CN102311267B - 一种碳化硼的水基流延浆料及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于流延成型工艺领域，具体涉及一种碳化硼的水基流延浆料及其制备和应用。本发明的水基流延浆料采用水作为流延工艺中的唯一溶剂，调节pH值后加入适量的分散剂、粘结剂和塑性剂，球磨后制备出适合流延成型的浆料，经脱泡、流延、干燥后制得均匀光滑的流延膜。本发明工艺不仅具有操作简单、条件易于控制、成本低廉及无毒无害等优点，而且粘结剂和塑性剂与碳化硼的化学相容性好，粘结剂和塑性剂添加量很低，因此流延膜中有机物含量不高，有利于流延膜的脱粘和烧结。流延浆料对流延基带具有良好的润湿性，流延后流延膜干燥速度快，且具有良好的强度和韧性。
Description
技术领域
本发明属于流延成型工艺领域，具体涉及一种碳化硼的水基流延浆料及其制备和应用。
背景技术
碳化硼（B4C）具有低密度（2.52g/cm3）、高硬度（仅次于金刚石和立方氮化硼）、高熔点（2450℃）以及良好的化学稳定性等一系列优良的物理化学性能，是制备各种喷砂嘴、耐磨机械密封环、高温热电转换和抛光磨料的理想材料。但是B4C陶瓷还存在着可靠性低、烧结温度高和制备过程能耗大、成本高等缺点，这都限制了B4C陶瓷的应用。
近年来，湿法成型已经成为制备高性能陶瓷的重要成型方法，通过对初始浆料“结构”及其在制备过程中的演变进行有效控制，湿法成型可以较容易地控制坯体的团聚以及杂质的含量，减少坯体中的缺陷，获得结构更加均匀和形状相对复杂的素坯。
流延成型就是一种制备陶瓷膜片的湿法成型方法，通过对材料进行组分与结构设计，可制备出具有高韧性和高可靠性的层状结构陶瓷。流延成型根据所用溶剂的不同可分为水基和非水基两大类，由于水基流延成型具有低成本和环境相容性好（无毒、非易燃等）等优点，目前研究和应用的重点已逐渐转向水基流延成型。
然而，水基流延成型对浆料制备过程中的稳定性很敏感，浆料的组成、pH值和干燥条件的细微变化都会对得到的流延膜产生很大影响。通常情况下，B4C粉体颗粒表面都包裹着一层B2O3层，其与PVA和丙烯酸乳液等水基流延成型所用的传统粘结剂之间化学相容性很差，容易引起聚合物交联而生成胶状物质，因此PVA和丙烯酸乳液并不能用作B4C流延成型的粘结剂。目前国内外尚未有关于B4C水基流延成型方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种碳化硼的水基流延浆料及其制备和应用。
本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：
一种碳化硼的水基流延浆料，该流延浆料以水为溶剂，且该流延浆料中含有碳化硼陶瓷粉体、分散剂、粘结剂和塑性剂。
较佳的，所述碳化硼的水基流延浆料中，碳化硼陶瓷粉体的固体体积百分比为50vol%~55vol%。
较佳的，所述粘结剂与碳化硼陶瓷粉体的质量比为0.06~0.10：1，所述塑性剂与碳化硼陶瓷粉体的质量比为0.03~0.06：1，所述分散剂与碳化硼陶瓷粉体的质量比为0.004~0.01:1。
较佳的，所述水为去离子水。
较佳的，所述碳化硼陶瓷粉体的平均粒径为0.1~1.0μm。
较佳的，所述分散剂为阳离子型分散剂。
优选的，所述分散剂选自季胺碱和聚乙烯亚胺中的一种。
进一步优选的，所述季胺碱选自四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵和四丙基氢氧化铵中的一种。
本发明中，所使用的聚乙烯亚胺的分子量不限。
较佳的，所述粘结剂为水性环氧树脂乳液。
优选的，所述水性环氧树脂乳液的固含量为35wt%~60wt%，pH值为6~8，环氧当量为180~1500。
较佳的，所述塑性剂为阴离子型脂肪族聚氨酯乳液。
优选的，所述阴离子型脂肪族聚氨酯乳液的固含量为50~65wt%，pH值为6.5~8.5。
本发明还提供了所述碳化硼的水基流延浆料的制备方法，包括如下步骤：采用水作为流延工艺的溶剂，将陶瓷粉体加入水中球磨混合得到均匀悬浮液，调节pH值在7~8之间后按比例加入分散剂、粘结剂和塑性剂，继续球磨后即可制得所述碳化硼的水基流延浆料。
较佳的，所述将陶瓷粉体加入水中球磨的时间为20~24小时；所述加入分散剂、粘结剂和塑性剂继续球磨的时间为8~15小时。
本发明的碳化硼的水基流延浆料可用于制备流延膜。
本发明还提供了使用所述碳化硼的水基流延浆料制备流延膜的方法，该制备方法为：将所述碳化硼的水基流延浆料经脱泡、流延和干燥步骤即可制得碳化硼流延膜。
较佳的，所述脱泡为将所述碳化硼的水基流延浆料在真空10~20Pa的条件下脱泡。
较佳的，所述流延的速度为100mm/min。
较佳的，所述干燥为室温下自然干燥3-5小时。
较佳的，所述碳化硼流延膜的厚度为0.05~1mm。
本发明所制得的流延膜的柔韧性可以用如下方法来评价：将流延膜样品置于平面上，围绕一根玻璃棒往一个方向弯曲，如果流延膜可以135°以上至少弯曲10次，则证明其具有优异的柔韧性。
