本發明涉及陶瓷注射成型技術領域，具體涉及一種熱固型陶瓷注射成型材料及其制備方法。
背景技術：
環氧樹脂具有優良的粘接性，低熱膨脹性，廣泛的固化體系，以及其使用價格低廉性，是市面上使用最為廣泛的粘接材料之一。
將有機的環氧樹脂與無機的陶瓷粉體相結合而生成的新型陶瓷復合材料已經有相關的報告，如林浩青等在“一種環氧樹脂熱固性復合材料的注射成型方法”中提到了將環氧樹脂與陶瓷粉體混煉、造粒、注射成型，最后燒結得到復合材料，既具有注射成型的成型多樣性，又具有陶瓷材料的耐熱性、散熱性等優良特性。
然而，對于高功率大型電子元器件及其輔件來說，由于功率大，所散出的熱量多，在短時間內產生熱量集中，這樣容易致使電子器件及輔件的使用壽命減短。雖然陶瓷材料具有一定的散熱性，但是對于注射成型的復合陶瓷材料來說，其中的粘接骨架是環氧樹脂，環氧樹脂的熱承受能力有限，這將會導致環氧樹脂在長時間高溫條件下壽命將急劇縮短，最終使產品的使用壽命大大縮短，嚴重的甚至可能發生意外，造成人員及財產的損失。對于環氧樹脂型的注射成型材料，急需改善環氧樹脂的耐熱性。
技術實現要素：
為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種熱固型陶瓷注射成型材料，包括有機硅改性環氧樹脂和陶瓷粉體，并將有機硅改性環氧樹脂與陶瓷粉體混合、密煉、造粒、注射、燒結、脫脂，最終獲得一種具有優良的耐電壓、耐高溫、導熱、抗彎曲、低熱膨脹性能的改性環氧樹脂陶瓷復合材料，可以根據注射模具形狀，制成多種復雜形狀的材料，廣泛應用于電子、電器、汽車、航空航天等領域。另外，本發明還提供了一種熱固型陶瓷注射成型材料的制備方法方法，該方法使脫脂過程中材料的外形不發生變化。
本發明是這樣實現的：
一種熱固型陶瓷注射成型材料，包括下述組成材料：
10-24重量份的有機硅改性環氧樹脂，
60-75重量份的陶瓷粉體，
0.5-1重量份的固化劑，
5-10重量份的潤滑劑，
2-4重量份的填料，
所述有機硅改性樹脂的結構組成簡式為：
其中：5≤n≤10。
優選地，所述有機硅改性環氧樹脂包括下述摩爾比組成材料：
1，4-二環氧戊烷：雙酚A：二氯二苯基硅烷＝1：2.5-5：2.5-5
所述有機硅改性環氧樹脂的合成工藝如下：
(1)取摩爾比份的二氯二苯基硅烷，在攪拌的條件下緩慢滴入乙醇水溶液中，控制反應溫度在40～45℃，滴加完成后在室溫條件下反應5-6小時；
(2)反應完成后，加入環己烷，攪拌30-50分鐘，靜置分層；
(3)取上層清液，并使用純水反復清洗5次后靜置除水；
(4)加熱至80℃，并在壓力為0.006-0.009MPa下進行脫水處理2-3小時，冷卻至室溫后，得備用料1；
(5)取摩爾比份的雙酚A和1，4—二環氧戊烷，少量沸石于三口瓶中，加入摩爾比份的備用料1，并于0.008-0.009MPa，100℃條件下將有機錫催化劑乙醇溶液滴入三口瓶，反應3-5小時；
(6)反應結束后，加入無水硫酸鈉靜置處理10-12小時，后過濾得到有機硅改性環氧樹脂。
優選地，所述陶瓷粉體的粒徑為1-10um，所述陶瓷粉體為氧化物陶瓷粉體、氮化物陶瓷粉體、碳化物陶瓷粉體和硼化物陶瓷粉體中的一種或幾種。
優選地，所述氧化物陶瓷粉體為Al2O3、ZrO2、TiO2中的一種或幾種，
所述氮化物陶瓷粉體為AlN、Si3N4中的一種或幾種，
所述碳化物陶瓷粉體為SiC、ZrC、TiC中的一種或幾種，
所述硼化物陶瓷粉體為B4C、BN中的一種或幾種。
