CN101279851A

CN101279851A - 一种适合氧化铝陶瓷注射成型的热塑性粘结剂体系

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Publication number: CN101279851A
Application number: CNA2007100570768A
Authority: CN
Inventors: 雅菁; 刘志锋; 周彩楼
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2008-10-08

Abstract

本发明属于陶瓷注射成型技术领域，具体为一种适合氧化铝陶瓷注射成型的热塑性粘结剂及其配料制备方法。该粘结剂是一种石蜡/硬脂酸/聚乙烯/聚丙烯混合体系的热塑性粘结剂。其中石蜡因其软化温度点低、流动性好作为主要填充物；以聚乙烯和聚丙烯的混合物作为骨架材料保证生坯具有足够的强度，比以前单一的聚烯烃效果要好；以少量的硬脂酸作为表面活性剂或润滑剂不仅可以在粘结剂和粉末颗粒之间起桥梁作用，防止两相分离，保证混料的均匀，而且可以在粉末颗粒之间、粉末颗粒与模壁之间起到润滑的作用，从而达到预计的效果。通过优化该体系粘结剂的配方，并对配料过程进行探讨，注射成型出高性能的氧化铝陶瓷制品。

Description

一种适合氧化铝陶瓷注射成型的热塑性粘结剂体系

技术领域

本发明属于陶瓷注射成型技术领域，具体涉及一种适合氧化铝陶瓷注射成型的热塑性粘结剂及其制备方法。

背景技术

陶瓷注射成型(Ceramics Injection Molding，简称CIM)是80年代发展起来一种近净尺寸陶瓷可塑成型技术。其突出的优点包括：(1)成型过程机械化和自动化程度高；(2)可净近成型各种复杂形状的陶瓷零部件，使烧结后的陶瓷产品无需进行机加工或少加工，从而减少昂贵的陶瓷加工成本；(3)成型出的陶瓷产品具有极高的尺寸精度和表面光洁度。因此，陶瓷注射成型成为现有陶瓷成型技术中高精度和高效率的成型方法之一。

近几年来，该技术在高精度和高附加值的新产品制造上显示出无比强大的生命力，如光纤通讯上光纤连接器用的陶瓷插针(外径1.25mm，内孔仅125μm，长10mm)，目前只有采用注射成型技术才能制造。另外，应用愈来愈多的生物陶瓷产品，如陶瓷牙齿、种植牙陶瓷螺杆和和牙齿正畸用陶瓷托槽等，这些产品尺寸小、形状复杂，要求精度高，也只能采用注射成型技术才能满足要求。目前在世界上只有日本、美国和欧洲一些公司可生产上述陶瓷产品。我国对CIM技术的研究还很少，可喜的是国家现已开始重视这方面的研究，清华大学和中南大学获得了国家“863”、“973”项目的大力支持，清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室对氮化硅陶瓷、晶须增韧氮化硅复相陶瓷和氧化物陶瓷的注射成型进行了较多研究，并成功制备出发动机陶瓷静叶片、陶瓷涡轮转子、口腔医学用陶瓷牙钉等。但是，我国的研究水平与发达国家仍有很大差距，至今还缺少实现CIM产业化的技术基础。

陶瓷注射成型主要包括：配料及混炼、注射成型、脱脂和烧结。虽然粘结剂是成型阶段的物质，不能决定产品最终成份，但它对成型工艺成功与否是至关重要的，直接影响着粉料的流变性、成型性，脱脂过程，产品尺寸精度等。可以说研究注射成型工艺，就是研究粘结剂选择、成型和排除的方法。所以粘结剂体系一直是国内外重点研究的课题。CIM所使用的粘结剂没有明确界限，根据主要粘结剂组元和性质可分为：热塑性体系、热固性体系、水溶性体系、凝胶体系及特殊体系。其中热塑性粘结剂体系是CIM粘结剂的主流和先导。

目前，氧化铝陶瓷以其独特的优势在高技术和尖端工业，如微电子、核反应堆、磁流体发电、航天、人工骨和人工关节等方面越来越得到广泛的应用。这些氧化铝陶瓷和普通陶瓷在成分和制造工艺上都有着很大的差别，特别是在成型技术方面，由于氧化铝陶瓷的硬度高，难于切割加工，尤其对于形状复杂的氧化铝制品，如汽车发动机中的增压器转子，骨骼、牙齿等生物陶瓷制品，在成型烧结以后即为成品，无须再加工，而传统成型技术(如干压、等静压等)后续机加工大，难以满足这一苛刻要求。

目前存在的主要问题是：现有一些用于氧化铝陶瓷注射成型工艺的热塑性粘结剂体系有些相对较为复杂，造成后续的脱脂工艺更为复杂；还有一些热塑性粘结剂成型出的氧化铝陶瓷制品性能较差。因此，找到适合氧化铝陶瓷注射成型的相对简单的热塑性粘结剂对于成型高性能的氧化铝陶瓷是非常有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适合氧化铝陶瓷注射成型的热塑性粘结剂及其配料制备方法。

一种适合氧化铝陶瓷注射成型的热塑性粘结剂，该粘结剂属石蜡/硬脂酸/聚乙烯/聚丙烯混合体系，以石蜡为主要填充物，以聚乙烯和聚丙烯的混合物作为骨架材料，以少量的硬脂酸作为表面活性剂或润滑剂，其特征在于以质量为基准的组分配方如下：