本发明的有益效果是：（１）本发明工艺操作简单、条件易于控制；（２）本发明所采用的分散剂、粘结剂和塑性剂均为商业化产品，成本低廉、无毒、易于烧除且不留残余物，容易实现大规模生产；（３）流延浆料具有良好的润湿性，可以很好的润湿流延基带，制得的陶瓷薄膜容易从基带上剥离；（４）粘结剂和塑性剂添加量很低，因此流延膜中有机物含量不高，有利于流延膜的脱粘和烧结；（５）流延膜干燥速度较快，室温下自然干燥3-5小时即干燥完全，且不容易产生裂纹；（６）制得的流延膜表面光滑，具有较好的强度和柔韧性，可任意裁剪及弯曲。
附图说明
图1 实施例1中制得的流延膜的弯曲检测图。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步描述本发明的技术方案。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
下面通过具体的实施例，对本发明予以详细说明。
实施例1：将42.6g平均粒径为0.1-1.0μm的B4C粉体加入到15ml含分散剂（所述分散剂为四甲基氢氧化铵）的水中，球磨24h。加入粘结剂水性环氧树脂乳液8.52g，塑性剂为阴离子型脂肪族聚氨酯乳液3.55g，球磨6h。得到的浆料经真空脱泡后流延成型，室温下自然干燥3-5小时即可从基带上剥离得到流延膜。将流延膜置于平面上，围绕一根玻璃棒往一个方向弯曲，流延膜可以135°以上至少弯曲10次，证明该流延膜具有优异的柔韧性（如图1所示）。同时，本实施例中制得的流延浆料具有良好的润湿性，可以很好的润湿流延基带，制得的陶瓷薄膜容易从基带上剥离；且粘结剂和塑性剂添加量很低，因此流延膜中有机物含量不高，有利于流延膜的脱粘和烧结；流延膜干燥速度较快，室温下自然干燥3-5小时即干燥完全，且不容易产生裂纹；制得的流延膜表面光滑，具有较好的强度和柔韧性，可任意裁剪及弯曲。
实施例2：将37.8g平均粒径为0.1-1.0μm的B4C粉体加入到15ml含分散剂（所述分散剂为四乙基氢氧化铵）的水中，球磨24h。加入粘结剂水性环氧树脂乳液7.56g，塑性剂为阴离子型脂肪族聚氨酯乳液3.78g，球磨6h。得到的浆料经真空脱泡后流延成型，室温下自然干燥3-5小时即可从基带上剥离得到流延膜。经检测，证明该流延膜具有优异的柔韧性。
实施例3：将42.6g平均粒径为0.1-1.0μm的B4C粉体加入到15ml含分散剂（所述分散剂为四丙基氢氧化铵）的水中，球磨24h。加入粘结剂水性环氧树脂乳液6.85g，塑性剂为阴离子型脂肪族聚氨酯乳液2.84g，球磨6h。得到的浆料经真空脱泡后流延成型，室温下自然干燥3-5小时即可从基带上剥离得到流延膜。经检测，证明该流延膜具有优异的柔韧性。
实施例4：将42.6g平均粒径为0.1-1.0μm的B4C粉体加入到含分散剂（所述分散剂为聚乙烯亚胺，且该分散剂的重量为0.17g）的水中，球磨20h。然后加入粘结剂水性环氧树脂乳液（该粘结剂的固含量为60wt%，pH值为8，环氧当量为1500）4.26g，塑性剂为阴离子型脂肪族聚氨酯乳液（该塑性剂的固含量为65wt%，pH值为8.5）1.28g，球磨15h。得到的浆料经真空脱泡后流延成型，室温下自然干燥3-5小时即可从基带上剥离得到流延膜，该碳化硼流延膜的厚度为1mm。经检测，证明该流延膜具有优异的柔韧性。
实施例5：将42.6g平均粒径为0.1-1.0μm的B4C粉体加入到含分散剂（所述分散剂为聚乙烯亚胺，且该分散剂的重量为0.43g）的水中，球磨20h。然后加入粘结剂水性环氧树脂乳液（该粘结剂的固含量为35wt%，pH值为6，环氧当量为180）4.26g，塑性剂为阴离子型脂肪族聚氨酯乳液（该塑性剂的固含量为50wt%，pH值为6.5）2.56g，球磨8h。得到的浆料经真空脱泡后流延成型，室温下自然干燥3-5小时即可从基带上剥离得到流延膜，该碳化硼流延膜的厚度为0.05mm。经检测，证明该流延膜具有优异的柔韧性。
Claims (4)
1.一种碳化硼的水基流延浆料，所述流延浆料以水为溶剂，所述流延浆料中含有碳化硼陶瓷粉体、分散剂、粘结剂和塑性剂；其中，所述分散剂为阳离子型分散剂，所述粘结剂为固含量为35wt%~60wt%、pH值为6~8、环氧当量为180~1500的水性环氧树脂乳液；所述塑性剂为固含量为50~65wt%、pH值为6.5~8.5的阴离子型脂肪族聚氨酯乳液。
2.如权利要求1中所述的碳化硼的水基流延浆料，其特征在于，所述碳化硼的水基流延浆料中，碳化硼陶瓷粉体的固体体积百分比为50vol%~55vol%。
3.如权利要求1或2中任一所述的碳化硼的水基流延浆料，其特征在于，所述粘结剂、塑性剂、分散剂与碳化硼陶瓷粉体的质量比为0.06~0.10：0.03~0.06：0.004~0.01：1。
4.如权利要求3中所述的碳化硼的水基流延浆料，其特征在于，所述碳化硼陶瓷粉体的平均粒径为0.1~1.0μm。
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