在焙燒和澆注過程中熔融石英型殼很少因溫度劇變而破裂，是理想的熔模鑄造制型的耐火材料，可作為面層或背層涂料用的耐火材料，以及撒砂材料。熔融石英的相對介電常數為3.82，具有較低的介電常數，為了提高熔融石英的介電性能，增強其在微波基板材料的應用，可以對其進行改性，以增強其介電性能。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種改性熔融石英砂及其制備工藝，該種改性熔融石英砂對熔融石英砂進行改性以提高其介電性能，該種改性熔融石英砂的制備工藝來源廣泛，操作簡便，適宜于大規模推廣應用。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案來實現：一種改性熔融石英砂，包括如下重量配比的組分：熔融石英砂85-90份、氧化鋁5-10份、硼酸1-5份及鈦酸鋇5-10份。氧化鋁可促進熔融石英砂晶粒的生長，晶粒間空隙較小，提高結構的致密性；硼酸可有效抑制石英晶相的形成；鈦酸鋇一種強介電材料，可顯著提高熔融石英的介電性能。

進一步地，所述熔融石英砂為納米熔融石英砂，其粒徑為10-20 μm。納米熔融石英砂可提高熔融石英砂與其它物質的混合均勻性。

一種改性熔融石英砂的制備工藝，制備如上所述的一種改性熔融石英砂，包括如下加工步驟：

（1）制備納米熔融石英砂：取熔融石英砂原料采用球磨機進行球磨24 h，然后取出烘干，再過篩篩選出粒徑在10-20μm的納米熔融石英砂；

（2）造粒成型：取重量配比的原料加入重量比為1:0.5-1的粘合劑，攪拌均勻后用制粒機進行制粒，其粒徑為5-10 mm，然后用液壓機將制好的粉末壓制成厚度為3-5 mm的薄片，壓片壓力為50 MPa；

（3）燒結：將步驟（2）所得的薄片采用放電等離子技術進行燒結，從而得到改性熔融石英砂。放電等離子技術燒結加熱均勻，升溫速度快，燒結溫度低，燒結時間短，生產效率高，產品組織細小均勻，能保持原材料的自然狀態，可以得到高致密度的材料，操作簡單，不需要專門的熟練技術。

進一步地，所述步驟（2）中的粘合劑為環氧樹脂。對原料具有較好的粘接性能。

進一步地，所述步驟（3）中的燒結設備工作壓力為15-25 Mpa。

進一步地，所述步驟（3）中的燒結溫度為1100-1200 ℃。在此溫度下進行燒結，既可以使原料充分涂覆于熔融石英表面，又能避免熔融石英形成晶相。

進一步地，所述步驟（3）的燒結過程包括第一升溫過程和第二升溫過程及保溫過程。第一升溫過程采用快速升溫，可以去除原料中的其它雜質；第二升溫過程升溫速率較慢，可使加入的原料熔融，以能夠均勻涂覆在熔融石英表面。

進一步地，所述第一升溫過程為以150-200 ℃/min升溫速率升至520-550 ℃。