CN104496490A - 一种凝胶注模成型陶瓷坯体及其制备方法 - Google Patents

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张海军
邓先功
王军凯
张少伟
段红娟
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Abstract

本发明具体涉及一种凝胶注模成型陶瓷坯体及其制备方法。其技术方案是：先以去离子水为溶剂，将分散剂和粘结剂加入去离子水中，搅拌5min，制得溶液；其中，分散剂︰粘结剂︰去离子水的质量比为(0.0026~0.05)︰(0.001~0.03)︰1。再向所述溶液中加入陶瓷粉体，球磨20~40min，制得陶瓷浆料；其中，陶瓷粉体︰去离子水的质量比为 (2.2~6.0)︰1。然后将所述陶瓷浆料注入模具中，在30~70℃条件下原位固化3~12小时，脱模，干燥，制得凝胶注模成型陶瓷坯体。本发明具有制备工艺简单、工艺易于控制、制备过程污染小和生产成本低的特点；所制备的陶瓷坯体具有表面光滑、强度高和产业化前景大。

Description

一种凝胶注模成型陶瓷坯体及其制备方法
技术领域
    本发明属于陶瓷坯体领域。具体涉及一种凝胶注模成型陶瓷坯体及其制备方法。
背景技术
凝胶注模成型是制备陶瓷坯体最常用的方法之一，该方法工艺简单，制得的坯体结构均匀、坯体强度高、且该方法采用简单的设备即可制备形状复杂的陶瓷坯体。“一种制备Ba1-xSrxTiO3-MgO铁电陶瓷坯体的方法”(CN101870581A)以水和醇的混合物为溶剂，以丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺单体为聚合体，过硫酸铵为催化剂，制备了Ba1-xSrxTiO3-MgO铁电陶瓷坯体。“水溶性环氧树脂原位固化制备陶瓷坯体的方法”(CN1864961A)以聚乙烯亚胺或二丙三胺和水溶性的环氧树脂原位固化制备陶瓷坯体，所制备的陶瓷坯体强度高和韧性好，用于氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷或复合陶瓷的成型。这些方法虽有其优点但都存在以下不足：
①有机物的用量较大，制备过程中产生的废液中有机物的含量较高，且有机物毒性较大，如单体丙烯酰胺、亚甲基双丙烯酰胺、固化剂聚乙烯亚胺或二丙三胺均对眼睛、皮肤、黏膜和呼吸道有刺激作用，会危害操作人员的健康；同时烧结过程中有机物的燃烧产生大量的废气，对环境污染严重。②这些方法制备过程中有机物用量较大，成本较高，不适于规模化生产。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种制备工艺简单、工艺易于控制、制备过程污染小和生产成本低的凝胶注模成型陶瓷坯体的制备方法；用该方法制备的陶瓷坯体强度高、表面光滑和产业化前景大。
    为实现上述目的，本发明采用的技术方案的制备步骤是：
步骤一、以去离子水为溶剂，将分散剂和粘结剂加入去离子水中，搅拌5min，制得溶液；其中，分散剂︰粘结剂︰去离子水的质量比为(0.0026~0.05)︰(0.001~0.03)︰1。
步骤二、向所述溶液中加入陶瓷粉体，球磨20~40 min，制得陶瓷浆料；其中，陶瓷粉体︰去离子水的质量比为(2.2~6.0)︰1。
步骤三、将所述陶瓷浆料注入模具中，在30~70℃条件下原位固化3~12小时，脱模，干燥，制得凝胶注模成型陶瓷坯体。
    所述分散剂为聚丙烯酸铵，聚丙烯酸铵的纯度为工业纯。
    所述粘结剂为丙烯酸-羧甲基纤维素接枝共聚物，丙烯酸-羧甲基纤维素接枝共聚物的纯度为工业纯。
    所述陶瓷粉体为镁铝尖晶石粉体、莫来石粉体、氧化铝粉体、氧化锆粉体和碳化硅粉体中的一种；陶瓷粉体的中位粒径为≤10μm。
