CN102825649B - 一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤：1）配制预混液；2）配制陶瓷浆料；3）注模成型；4）坯体干燥脱脂；最后得到MgAlON陶瓷素坯。本发明制备得到的MgAlON素坯表面光洁、形状完好、显微结构均匀，干坯弯曲强度大于10MPa，样品的微观结构和力学性能优于干压及其它传统陶瓷成型方法制备的陶瓷素坯。

Description

一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法

技术领域

本发明涉及一种利用凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，属于透明陶瓷材料制备领域。 

背景技术

所谓透明陶瓷，是指既具有陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高绝缘、高强度等特性，又具有良好光学透明性能的一类多晶陶瓷材料。透明陶瓷材料以其优异的性能在透明灯管、激光器、透明装甲、光学窗口和照相机镜头等复杂形状器件方面显现巨大的应用潜力，正日益受到研究者的广泛关注。其中非氧化物氧氮化铝系（AlON、MgAlON、LiAlON等）透明陶瓷因具有各向同性的光学性能、宽的透光范围（0.2~6.0μm）、比单晶蓝宝石更容易制得大尺寸和形状复杂的透明部件，使其越来越引起人们的兴趣和重视。

从目前透明陶瓷制备工艺来看，获得均匀的坯体结构对烧结制备接近完全致密其微观结构可控的透明陶瓷以及复杂形状器件的制作均非常重要，而透明陶瓷成型处于材料制备工艺中承上启下的关键位置，是获得高品质坯体的基础。传统陶瓷成型方法在均匀坯体结构以及复杂形状坯体制备方面存在着一定的问题，如模压成型中由于本身工艺限制，颗粒易团聚、坯体均匀性差；传统的注射成型和注浆成型由于采用大量有机物，在后期脱脂过程中工艺周期长、风险加大、成本提高。因此发展先进的成型工艺是透明陶瓷制备急需解决的问题之一。

凝胶注模成型（Gel-casting）是继注浆成型、注射成型之后发展起来的又一种近净尺寸成型工艺。凝胶注模成型周期短、坯体均匀性好、性能稳定可靠，不需要昂贵的成型模具；一般以水作分散介质，有机物含量少；可制备复杂形状的部件、坯体强度高、易于机械加工，在陶瓷成型方面显现出明显的优势。低粘度、高均匀性、高稳定性及高固相含量浆料的制备是采用胶态成型获得高质量坯体的关键。而这一目标主要是通过控制粉体在介质中的胶体特性、浆料的pH值以及使用分散剂来实现。高固相含量、低粘度陶瓷浆料制备完成后，需经过浆料真空除气、凝胶固化、干燥和脱脂过程才得到陶瓷坯体，其中干燥是凝胶注模成型工艺的重要环节之一，它对素坯形状、结构均匀性等均产生直接的影响。

国内外对于透明陶瓷成型的研究工作，目前主要集中在Al₂O₃和MgAl₂O₄两个体系。Xiaojian Mao等人（Gelcasting and Pressureless Sintering of Translucent Alumina Ceramics, Journal of the American Ceramic Society, 2008, 91 (5): 1700-1802.）采用凝胶注模成型和无压烧结制备透明Al₂O₃陶瓷，所得0.5mm厚的样品在190~1100nm波段内的直线透过率为9~10%。Ibram Ganesh等人（Gelcasting of Magnesium Aluminate Spinel Powder, Journal of the American Ceramic Society, 2009, 92 (2): 350-357.）采用凝胶注模成型和无压烧结制备MgAl₂O₄尖晶石陶瓷，材料致密度达99.55%，硬度为800.26±13kg/mm²，弯曲强度为183±8.4MPa。作者没有报道该方法制备MgAl₂O₄尖晶石陶瓷材料的光学性能。目前，关于AlON系透明陶瓷凝胶注模成型工艺的研究未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，制备得到的MgAlON透明陶瓷素坯形状完好、显微结构均匀、表面光滑，并且干坯弯曲强度大。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤：

1）配制预混液：按照有机单体与交联剂的质量比为（5～20）:1称取有机单体与交联剂溶解于去离子水，配制成单体浓度为8～20wt%的溶液，在溶液中加入分散剂，分散剂的加入量为待成型MgAlON粉体质量的0.4～0.6wt%，搅拌均匀后，用浓氨水将溶液pH值调节为8～11，得到预混液；

