一種大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法，采用96.0%?99.9%氧化鋁原料、干壓等靜壓工藝二次成型、1550?1750°C高溫燒結、精密磨削加工而成。制成直徑在200?700毫米的大規格精細氧化鋁陶瓷圓板，具有大尺寸、高精度、高純度、密度均勻的特點，還具有優良的耐酸堿、耐磨損、耐電壓等理化性能。克服采用注漿成型等工藝制成產品的表面氣孔多、密度均勻性差等缺陷。制備的大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板體積密度3.75?3.93g/cm3，硬度HRA≥89，精密磨削加工后，陶瓷圓板表面光潔度Ra0.1?0.4，平面度2?7μm，是LED藍寶石加工制造使用的理想材料。
【專利說明】
一種大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法
技術領域
[0001]本發明涉及工程陶瓷材料領域，特別涉及大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法。
【背景技術】
[0002]LED(發光二極管)作為全球最受矚目的新一代光源具有非常突出的優點，能耗為普通白熾燈的1/10、節能燈的1/4;壽命可達10萬小時;無頻閃、無眩光、無紫外線、紅外線福射、無汞污染，可回收再利用，低熱寬電壓工作安全可靠等等，被稱為21世紀最具發展前景的綠色照明光源。
[0003]LED產業流程比較長，技術含量較高的外延片制造是其上游產業，用于LED外延片生產的藍寶石襯底是整個LED產業的基石，藍寶石襯底除了對材料和定向要求很高以外，對藍寶石襯底的尺寸加工精度也有很高的技術要求，定向誤差<0.3°，厚度0.20-0.45mm，平整度< 0.5μπι等。由于藍寶石材料硬度很高，如何精密加工是個很大問題。目前最新最有效的方法是采用成分相同，硬度相近，耐磨性好，耐腐蝕的精細高純氧化鋁陶瓷大圓板對藍寶石襯底進行分段研磨拋光，使藍寶石材料最終達到襯底的要求。傳統的陶瓷制造工藝，如注漿、熱壓和干壓工藝，制備的氧化鋁陶瓷圓板，由于工藝特性的局限，產品存在陶瓷材料密度低、機電性能不穩定、表面氣孔多等缺陷，達不到相關技術性能要求。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有技術的不足，提供了一種具有大尺寸、高精度、高純度、密度均勻的特點，還具有優良的耐酸堿、耐磨損、耐電壓等理化性能，克服采用注漿成型等工藝制成產品的表面氣孔多、密度均勻性差等缺陷的大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法。
[0005]為實現本發明目的，提供了以下技術方案:一種大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法，包括以下步驟:選用高純氧化鋁原粉，用噴霧干燥法制備粉料，經過壓力成型后制成大規格陶瓷圓板坯體，成型坯體進行高溫燒結，精密加工而成，其特征在于壓力成型包括一次干壓成型和二次靜壓成型。
[0006]選用高純氧化鋁原料噴霧干燥工藝制備高性能陶瓷粉料，從源頭上控制有害雜質的混入。
[0007]作為優選，二次靜壓成型方法為將一次干壓成型后的坯體放入等靜壓模具內密封，置入冷等靜壓機內，設置70MPa-200 MPa壓力進行等靜壓成型，獲得大規格陶瓷圓板坯體。一次干壓成型后，加入專門設計制作的高彈橡塑模具中，70-200MPa壓力進行等靜壓成型，解決大規格陶瓷圓板坯體密度低、內部密度不一致問題。
[0008]作為優選，高溫燒結方法為采用微電腦精密控溫高溫燒成，升溫速率7-30°C/小時，最高燒成溫度1550-1750°C，保溫3-10小時。大幅減少大規格陶瓷圓板的燒成開裂、變形和表面氣孔，提升陶瓷材料的理化機電性能。陶瓷表面氣孔和微裂紋會直接影響以后的加工精度和光潔度。
