莫來石的基本成分是Al2O3 和 SiO2,其化學式為 3Al2O3 ·2SiO2。它是一種具有氧空位缺陷的硅線石(Al2O3·SiO2) 結構。莫來石屬于斜萬晶系,晶胞常數a=7. 584nm,b=7. 693nm,c=2. 890nm, 理論密度為3. 2g/cm3.
莫來石瓷是以莫來石(3Al2O3·2SiO2) 和石英(SiO2) 為主晶相的陶瓷,電子工業中的高頻瓷常屬于這一類陶瓷,應用最早的高頻裝置瓷。莫來石瓷生產工藝性能好,但機械強度和電氣性能較差,因此只用來做一般的高頻裝置零件,由于它具有表面的微細結構,可作為沉積碳膜的基體,故目前仍被大量用來制作碳膜電阻的基體。
天然的莫來石是極少存在的,但把粘土或Al2O3·SiO2 系材料在高溫下進行熱處理,則很容易析出莫來石。因為莫來石在1828℃時便非一致熔融,所以比氧化鋁的耐熱性差,但熱膨脹系數小,抗熱沖擊性好。莫來石的結晶呈針狀,這使得晶粒之間相互交叉,減少了滑移,從而在高溫荷重下的變形小。因此常用于制造熱電偶保護管,電絕緣管等耐熱電絕緣陶瓷。
剛玉-莫來石瓷的結晶相不是單一的剛玉,而是共存有莫來石,因而稱為剛玉-莫來石瓷。
其主要原料是粘土,碳酸鹽。剛玉-莫來石瓷的電性較好,機械強度較高,熱穩定性好,工藝性能好,燒結溫度不高,且燒結溫度范圍寬,還可與釉燒一次完成。因此,它被大量用來制造要求十分嚴格的高頻裝置零件,如高頻高壓絕緣子,線圈骨架,電容器外殼以及其絕緣支柱,高壓開關,及其他大型裝置器件等。
鋇長石是以鋇長石為主晶相的陶瓷,主要原料為高嶺土和碳酸鋇。因此,它的工藝性能很好,且電性能優良,材料的熱穩定性也較好,其缺點是機械強度太低,這是由于其中的結晶相與玻璃相的熱膨脹系數差別較大所致。
(1)莫來石瓷配方
莫來石瓷及剛玉-莫來石瓷屬于高鋁瓷的范圍,其燒結溫度高,為了降低燒結溫度,常以天然礦物和化工原料的形式引入堿土金屬氧化物為外加劑,常作外加劑的有BaO、CaO、MgO等。外加劑中應避免堿金屬氧化物的混入。
(2) 莫來石瓷生產工藝
莫來石瓷及剛玉莫來石瓷含有相當的粘土,具有一定的可塑性,可以按一般的生產過程加工處理。硬質原料先磨,然后加入軟質原料及其他化工原料,一并再磨,在生產過程中要盡量避免鐵質及其他雜質混入。球磨機中的磨球和磨襯均要用莫來石質或剛玉質,磨襯也可采用橡膠質,原料細度對制品的燒結溫度及性能有很大的影響。粒度愈細,燒結溫度愈低,抗折強度越高。因此一般在生產75瓷時,氧化鋁的細度要求達到萬孔篩余小于1%。
由于莫來石及剛玉莫來石瓷坯料的可塑性較差,坯泥最好能陳腐一個時期。必要時還可根據制品的形狀及配料的性質,決定成型方法,如干壓、注漿、等靜壓等。
莫來石瓷在小于1500℃溫度的范圍內往往不能獲得完全的高致密度,因此,在制備工藝中,應當采用超細粉體原料,在1250℃溫度下燒結,可獲得近乎完全致密的莫來石瓷體。
由于莫來石瓷具有低的介電常數,低的電氣絕緣性能,因此它是現代新型計算機元器件封裝的理想材料。它在快速電路中取代氧化鋁瓷封裝管殼和基板材料,可使信號傳輸延時下降17%~20%;它還用于大規模和超大規模集成電路高密度封裝的多層陶瓷基板,黑色莫來石瓷也為某些光電子器件提供了理想的配套材料。