2）配制陶瓷浆料：将步骤1）配制的预混液和MgAlON粉体混合后球磨2～8h后，得到固相含量为48～54vol%的陶瓷浆料； 

3）注模成型：将步骤2）配制好的陶瓷浆料放入真空干燥箱中真空除气，搅拌均匀后，分别加入引发剂和催化剂，引发剂与催化剂的加入量相等，且质量均为MgAlON粉体质量的0.25～1wt%；再抽真空除气，然后注入模具中，在30～60℃下发生聚合反应1～5h促使浆料凝胶，然后脱模即可得到MgAlON陶瓷坯体；

4）坯体干燥脱脂：将步骤3）得到的成型坯体干燥、高温脱脂、自然冷却后，得到MgAlON陶瓷素坯。

上述技术方案中，所述MgAlON粉体为单一MgAlON相、平均粒径小于600nm、纯度不低于98%,是由质量分数为76.45～88.77wt%的α-氧化铝、3.79～18.53wt%的氮化铝以及4～10wt%氧化镁固相反应合成得到的。

按上述方案，所述有机单体为甲基丙烯酰胺，交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺，分散剂为质量分数为42.8wt%聚丙烯酸铵水溶液，引发剂为10wt%的过硫酸铵水溶液，催化剂为四甲基乙二胺。

按上述方案，所述步骤2）中，每100ml预混液中加入MgAlON陶瓷粉体的质量为364~391g，混合并球磨后所得陶瓷浆料的粘度小于800mPa·s。

按上述方案，所述步骤3）中第一次真空除气的时间为5～20min，真空度为（0.8～1.2）×10⁴Pa。

按上述方案，所述步骤3）中第二次真空除气的时间为1～10min，真空度为（0.8～1.2）×10⁴Pa。

按上述方案，所述步骤4）的干燥分为三步，第一步在聚乙二醇PEG200溶液中室温下干燥8～12h；第二步在空气中干燥24～48h；第三步在恒温干燥箱中于110℃空气中干燥12～24h。

按上述方案，所述步骤4）的干燥分为三步，第一步在化学纯的聚乙二醇PEG200溶液中室温下干燥8～12h，聚乙二醇PEG200溶液用量为坯体体积的5～10倍；第二步在空气中室温下干燥24～48h；第三步在恒温干燥箱中于110℃空气中干燥12～24h。

按上述方案，所述步骤4）中所述的高温脱脂是将干燥后的坯体在空气中以1℃/min速率升温至400℃并保温1～2h，再以1~2℃/min速率升温至500~600℃并保温1～2h，然后随炉冷却。

本发明的原理是将MgAlON粉末分散在有机单体溶液中，制备出高固相含量（体积分数≥50%）、低粘度（<1Pa·s）的稳定浆料，然后抽真空除气防止氧气对聚合反应的影响，避免注浆过程中气泡进入坯体中形成缺陷；加入引发剂和催化剂，使有机单体发生原位聚合反应固化形成三维网状结构；最后经过脱模、干燥、脱脂得到MgAlON透明陶瓷素坯，其中坯体的可控干燥原理是利用凝胶坯体中的水分与液体干燥剂中水分的化学势差异来控制干燥速率，有效避免坯体不一致干燥收缩导致的开裂等问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明制备的MgAlON透明陶瓷素坯形状完好、显微结构均匀、表面光滑，并且干坯弯曲强度大，高样品的微观结构和力学性能优于干压及其它传统陶瓷成型方法制备的陶瓷素坯。

2、本发明采用的预混液和浆料制备工艺，可制备固相含量高于50vol%、表观粘度低于800mPa·s的高流动性和稳定性MgAlON浆料，非常适合于复杂形状非氧化物透明陶瓷素坯的成型；

3、本发明在制备MgAlON素坯过程中采用液体干燥法，有效避免了干燥过快或不均匀造成的坯体起皮、开裂等问题，得到形状完好、显微结构均匀的高强度，并在高温下脱除有机成型剂后获得结构均匀的素坯；干燥和脱脂收缩变形小，素坯弯曲强度大于10MPa，十分有利于非氧化物透明陶瓷的进一步烧结制备。