優選地，所述固化劑為間苯二胺、間苯二甲胺、間氨基甲胺、二氨基二苯基甲烷、二氨基二苯基砜、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、偏苯三酸酐和偏苯四酸酐中的一種或幾種。
優選地，所述潤滑劑為聚乙烯蠟(PE蠟)、聚丙烯蠟(PP蠟)、石蠟和硬脂酸脂中的一種或幾種。
優選地，所述填料為亞微米級CaCO3粉體、納米級白碳黑和亞微米級金屬氧化物陶瓷粉體中的一種或幾種。
根據本發明的另一方面，一種制備上述的熱固型陶瓷注射成型材料的方法，包括以下步驟：
S1：將有機硅改性環氧樹脂、陶瓷粉體、固化劑、潤滑劑和填料放入混料機，設置功率為100％，常溫下混合10±2小時，得到預混料；
S2：將預混料放入密煉機并在功率為100％，料溫100～120℃下密煉2小時，然后再將密煉后的物料放入柱塞式造粒機中于0.5～1.0MPa進行擠壓、于150～200rpm的造粒刀轉速下剪切得到直徑為3mm，長度為3～5mm粒狀喂料；
S3：將喂料經過注射成型機注射成型，冷卻出模，得到初產品；
S4：將初產品于120～180℃下加溫固化2～10小時；
S5：將固化好的產品放入真空烘箱中，于120～150℃，壓強為20～50Pa下脫脂2～10小時，冷卻后得到熱固型陶瓷注射成型。
優選地，所述注射機的進料口溫度為100～110℃，中段溫度為110～120℃、射出末段溫度為120～130℃，射出嘴溫度與射出末段溫度一致。
優選地，所述注射機的注射壓力為5～10MPa，注射流量為50～100％。
與現有技術相比，本發明的熱固型陶瓷注射成型材料(也即改性環氧樹脂陶瓷復合材料)具有優良的耐電壓、耐高溫、導熱、抗彎曲、低熱膨脹性能，其中，耐電壓可達≧5KV，耐溫最高可達250℃，熱導率最高可達10W/m·K，抗彎強度最高可達800kgf/cm2，熱膨脹系數≦1.0×10-5/℃，可以根據注射模具形狀，制成多種復雜形狀的材料，可用于大功率集成電路上的散熱基板以及其他功率型的散熱器件上，廣泛應用于電子、電器、汽車、航空航天等領域。另外，本發明還提供了一種熱固型陶瓷注射成型材料的制備方法方法，該方法使脫脂過程中材料的外形不發生變化。
具體實施方式
以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
本發明中，有機硅改性環氧樹脂中，環氧樹脂為固體，環氧樹脂鏈段選用的是雙酚A型。由二苯基硅二醇、雙酚A以及1,2-3,4-二環氧基戊烷反應制備有機硅改性環氧樹脂。
實施例1
有機硅改性環氧樹脂包括下述下述摩爾比組成材料：
1，4-二環氧戊烷：雙酚A：二氯二苯基硅烷＝1：4：4
有機硅改性環氧樹脂的合成工藝如下：
(1)稱取4摩爾比份的二氯二苯基硅烷，在攪拌的條件下緩慢滴入5％乙醇水溶液中，控制反應溫度在40～45℃，滴加完成后在室溫條件下反應5-6小時；
(2)反應完成后，加入環己烷，攪拌30-50分鐘，靜置分層；
(3)取上層清液，并使用純水反復清洗5次后靜置除水；
(4)加熱至80℃，并在壓力為0.006-0.009MPa下進行脫水處理2-3小時，后冷卻至室溫后，得備用料1。
(5)稱取4摩爾比份的雙酚A和1摩爾比份的1，4—二環氧戊烷，少量沸石于三口瓶中，加入備用料1，并于0.008-0.009MPa，100℃條件下將有機錫催化劑乙醇溶液滴入三口瓶，反應3-5小時。
(6)反應結束后，加入無水硫酸鈉靜置處理10-12小時，后過濾得到有機硅改性環氧樹脂。
