莫来石的基本成分是Al2O3 和 SiO2,其化学式为 3Al2O3 ·2SiO2。它是一种具有氧空位缺陷的硅线石(Al2O3·SiO2) 结构。莫来石属于斜万晶系,晶胞常数a=7. 584nm,b=7. 693nm,c=2. 890nm, 理论密度为3. 2g/cm3.
莫来石瓷是以莫来石(3Al2O3·2SiO2) 和石英(SiO2) 为主晶相的陶瓷,电子工业中的高频瓷常属于这一类陶瓷,应用最早的高频装置瓷。莫来石瓷生产工艺性能好,但机械强度和电气性能较差,因此只用来做一般的高频装置零件,由于它具有表面的微细结构,可作为沉积碳膜的基体,故目前仍被大量用来制作碳膜电阻的基体。
天然的莫来石是极少存在的,但把粘土或Al2O3·SiO2 系材料在高温下进行热处理,则很容易析出莫来石。因为莫来石在1828℃时便非一致熔融,所以比氧化铝的耐热性差,但热膨胀系数小,抗热冲击性好。莫来石的结晶呈针状,这使得晶粒之间相互交叉,减少了滑移,从而在高温荷重下的变形小。因此常用于制造热电偶保护管,电绝缘管等耐热电绝缘陶瓷。
刚玉-莫来石瓷的结晶相不是单一的刚玉,而是共存有莫来石,因而称为刚玉-莫来石瓷。
其主要原料是粘土,碳酸盐。刚玉-莫来石瓷的电性较好,机械强度较高,热稳定性好,工艺性能好,烧结温度不高,且烧结温度范围宽,还可与釉烧一次完成。因此,它被大量用来制造要求十分严格的高频装置零件,如高频高压绝缘子,线圈骨架,电容器外壳以及其绝缘支柱,高压开关,及其他大型装置器件等。
钡长石是以钡长石为主晶相的陶瓷,主要原料为高岭土和碳酸钡。因此,它的工艺性能很好,且电性能优良,材料的热稳定性也较好,其缺点是机械强度太低,这是由于其中的结晶相与玻璃相的热膨胀系数差别较大所致。
(1)莫来石瓷配方
莫来石瓷及刚玉-莫来石瓷属于高铝瓷的范围,其烧结温度高,为了降低烧结温度,常以天然矿物和化工原料的形式引入碱土金属氧化物为外加剂,常作外加剂的有BaO、CaO、MgO等。外加剂中应避免碱金属氧化物的混入。
(2) 莫来石瓷生产工艺
莫来石瓷及刚玉莫来石瓷含有相当的粘土,具有一定的可塑性,可以按一般的生产过程加工处理。硬质原料先磨,然后加入软质原料及其他化工原料,一并再磨,在生产过程中要尽量避免铁质及其他杂质混入。球磨机中的磨球和磨衬均要用莫来石质或刚玉质,磨衬也可采用橡胶质,原料细度对制品的烧结温度及性能有很大的影响。粒度愈细,烧结温度愈低,抗折强度越高。因此一般在生产75瓷时,氧化铝的细度要求达到万孔筛余小于1%。
由于莫来石及刚玉莫来石瓷坯料的可塑性较差,坯泥最好能陈腐一个时期。必要时还可根据制品的形状及配料的性质,决定成型方法,如干压、注浆、等静压等。
莫来石瓷在小于1500℃温度的范围内往往不能获得完全的高致密度,因此,在制备工艺中,应当采用超细粉体原料,在1250℃温度下烧结,可获得近乎完全致密的莫来石瓷体。
由于莫来石瓷具有低的介电常数,低的电气绝缘性能,因此它是现代新型计算机元器件封装的理想材料。它在快速电路中取代氧化铝瓷封装管壳和基板材料,可使信号传输延时下降17%~20%;它还用于大规模和超大规模集成电路高密度封装的多层陶瓷基板,黑色莫来石瓷也为某些光电子器件提供了理想的配套材料。