附图说明

图1为本发明使用的MgAlON粉体及加入分散剂后MgAlON粉体的pH-Zeta电位关系。

图2为本发明实施例3所得MgAlON素坯的断面的扫描电子显微镜SEM照片。

图3为本发明实施例5所得MgAlON素坯的断面扫描电子显微镜SEM照片。

图4中左侧、右侧分别为本发明中实施例3、实施例5所得的MgAlON坯体样品的表观照片。

图5为本发明MgAlON坯体的脱脂工艺曲线。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图、实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

本发明采用的MgAlON陶瓷粉体按照中国发明专利公开号CN101700977A（一种快速制备MgAlON透明陶瓷粉末的方法），由质量分数为76.45～88.77wt%的α-氧化铝、3.79～18.53wt%的氮化铝以及4～10wt%氧化镁固相反应合成，粉体为单一MgAlON相、平均粒径小于600nm、纯度不低于98wt.%。下述实施例所用的试剂均为化学纯。

下述实施例中步骤2）所述陶瓷浆料固相含量的测定按如下公式计算：

固相含量=MgAlON粉体的体积/（MgAlON粉体的体积+去离子水的体积），其中去离子水的体积为步骤1）中去离子水的体积，MgAlON粉体的体积由其质量和密度计算所得。

本发明使用的MgAlON粉体及加入分散剂后MgAlON粉体的pH-Zeta电位关系如附图1所示，说明陶瓷浆料在pH为8～11时稳定性好，MgAlON粉体不易团聚；加入分散剂聚丙烯酸铵水溶液后陶瓷浆料的稳定性得到进一步提高。因此，本发明选取聚丙烯酸铵水溶液作为分散剂，并在步骤1）中将预混液的pH调至8～11。

实施例1：

一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤：

1）配制预混液：将3.81g甲基丙烯酰胺（简称MAM）和0.76g的N,N′-亚甲基双丙烯酰胺（简称MBAM）溶解于20ml去离子水中，配成MAM浓度为16wt%的溶液，加入42.8wt%聚丙烯酸铵水溶液（简称PAA-NH₄）0.29g为分散剂（分散剂的添加量为待成型MgAlON粉体质量的0.398wt%，按0.4wt%计），搅拌均匀后用浓氨水将溶液pH值调至10，得到预混液；

2）配制陶瓷浆料：将步骤1）配制的预混液中加入72.8g的MgAlON粉体，按球料质量比1.5:1加入氧化铝球，放入混料瓶中混合、球磨8h后，得到固相含量为48vol%的陶瓷浆料；

3）注模成型：将步骤2）配制好的陶瓷浆料抽真空10min至1.1×10⁴Pa，加入质量分数为10wt%过硫酸铵水溶液（简称APS）0.36g作为引发剂，四甲基乙二胺（简称TMEDA）0.36g为催化剂，继续抽真空3min至1.0×10⁴Pa，去除浆料中的气泡；然后将浆料注入模具中，置于60℃下聚合反应1h，脱模即可得到MgAlON陶瓷坯体；

4）坯体干燥脱脂：将步骤3）得到的成型坯体先置于PEG200中干燥12h，然后置于空气中室温下干燥48h，最后将坯体置于恒温干燥箱中110℃干燥24h；将干燥后的坯体放入高温炉内以1℃/min升温至400℃并保温1h，然后再以1℃/min升温至500℃并保温1h，随炉冷却后得到MgAlON陶瓷素坯。

通过步骤2）后获得固相含量为48vol%、25℃下表观粘度为126.83mPa·s的高流动性和稳定性的MgAlON陶瓷浆料，其注模填充容易、成型均匀；可控液相干燥有效避免了成型坯体起皮、开裂等问题，进一步干燥和脱脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光洁、形状完好、显微结构均匀、收缩变形小。

实施例2：

一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤：

1）配制预混液：将3.81g的MAM和0.38g的MBAM溶解于20ml去离子水中，配成MAM浓度为16wt%的溶液，加入0.34g的42.8wt%PAA-NH₄为分散剂，搅拌均匀后用浓氨水将溶液pH值调至10，得到预混液；