[0009]作為優選，精密加工為精密數控磨削加工，加工成的陶瓷圓板直徑200mm-700mm，厚度3-75mm，陶瓷材料的體積密度為3.75-3.93g/cm3，硬度HRA > 89，表面光潔度為Ra0.1-
0.4，平面度 2_7μπι。
[0010]作為優選，氧化鋁原粉純度為96.0%-99.9%。
[0011]作為優選，等靜壓模具材料為高彈橡膠或塑料。
[0012]本發明有益效果:與原有技術相比，本發明的有益效果是可以按照預定的制造工藝進行控制，制成大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板，可以達到LED藍寶石精密加工制造所需的各項技術要求。
【具體實施方式】
[0013]實施例1:
選用99.9%氧化鋁用噴霧造粒工藝制備高性能陶瓷粉料，干壓一次成型后，放入大直徑高彈橡塑模具內，密封，置入冷等靜壓機內，在ISOMPa壓力進行等靜壓成型，獲得直徑610mmX33mm的陶瓷圓板坯體，將壓制的坯體放置在高溫爐內，采用微電腦精密控溫高溫燒成，升溫速率9°C/小時，最高溫度1730° C，保溫9小時，燒結后的陶瓷圓板通過精密數控磨削加工，得到一件精細高純氧化鋁陶瓷圓板，其直徑505.10mm，厚度18.31mm，表面光潔，無氣孔，無細微裂紋，光潔度為Ra0.1，平面度2μπι;陶瓷材料的體積密度為3.91g/cm3，硬度HRA: 92.5。
[0014]實施例2:
選用96.5%氧化鋁用噴霧造粒工藝制備陶瓷粉料，干壓一次成型后，放入高彈橡塑模具內，置入等靜壓機內在120MPa壓力下成型，獲得直徑31mm X 22mm的陶瓷圓板坯體，放置高溫爐內，微電腦精密控溫燒成，升溫速率21 °C/小時，最高溫度1580°C，保溫4小時。燒結的陶瓷圓板通過精密數控磨削加工，得到一件精細陶瓷圓板，其直徑245.2mm，厚度15.12mm，表面光潔，無氣孔，無細微裂紋，光潔度為Ra0.4，平面度5μπι;陶瓷材料的體積密度為3.79g/cm3，硬度 HRA:90.7。
【主權項】
1.一種大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法，包括以下步驟:選用高純氧化鋁原粉，用噴霧干燥法制備粉料，經過壓力成型后制成大規格陶瓷圓板坯體，成型坯體進行高溫燒結，精密加工而成，其特征在于壓力成型包括一次干壓成型和二次靜壓成型。2.根據權利要求1所述的一種大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法，其特征在于二次靜壓成型方法為將一次干壓成型后的坯體放入等靜壓模具內密封，置入冷等靜壓機內，設置70MPa-200 MPa壓力進行等靜壓成型，獲得大規格陶瓷圓板坯體。3.根據權利要求1所述的一種大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法，其特征在于高溫燒結方法為采用微電腦精密控溫高溫燒成，升溫速率7_30°C/小時，最高燒成溫度1550-1750° C，保溫 3-10 小時。4.根據權利要求1所述的一種大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法，其特征在于精密加工為精密數控磨削加工，加工成的陶瓷圓板直徑200mm-700mm，厚度3-75mm，陶瓷材料的體積密度為3.75-3.93g/cm3，硬度HRA > 89，表面光潔度為Ra0.1-0.4，平面度2_7μπι。5.根據權利要求1所述的一種大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法，其特征在于氧化鋁原粉純度為96.0%-99.9%。6.根據權利要求1所述的一種大規格精細高純氧化鋁陶瓷圓板的制造方法，其特征在于等靜壓模具材料為高彈橡膠或塑料。
【文檔編號】C04B35/626GK105837186SQ201610211997
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月7日
【發明人】朱軍, 浦雪琴, 鄭興益, 薛志剛
【申請人】江蘇省陶瓷研究所有限公司