本發(fā)明涉及陶瓷注射成型技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
環(huán)氧樹脂具有優(yōu)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(huán)氧樹脂與無機的陶瓷粉體相結(jié)合而生成的新型陶瓷復合材料已經(jīng)有相關(guān)的報告，如林浩青等在“一種環(huán)氧樹脂熱固性復合材料的注射成型方法”中提到了將環(huán)氧樹脂與陶瓷粉體混煉、造粒、注射成型，最后燒結(jié)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(yōu)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(nèi)產(chǎn)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(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂的熱承受能力有限，這將會導致環(huán)氧樹脂在長時間高溫條件下壽命將急劇縮短，最終使產(chǎn)品的使用壽命大大縮短，嚴重的甚至可能發(fā)生意外，造成人員及財產(chǎn)的損失。對于環(huán)氧樹脂型的注射成型材料，急需改善環(huán)氧樹脂的耐熱性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)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(huán)氧樹脂和陶瓷粉體，并將有機硅改性環(huán)氧樹脂與陶瓷粉體混合、密煉、造粒、注射、燒結(jié)、脫脂，最終獲得一種具有優(yōu)良的耐電壓、耐高溫、導熱、抗彎曲、低熱膨脹性能的改性環(huán)氧樹脂陶瓷復合材料，可以根據(jù)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(lǐng)域。另外，本發(fā)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(fā)生變化。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)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(huán)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(jié)構(gòu)組成簡式為：
其中：5≤n≤10。
優(yōu)選地，所述有機硅改性環(huán)氧樹脂包括下述摩爾比組成材料：
1，4-二環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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(jié)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(huán)氧樹脂。
優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(jù)本發(fā)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(huán)氧樹脂、陶瓷粉體、固化劑、潤滑劑和填料放入混料機，設(shè)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(zhuǎn)速下剪切得到直徑為3mm，長度為3～5mm粒狀喂料；
S3：將喂料經(jīng)過注射成型機注射成型，冷卻出模，得到初產(chǎn)品；
S4：將初產(chǎn)品于120～180℃下加溫固化2～10小時；
S5：將固化好的產(chǎn)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(yōu)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(yōu)選地，所述注射機的注射壓力為5～10MPa，注射流量為50～100％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的熱固型陶瓷注射成型材料(也即改性環(huán)氧樹脂陶瓷復合材料)具有優(yōu)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(shù)≦1.0×10-5/℃，可以根據(jù)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(lǐng)域。另外，本發(fā)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(fā)生變化。
具體實施方式
以下對本發(fā)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(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
本發(fā)明中，有機硅改性環(huán)氧樹脂中，環(huán)氧樹脂為固體，環(huán)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(huán)氧基戊烷反應制備有機硅改性環(huán)氧樹脂。
實施例1
有機硅改性環(huán)氧樹脂包括下述下述摩爾比組成材料：
1，4-二環(huán)氧戊烷：雙酚A：二氯二苯基硅烷＝1：4：4
有機硅改性環(huán)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(huán)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(huán)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(jié)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(huán)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(huán)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(huán)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(shè)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(zhuǎn)速下剪切得到直徑為3mm，長度為5mm粒狀喂料；
S3：設(shè)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(jīng)過注射成型機注射成型，冷卻出模，得到初產(chǎn)品；
S4：將所述初產(chǎn)品于150℃下加溫固化5小時；
S5：將固化好的產(chǎn)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(chǎn)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(shù)1.54×10-5/℃。
實施例2
有機硅改性環(huán)氧樹脂包括下述摩爾比組成材料：
1，4-二環(huán)氧戊烷：雙酚A：二氯二苯基硅烷＝1：5：5
有機硅改性環(huán)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(huán)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(huán)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(jié)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(huán)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(huán)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(huán)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(shè)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(zhuǎn)速下剪切得到直徑為3mm，長度為4mm粒狀喂料；
S3：設(shè)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(jīng)過注射成型機注射成型，冷卻出模，得到初產(chǎn)品；
S4：將所述初產(chǎn)品于180℃下加溫固化10小時；
S5：將固化好的產(chǎn)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(chǎn)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(shù)1.82×10-5/℃。
實施例3
有機硅改性環(huán)氧樹脂包括下述摩爾比組成材料：
1，4-二環(huán)氧戊烷：雙酚A：二氯二苯基硅烷＝1：2.5：2.5
有機硅改性環(huán)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(huán)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(huán)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(jié)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(huán)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(huán)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(huán)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(shè)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(zhuǎn)速下剪切得到直徑為3mm，長度為4mm粒狀喂料；
S3：設(shè)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(jīng)過注射成型機注射成型，冷卻出模，得到初產(chǎn)品；
S4：將所述初產(chǎn)品于150℃下加溫固化10小時；
S5：將固化好的產(chǎn)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(chǎn)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(shù)7.4×10-6/℃。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的熱固型陶瓷注射成型材料(也即改性環(huán)氧樹脂陶瓷復合材料)具有優(yōu)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(shù)≦1.0×10-5/℃，可以根據(jù)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(lǐng)域。
最后應說明的是：以上所述的各實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。