2）配制陶瓷浆料：将步骤1）配制的预混液中加入74.6g的MgAlON粉体，按球料质量比1.5:1加入氧化铝球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量为50vol%的陶瓷浆料；

3）注模成型：将步骤2）配制好的陶瓷浆料抽真空20min至0.8×10⁴Pa，加入0.37g的10wt%APS水溶液为引发剂，0.37g的TMEDA为催化剂，继续抽真空3min至0.8×10⁴Pa，去除浆料中的气泡；然后将浆料注入模具中，置于50℃聚合反应2h，脱模即可得到MgAlON陶瓷坯体；

4）坯体干燥脱脂：将步骤3）得到的成型坯体先置于PEG200中干燥12h，然后置于空气中室温下干燥24h，最后将坯体置于恒温干燥箱中110℃干燥24h；将干燥后的坯体放入高温炉内以1℃/min升温至400℃并保温1h，然后再以1℃/min升温至550℃并保温1h，随炉冷却后得到MgAlON素坯。

通过步骤2）后获得固相含量为50vol%、25℃下表观粘度为99.13mPa·s的高流动性和稳定性的MgAlON陶瓷浆料，其注模填充容易、成型均匀；可控液相干燥有效避免了成型坯体起皮、开裂等问题，进一步干燥和脱脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光洁、形状完好、显微结构均匀、收缩变形小。

实施例3：

一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤：

1）配制预混液：将3.81g的MAM和0.25g的MBAM溶解于20ml去离子水中，配成MAM浓度为16wt%的溶液，加入0.38g的42.8wt%PAA-NH₄为分散剂，搅拌均匀后用浓氨水将溶液pH值调至10，得到预混液；

2）配制陶瓷浆料：将步骤1）配制的预混液中加入76.4g的MgAlON粉体，按球料质量比1.5:1加入氧化铝球，放入混料瓶中混合、球磨4h后，得到固相含量为52vol%的陶瓷浆料； 

3）注模成型：将步骤2）配制好的陶瓷浆料抽真空5min至1.2×10⁴Pa，加入0.38g的10wt%APS水溶液为引发剂，0.38g的TMEDA为催化剂，搅拌均匀后继续抽真空3min至1.0×10⁴Pa，去除浆料中的气泡；然后将浆料注入模具中，置于40℃聚合反应3h，脱模即可得到MgAlON陶瓷坯体；

4）坯体干燥脱脂：将步骤3）得到的成型坯体先置于PEG200中干燥12h，然后置于空气中室温下干燥36h，最后将坯体置于恒温干燥箱中110℃干燥18h；将干燥后的坯体放入高温炉内以1℃/min升温至400℃并保温1h，然后以 1℃/min升温至600℃并保温1h，随炉冷却后得到MgAlON素坯。

通过步骤2）后获得固相含量为52vol%、25℃下表观粘度为128.97mPa·s的高流动性和稳定性的MgAlON陶瓷浆料，其注模填充容易、成型均匀；可控液相干燥有效避免了成型坯体起皮、开裂等问题，进一步干燥和脱脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光洁、形状完好（见图4中左图）、显微结构均匀（见图2）、收缩变形小，素坯三点弯曲强度达16MPa。

实施例4：

一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤：

1）配制预混液：将3.81g的MAM和0.19g的MBAM溶解于20ml去离子水中，配成MAM浓度为16wt%的溶液，加入0.47g的42.8wt%PAA-NH₄为分散剂（分散剂的添加量为待成型MgAlON粉体质量的0.601wt%，按0.6wt%计），搅拌均匀后用浓氨水将溶液pH值调至10，得到预混液；

2）配制陶瓷浆料：将步骤1）配制的预混液中加入78.2g的MgAlON粉体，按球料质量比1.5:1加入氧化铝球，放入混料瓶中混合、球磨2h后，得到固相含量为54vol%的陶瓷浆料；

3）注模成型：将步骤2）配制好的陶瓷浆料抽真空15min至1.0×10⁴Pa，加入0.39g的10wt%APS水溶液为引发剂，0.39g的TMEDA为催化剂，搅拌均匀后继续抽真空3min至0.9×10⁴Pa，去除浆料中的气泡；然后将浆料注入模具中，置于30℃聚合反应5h，脱模即可得到MgAlON陶瓷坯体；