本发明的作用机理是：在陶瓷注射成型中聚合物粘结剂之间或是聚合物与增塑剂之间的相容性都是必要的，若有机载体之间相容性差，则不能有效的降低混合物的粘度，通过计算发现石蜡/硬脂酸/聚乙烯/聚丙烯之间相容性非常好。选用石蜡即以其软化温度点低、流动性好作为主要填充物；以聚乙烯、聚丙烯混合物作为骨架材料以保证生坯具有足够的强度，比以前单一的聚烯烃效果要好；以少量的硬脂酸作为表面活性剂或润滑剂不仅可以在粘结剂和粉末颗粒之间起桥梁作用，防止两相分离，保证混料的均匀，而且可以在粉末颗粒之间、粉末颗粒与模壁之间起到润滑的作用，从而达到预计的效果。

本发明还提出上述粘结剂注射配料的制备方法，具体步骤如下：

将称量好的聚乙烯/聚丙烯加热到180℃左右，使其由白色粒状变为无色的稠状物质；再加入硬脂酸，加热温度控制在170℃左右；待其溶解后冷却一段时间加入石蜡，继续加热，温度控制在150℃左右，直至全部混合，呈白色粘稠状物质。将Al₂O₃粉缓慢加入到上述粘结剂中，用搅拌机搅拌均匀，每次加入粉末为整个总量的1/4左右；待充分混合后，将混合料在烘箱中静置24h，同时保持一定的真空度使混合料中的气体排出；充分陈腐后，将混合料在挤出机中练泥造粒。最终将混合料制成长约3～5mm，直径约2mm的条状，得到适合注射成型的粒状喂料。随后采用适当的注射工艺参数(注射压力110MPa，注射温度180℃)注射和热脱脂工艺脱脂，最后对样品进行煅烧(温度为1550℃/2h)，最终得到的氧化铝陶瓷制品的主要性能如下：体积密度为3.215g·cm^-3；强度为485MPa。

本发明的特点：

1、热塑性石蜡/硬脂酸/聚乙烯/聚丙烯粘结剂体系较为简单，脱脂较易实现。

2、注射配料的制备易于完成。

3、采用该热塑性粘结剂体系注射成型的氧化铝陶瓷性能较好。

本粘结剂的使用方法如下：

1、典型粘结剂配方：石蜡在79wt％；聚乙烯15wt％、聚丙烯5wt％；硬脂酸1wt％。

2、其中粘结剂组分范围：石蜡在79±4wt％；聚乙烯15±3wt％、聚丙烯5±2wt％；硬脂酸1±0.2wt％。

3、配料制备按前述方法。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1

粘结剂典型配方如下(以质量为基准)

按前述方法制备。

用该粘结剂通过注射成型的氧化铝陶瓷的性能测试如下：体积密度为3.215g·cm^-3；强度为485MPa。

实施例2

粘结剂配方如下(以质量为基准)

按前述方法制备。

用该粘结剂通过注射成型的氧化铝陶瓷的性能测试如下：体积密度为3.191g·cm^-3；强度为472MPa。

上述实施例表明，粘结剂组分的适当变化可能会引起氧化铝陶瓷性能的变化，但只要在给出的粘结剂组分范围内，采用上述注射配料的制备工艺，性能的变化不会很大。

Claims

1. 一种适合氧化铝陶瓷注射成型的热塑性粘结剂，该粘结剂属石蜡/硬脂酸/聚乙烯/聚丙烯混合体系，以石蜡为主要填充物，以聚乙烯和聚丙烯的混合物作为骨架材料，以少量的硬脂酸作为表面活性剂或润滑剂，其特征在于以质量为基准的组分配方如下：

2. 一种以要求1所述的适合氧化铝陶瓷注射成型的热塑性粘结剂配方，其特征在于粘结剂组分范围如下：石蜡在79±3wt％；聚乙烯15±2wt％、聚丙烯5±2wt％；硬脂酸1±0.2wt％。

3. 一种以要求1所述的适合氧化铝陶瓷注射成型的热塑性粘结剂配料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：将称量好的聚乙烯/聚丙烯加热到180℃左右，使其由白色粒状变为无色的稠状物质；再加入硬脂酸，加热温度控制在170℃左右；待其溶解后冷却一段时间加入石蜡，继续加热，温度控制在150℃左右，直至全部混合，呈白色粘稠状物质。将Al₂O₃粉缓慢加入到上述粘结剂中，用搅拌机搅拌均匀，每次加入粉末为整个总量的1/4左右；待充分混合后，将混合料在烘箱中静置24h，同时保持一定的真空度使混合料中的气体排出；充分陈腐后，将混合料在挤出机中练泥造粒。最终将混合料制成长约3～5mm，直径约2mm的条状，得到适合注射成型的粒状喂料。随后采用适当的注射工艺参数(注射压力110MPa，注射温度180℃)注射和热脱脂工艺脱脂，最后对样品进行煅烧(温度为1550℃/2h)，最终得到的氧化铝陶瓷制品的主要性能如下：体积密度为3.215g·cm^-3；强度为485MPa。