熱固型陶瓷注射成型材料，包括下述組成材料：
15重量份的有機硅改性環氧樹脂，
75重量份粒徑D50為5um的Al2O3陶瓷粉體，
1重量份的二氨基二苯基砜，
5重量份的PE蠟2000，
4重量份粒徑為5um的MgO陶瓷粉體。
熱固型陶瓷注射成型材料按下述方法進行制備：
S1：分別稱取有機硅改性環氧樹脂15重量份，粒徑D50為5um的Al2O3陶瓷粉體75重量份，二氨基二苯基砜1重量份，5重量份的PE蠟2000，粒徑為5um的MgO陶瓷粉體4重量份，放入混料機，設置功率為100％，常溫下混合10小時，得到預混料；
S2：將預混料放入密煉機并在功率為100％，料溫100℃下密煉2小時，然后再將密煉后的物料放入柱塞式造粒機中于0.6MPa進行擠壓、于200rpm的造粒刀轉速下剪切得到直徑為3mm，長度為5mm粒狀喂料；
S3：設置注射機進料口溫度為100℃，中段溫度為110℃，末段出料溫度為120℃，注射壓力為8MPa，注射流量為80％，注射嘴溫為120℃將喂料經過注射成型機注射成型，冷卻出模，得到初產品；
S4：將所述初產品于150℃下加溫固化5小時；
S5：將固化好的產品放入真空烘箱中于150℃，壓強為20～50Pa下進行脫脂2小時，冷卻后得到最終成品。
所得產品耐電壓可達8KV，耐溫可達190℃，熱導率可達10W/m·K，抗彎強度可達620kgf/cm2，熱膨脹系數1.54×10-5/℃。
實施例2
有機硅改性環氧樹脂包括下述摩爾比組成材料：
1，4-二環氧戊烷：雙酚A：二氯二苯基硅烷＝1：5：5
有機硅改性環氧樹脂的合成工藝如下：
(1)稱取5摩爾比份的二氯二苯基硅烷，在攪拌的條件下緩慢滴入5％乙醇水溶液中，控制反應溫度在40～45℃，滴加完成后在室溫條件下反應5-6小時；
(2)反應完成后，加入環己烷，攪拌30-50分鐘，靜置分層；
(3)取上層清液，并使用純水反復清洗5次后靜置除水；
(4)加熱至80℃，并在壓力為0.006-0.009MPa下進行脫水處理2-3小時，后冷卻至室溫后，得備用料1。
(5)稱取5摩爾比份的雙酚A和1摩爾比份的1，4—二環氧戊烷，少量沸石于三口瓶中，加入備用料1，并于0.008-0.009MPa，100℃條件下將有機錫催化劑乙醇溶液滴入三口瓶，反應3-5小時。
(6)反應結束后，加入無水硫酸鈉靜置處理10-12小時，后過濾得到有機硅改性環氧樹脂。
熱固型陶瓷注射成型材料，包括下述組成材料：
20重量份的有機硅改性環氧樹脂，
72重量份粒徑D50為5um的Al2O3陶瓷粉體，
1重量份的偏苯四酸酐，
5重量份的PE蠟5000，
2重量份粒徑為0.1um的白碳黑。
熱固型陶瓷注射成型材料按下述方法進行制備：
S1：分別稱取有機硅改性環氧樹脂20重量份，粒徑D50為5um的Al2O3陶瓷粉體72重量份，偏苯四酸酐1重量份，5重量份的PE蠟5000，粒徑為0.1um的白碳黑4重量份，放入混料機，設置功率為100％，常溫下混合10小時，得到預混料；
S2：將預混料放入密煉機并在功率為100％，料溫120℃下密煉2小時，然后再將密煉后的物料放入柱塞式造粒機中于0.8MPa進行擠壓、于200rpm的造粒刀轉速下剪切得到直徑為3mm，長度為4mm粒狀喂料；
S3：設置注射機進料口溫度為110℃，中段溫度為120℃，末段出料溫度為130℃，注射壓力為9MPa，注射流量為90％，注射嘴溫為130℃將喂料經過注射成型機注射成型，冷卻出模，得到初產品；
S4：將所述初產品于180℃下加溫固化10小時；