4）坯体干燥脱脂：将步骤3）得到的成型坯体先置于PEG200中干燥12h，然后置于空气中室温下干燥24h，最后将坯体置于恒温干燥箱中110℃干燥12h；将干燥后的坯体放入高温炉内以1℃/min升温至400℃并保温1h，然后以1.5℃/min升温至550℃并保温1h，随炉冷却后得到MgAlON素坯。

通过步骤2）后获得固相含量为54vol%、25℃下表观粘度为173.02mPa·s的高流动性和稳定性的MgAlON陶瓷浆料，其注模填充容易、成型均匀；可控液相干燥有效避免了成型坯体起皮、开裂等问题，进一步干燥和脱脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光洁、形状完好、显微结构均匀、收缩变形小。

实施例5：

一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤：

1）配制预混液：将2.5g的MAM和0.25g MBAM溶解于10ml去离子水中，配成MAM浓度为20wt%的溶液，加入0.17g的42.8wt%PAA-NH₄为分散剂，搅拌均匀后用浓氨水将溶液pH值调至8，得到预混液；

2）配制陶瓷浆料：将步骤1）配制的预混液中加入37.3g的MgAlON粉体，按球料质量比1.5:1加入氧化铝球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量为50vol%的陶瓷浆料； 

3）注模成型：将步骤2）配制好的陶瓷浆料抽真空5min至1.2×10⁴Pa，加入0.09g的10wt%APS水溶液为引发剂，0.09g的TMEDA为催化剂，搅拌均匀后继续抽真空1min至1.2×10⁴Pa，去除浆料中的气泡；然后将浆料注入模具中，置于50℃聚合反应2h，脱模即可得到MgAlON陶瓷坯体；

4）坯体干燥脱脂：将步骤3）得到的成型坯体先置于PEG200中干燥10h，然后置于空气中室温下干燥48h，最后将坯体置于恒温干燥箱中110℃干燥24h；将干燥后的坯体放入高温炉内以1℃/min升温至400℃并保温1h，然后以 2℃/min升温至550℃并保温1h（工艺制度见图5），随炉冷却后得到MgAlON素坯。

通过步骤2）后获得固相含量为50vol%、25℃下表观粘度为381.92mPa·s的高流动性和稳定性的MgAlON陶瓷浆料，其注模填充容易、成型均匀；可控液相干燥有效避免了成型坯体起皮、开裂等问题，进一步干燥和脱脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光洁、形状完好（见图4中右图）、显微结构均匀（见图3）、收缩变形小，素坯三点弯曲强度达11.5MPa。

实施例6：

一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤：

1）配制预混液：将1.36g的MAM和0.14g的MBAM溶解于10ml去离子水中，配成MAM浓度为12wt%的溶液，0.17g的42.8wt%PAA-NH₄为分散剂，搅拌均匀后用浓氨水将溶液pH值调至9，得到预混液；

2）配制陶瓷浆料：将步骤1）配制的预混液中加入37.3g的MgAlON粉体，按球料质量比1.5:1加入氧化铝球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量为50vol%的陶瓷浆料；

3）注模成型：将步骤2）配制好的陶瓷浆料抽真空10min至1.1×10⁴Pa，加入0.09g的10wt%APS水溶液为引发剂，0.09g的TMEDA为催化剂，搅拌均匀后继续抽真空1min至1.1×10⁴Pa，去除浆料中的气泡；然后将浆料注入模具中，置于50℃聚合反应2h，脱模即可得到MgAlON陶瓷坯体；

4）坯体干燥脱脂：将步骤3）得到的成型坯体先置于PEG200中干燥10h，然后置于空气中室温下干燥48h，最后将坯体置于恒温干燥箱中110℃干燥24h；将干燥后的坯体放入高温炉内以1℃/min升温至400℃并保温1h，然后以 2℃/min升温至550℃并保温1.5h，随炉冷却后得到MgAlON素坯。