    所述的模具为木质模具、玻璃模具、金属模具、塑料模具、纸质模具和橡胶模具中的一种。
    所述干燥为自然干燥或30~120℃干燥。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本发明所采用的分散剂和粘结剂均安全无毒，对操作人员和环境危害小。
2、本发明所使用的有机物(分散剂和粘结剂)含量较低，有机物的总量与去离子水的质量比为(0.0036~0.08)︰1，大大降低了有机物的用量，降低了生产成本，适于规模化生产。
3、本发明将分散剂、粘结剂加入去离子水中制得溶液；再向所述溶液中加入陶瓷粉体，球磨，制得陶瓷浆料；然后将所述陶瓷浆料注入模具中，原位固化，干燥，制得凝胶注模成型陶瓷坯体。故工艺简单、易于控制。
4、本发明的制备方法适合镁铝尖晶石、莫来石、氧化铝、氧化锆和碳化硅粉体的制备，具有广泛的工业应用前景。
因此，本发明具有制备工艺简单、工艺易于控制、制备过程污染小和生产成本低的特点；所制备的凝胶注模成型陶瓷坯体具有表面光滑、强度高和产业化前景大。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：
    所述分散剂为聚丙烯酸铵，聚丙烯酸铵的纯度为工业纯。
    所述粘结剂为丙烯酸-羧甲基纤维素接枝共聚物，丙烯酸-羧甲基纤维素接枝共聚物的纯度为工业纯。
    所述镁铝尖晶石粉体、莫来石粉体、氧化铝粉体、氧化锆粉体和碳化硅粉体的中位粒径为≤10μm。
    所述干燥为自然干燥或30~120℃干燥。
实施例1
一种凝胶注模成型镁铝尖晶石陶瓷坯体及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以去离子水为溶剂，将分散剂和粘结剂加入去离子水中，搅拌5min，制得溶液；其中，分散剂︰粘结剂︰去离子水的质量比为(0.0026~0.02)︰(0.01~0.03)︰1。
步骤二、向所述溶液中加入镁铝尖晶石粉体，球磨20~40 min，制得镁铝尖晶石浆料；其中，镁铝尖晶石粉体︰去离子水的质量比为(2.2~3.6)︰1。
步骤三、将所述镁铝尖晶石浆料注入模具中，在30~50℃条件下原位固化9~12小时，脱模，干燥，制得凝胶注模成型镁铝尖晶石陶瓷坯体。
    本实施例中：所述模具为木质模具。
实施例2
一种凝胶注模成型镁铝尖晶石陶瓷坯体及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以去离子水为溶剂，将分散剂和粘结剂加入去离子水中，搅拌5min，制得溶液；其中，分散剂︰粘结剂︰去离子水的质量比为(0.02~0.05)︰(0.001~0.01)︰1。
步骤二、向所述溶液中加入镁铝尖晶石粉体，球磨20~40 min，制得镁铝尖晶石浆料；其中，镁铝尖晶石粉体︰去离子水的质量比为(3.6~4.6)︰1。
步骤三、将所述镁铝尖晶石浆料注入模具中，在40~60℃条件下原位固化6~9小时，脱模，干燥，制得凝胶注模成型镁铝尖晶石陶瓷坯体。
    本实施例中：所述模具为玻璃模具。
实施例3
一种凝胶注模成型莫来石陶瓷坯体及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以去离子水为溶剂，将分散剂和粘结剂加入去离子水中，搅拌5min，制得溶液；其中，分散剂︰粘结剂︰去离子水的质量比为(0.0046~0.03)︰(0.005~0.03)︰1。
步骤二、向所述溶液中加入莫来石粉体，球磨20~40 min，制得莫来石浆料；其中，莫来石粉体︰去离子水的质量比为(2.2~3.9)︰1。
步骤三、将所述莫来石浆料注入模具中，在50~70℃条件下原位固化3~6小时，脱模，干燥，制得凝胶注模成型莫来石陶瓷坯体。