S5：將固化好的產品放入真空烘箱中于160℃，壓強為20～50Pa下進行脫脂2小時，冷卻后得到最終成品。
所得產品耐電壓可達6KV，耐溫性可高達250℃，熱導率可達6W/m·K，抗彎強度可達800kgf/cm2，熱膨脹系數1.82×10-5/℃。
實施例3
有機硅改性環氧樹脂包括下述摩爾比組成材料：
1，4-二環氧戊烷：雙酚A：二氯二苯基硅烷＝1：2.5：2.5
有機硅改性環氧樹脂的合成工藝如下：
(1)稱取2.5摩爾比份的二氯二苯基硅烷，在攪拌的條件下緩慢滴入5％乙醇水溶液中，控制反應溫度在40～45℃，滴加完成后在室溫條件下反應5-6小時；
(2)反應完成后，加入環己烷，攪拌30-50分鐘，靜置分層；
(3)取上層清液，并使用純水反復清洗5次后靜置除水；
(4)加熱至80℃，并在壓力為0.006-0.009MPa下進行脫水處理2-3小時，后冷卻至室溫后，得備用料1。
(5)稱取2.5摩爾比份的雙酚A和1摩爾比份的1，4—二環氧戊烷，少量沸石于三口瓶中，加入備用料1，并于0.008-0.009MPa，100℃條件下將有機錫催化劑乙醇溶液滴入三口瓶，反應3-5小時。
(6)反應結束后，加入無水硫酸鈉靜置處理10-12小時，后過濾得到有機硅改性環氧樹脂。
熱固型陶瓷注射成型材料，包括下述組成材料：
20重量份的有機硅改性環氧樹脂，
70重量份粒徑D50為5um的Al2O3陶瓷粉體，
1重量份的偏苯三酸酐，
5重量份的PE蠟5000，
4重量份粒徑為5um的ZnO陶瓷粉體。
熱固型陶瓷注射成型材料按下述方法進行制備：
S1：分別稱取有機硅改性環氧樹脂20重量份，粒徑D50為5um的Al2O3陶瓷粉體70重量份，偏苯三酸酐酐1重量份，5重量份的PE蠟5000，粒徑為5um的ZnO陶瓷粉體4重量份，放入混料機，設置功率為100％，常溫下混合10小時，得到預混料；
S2：將預混料放入密煉機并在功率為100％，料溫120℃下密煉2小時，然后再將密煉后的物料放入柱塞式造粒機中于0.7MPa進行擠壓、于200rpm的造粒刀轉速下剪切得到直徑為3mm，長度為4mm粒狀喂料；
S3：設置注射機進料口溫度為110℃，中段溫度為120℃，末段出料溫度為125℃，注射壓力為9MPa，注射流量為90％，注射嘴溫為125℃將喂料經過注射成型機注射成型，冷卻出模，得到初產品；
S4：將所述初產品于150℃下加溫固化10小時；
S5：將固化好的產品放入真空烘箱中于150℃，壓強為20～50Pa下進行脫脂2小時，冷卻后得到最終成品。
所得產品耐電壓可達5KV，耐溫性可達200℃，熱導率可達5W/m·K，抗彎強度可達750kgf/cm2，熱膨脹系數7.4×10-6/℃。
與現有技術相比，本發明的熱固型陶瓷注射成型材料(也即改性環氧樹脂陶瓷復合材料)具有優良的耐電壓、耐高溫、導熱、抗彎曲、低熱膨脹性能，其中，耐電壓可達≧5KV，耐溫最高可達250℃，熱導率最高可達10W/m·K，抗彎強度最高可達800kgf/cm2，熱膨脹系數≦1.0×10-5/℃，可以根據注射模具形狀，制成多種復雜形狀的材料，可用于大功率集成電路上的散熱基板以及其他功率型的散熱器件上，廣泛應用于電子、電器、汽車、航空航天等領域。
最后應說明的是：以上所述的各實施例僅用于說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或全部技術特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。