通过步骤2）后获得固相含量为50vol%、25℃下表观粘度为738.94mPa·s的高流动性和稳定性的MgAlON陶瓷浆料，其注模填充容易、成型均匀；可控液相干燥有效避免了成型坯体起皮、开裂等问题，进一步干燥和脱脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光洁、形状完好、显微结构均匀、收缩变形小。

实施例7：

一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤：

1）配制预混液：将0.87g的MAM和0.09g的MBAM溶解于10ml去离子水中，配成浓度为8wt%的溶液，0.17g的42.8wt%PAA-NH₄为分散剂，搅拌均匀后用浓氨水将溶液pH值调至11，得到预混液；

2）配制陶瓷浆料：将步骤1）配制的预混液中加入37.3g的MgAlON粉体，按球料质量比1.5:1加入氧化铝球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量为50vol%的陶瓷浆料；

3）注模成型：将步骤2）配制好的陶瓷浆料抽真空10min至1.1×10⁴Pa，加入0.09g的10wt%APS水溶液为引发剂，0.09g的TMEDA为催化剂，搅拌均匀后继续抽真空5min至1.0×10⁴Pa，去除浆料中的气泡；然后将浆料注入模具中，置于50℃聚合反应4h，脱模即可得到MgAlON陶瓷坯体；

4）坯体干燥脱脂：将步骤3）得到的成型坯体先置于PEG200中干燥8h，然后置于空气中室温下干燥48h，最后将坯体置于恒温干燥箱中110℃干燥24h；将干燥后的坯体放入高温炉内以1℃/min升温至400℃并保温1h，然后以 2℃/min升温至550℃并保温2h，随炉冷却后得到MgAlON素坯。

通过步骤2）后获得固相含量为50vol%、25℃下表观粘度为328.93mPa·s的高流动性和稳定性的MgAlON陶瓷浆料，其注模填充容易、成型均匀；可控液相干燥有效避免了成型坯体起皮、开裂等问题，进一步干燥和脱脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光洁、形状完好、显微结构均匀、收缩变形小。

实施例8：

一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤：

1）配制预混液：将1.91g的MAM和0.19g的MBAM溶解于10ml去离子水中，配成MAM浓度为16wt%的预混液，0.2g的42.8wt%PAA-NH₄为分散剂，搅拌均匀后用浓氨水将溶液pH值调至10，得到预混液；

2）配制陶瓷浆料：将步骤1）配制的预混液中加入36.4gMgAlON粉，按球料质量比1.5:1加入氧化铝球，放入混料瓶中混合、球磨4h后，得到固相含量为48vol%的陶瓷浆料；

3）注模成型：将步骤2）配制好的陶瓷浆料抽真空10min至1.1×10⁴Pa，加入0.36g的10wt%APS水溶液为引发剂，0.36g的TMEDA为催化剂，搅拌均匀后继续抽真空8min至0.9×10⁴Pa，去除浆料中的气泡；然后将浆料注入模具中，置于60℃聚合反应1h，脱模即可得到MgAlON陶瓷坯体；

4）坯体干燥脱脂：将步骤3）得到的成型坯体先置于PEG200中干燥8h，然后置于空气中室温下干燥36h，最后将坯体置于恒温干燥箱中110℃干燥24h；将干燥后的坯体放入高温炉内以1℃/min升温至400℃并保温1.5h，然后以2℃/min升温至550℃并保温1h，随炉冷却后得到MgAlON素坯。

通过步骤2）后获得固相含量为48vol%、25℃下表观粘度为141.68mPa·s的高流动性和稳定性的MgAlON陶瓷浆料，其注模填充容易、成型均匀；可控液相干燥有效避免了成型坯体起皮、开裂等问题，进一步干燥和脱脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光洁、形状完好、显微结构均匀、收缩变形小。

实施例9：

一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤：

1）配制预混液：将3.81g的MAM和0.38g的MBAM溶解于20ml去离子水中，配成MAM浓度为16wt%的溶液，0.4g的42.8wt%PAA-NH₄为分散剂，搅拌均匀后用浓氨水将溶液pH值调至10，得到预混液；

2）配制陶瓷浆料：将步骤1）配制的预混液中加入72.8gMgAlON粉，按球料质量比1.5:1加入氧化铝球，放入混料瓶中混合、球磨4h后，得到固相含量为48vol%的陶瓷浆料；

3）注模成型：将步骤2）配制好的陶瓷浆料抽真空10min至1.1×10⁴Pa，加入0.73g的10wt%APS水溶液为引发剂，0.73g的TMEDA为催化剂，搅拌均匀后继续抽真空10min至0.8×10⁴Pa，去除浆料中的气泡；然后将浆料注入模具中，置于60℃聚合反应1h，脱模即可得到MgAlON陶瓷坯体；

4）坯体干燥脱脂：将步骤3）得到的成型坯体先置于PEG200中干燥10h，然后置于空气中室温下干燥36h，最后将坯体置于恒温干燥箱中110℃干燥24h；将干燥后的坯体放入高温炉内以1℃/min升温至400℃并保温2h，然后以2℃/min升温至550℃并保温1h，随炉冷却后得到MgAlON素坯。

通过步骤2）后获得固相含量为48vol%、25℃下表观粘度为291.94mPa·s的高流动性和稳定性的MgAlON陶瓷浆料，其注模填充容易、成型均匀；可控液相干燥有效避免了成型坯体起皮、开裂等问题，进一步干燥和脱脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光洁、形状完好、显微结构均匀、收缩变形小。

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数（如温度、时间等）的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (8)

1.一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1）配制预混液：按照有机单体与交联剂的质量比为（5～20）:1称取有机单体与交联剂，加入去离子水，配制成单体浓度为8～20wt%的溶液，在溶液中加入分散剂，分散剂的加入量为待成型MgAlON粉体质量的0.4～0.6wt%，搅拌均匀后，用浓氨水将溶液pH值调节为8～11，得到预混液；

2）配制陶瓷浆料：将步骤1）配制的预混液和MgAlON粉体混合后球磨2～8h后，得到固相含量为48～54vol%的陶瓷浆料；

3）注模成型：将步骤2）配制好的陶瓷浆料放入真空干燥箱中真空除气，搅拌均匀后，分别加入引发剂和催化剂，引发剂与催化剂的加入量相等，且质量均为MgAlON陶瓷粉体质量的0.25～1wt%；再抽真空除气，然后注入模具中，在30～60℃下发生聚合反应1～5h促使浆料凝胶，然后脱模即可得到MgAlON陶瓷坯体；

4）坯体干燥脱脂：将步骤3）得到的成型坯体干燥、高温脱脂、自然冷却后，得到MgAlON陶瓷素坯。

2.根据权利要求1所述的一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述MgAlON粉体是由质量分数为76.45～88.77wt%的α-氧化铝、3.79～18.53wt%的氮化铝以及4～10wt%氧化镁固相反应合成，粉体为单一MgAlON相、平均粒径小于600nm、纯度不低于98 wt %。

3.根据权利要求1所述的一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述有机单体为甲基丙烯酰胺，交联剂为N,N′-亚甲基双丙烯酰胺，分散剂为质量分数为42.8wt%聚丙烯酸铵水溶液，引发剂为10wt%的过硫酸铵水溶液，催化剂为四甲基乙二胺。

4.根据权利要求1所述的一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步骤2）中，每100ml预混液中加入MgAlON陶瓷粉体的质量为364~391g，混合并球磨后所得陶瓷浆料的粘度小于800mPa·s。

5.根据权利要求1所述的一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步骤3）中第一次真空除气的时间为5～20min，真空度为0.8～1.2×10⁴Pa；第二次真空除气的时间为1～10min，真空度为0.8～1.2×10⁴Pa。

6.根据权利要求1所述的一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步骤4）的干燥分为三步，第一步在化学纯的聚乙二醇PEG200溶液中室温下干燥8～12h；第二步在空气中室温下干燥24～48h；第三步在恒温干燥箱中于110℃空气中干燥12～24h。

7.根据权利要求6所述的一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述的聚乙二醇PEG200溶液用量为坯体体积的5～10倍。

8.根据权利要求1所述的一种凝胶注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步骤4）中所述的高温脱脂是将干燥后的坯体在空气中以1℃/min速率升温至400℃并保温1～2h，再以1~2℃/min速率升温至500~600℃并保温1～2h，然后随炉冷却。