    本实施例中：所述模具为金属模具。
实施例4
一种凝胶注模成型氧化铝陶瓷坯体及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以去离子水为溶剂，将分散剂和粘结剂加入去离子水中，搅拌5min，制得溶液；其中，分散剂︰粘结剂︰去离子水的质量比为(0.006~0.05)︰(0.001~0.02)︰1。
步骤二、向所述溶液中加入氧化铝粉体，球磨20~40 min，制得氧化铝浆料；其中，氧化铝粉体︰去离子水的质量比为(2.9~5.6)︰1。
步骤三、将所述氧化铝浆料注入模具中，在30~50℃条件下原位固化9~12小时，脱模，干燥，制得凝胶注模成型氧化铝陶瓷坯体。
    本实施例中：所述模具为塑料模具。
实施例5
一种凝胶注模成型氧化锆陶瓷坯体及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以去离子水为溶剂，将分散剂和粘结剂加入去离子水中，搅拌5min，制得溶液；其中，分散剂︰粘结剂︰去离子水的质量比为(0.012~0.05)︰(0.01~0.03)︰1。
步骤二、向所述溶液中加入氧化锆粉体，球磨20~40 min，制得氧化锆浆料；其中，氧化锆粉体︰去离子水的质量比为(4.0~6.0)︰1。
步骤三、将所述氧化锆浆料注入模具中，在40~60℃条件下原位固化6~9小时，脱模，干燥，制得凝胶注模成型氧化锆陶瓷坯体。
    本实施例中：所述模具为纸质模具。
实施例6
一种凝胶注模成型碳化硅陶瓷坯体及其制备方法。所述制备方法的步骤是：
步骤一、以去离子水为溶剂，将分散剂和粘结剂加入去离子水中，搅拌5min，制得溶液；其中，分散剂︰粘结剂︰去离子水的质量比为(0.0046~0.03)︰(0.01~0.03)︰1。
步骤二、向所述溶液中加入碳化硅粉体，球磨20~40 min，制得碳化硅浆料；其中，碳化硅粉体︰去离子水的质量比为(2.2~3.2)︰1。
步骤三、将所述碳化硅浆料注入模具中，在50~70℃条件下原位固化3~6小时，脱模，干燥，制得凝胶注模成型碳化硅陶瓷坯体。
    本实施例中：所述模具为橡胶模具。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下积极效果：
1、本具体实施方式所采用的分散剂和粘结剂均安全无毒，对操作人员和环境危害小。
2、本具体实施方式所使用的有机物(分散剂和粘结剂)含量较低，有机物的总量与去离子水的质量比为(0.0036~0.08)︰1，大大降低了有机物的用量，降低了生产成本，适于规模化生产。
3、本具体实施方式将分散剂、粘结剂加入去离子水中制得溶液；再向所述溶液中加入陶瓷粉体，球磨，制得陶瓷浆料；然后将所述陶瓷浆料注入模具中，原位固化，干燥，制得凝胶注模成型陶瓷坯体。故工艺简单、易于控制。
4、本具体实施方式的制备方法适合镁铝尖晶石、莫来石、氧化铝、氧化锆和碳化硅粉体的制备，具有广泛的工业应用前景。
因此，本具体实施方式具有制备工艺简单、工艺易于控制、制备过程污染小和生产成本低的特点；所制备的凝胶注模成型陶瓷坯体具有表面光滑、强度高和产业化前景大。

Claims (7)

1.一种凝胶注模成型陶瓷坯体的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
步骤一、以去离子水为溶剂，将分散剂和粘结剂加入去离子水中，搅拌5min，制得溶液；其中，分散剂︰粘结剂︰去离子水的质量比为(0.0026~0.05)︰(0.001~0.03)︰1；
步骤二、向所述溶液中加入陶瓷粉体，球磨20~40 min，制得陶瓷浆料；其中，陶瓷粉体︰去离子水的质量比为(2.2~6.0)︰1；
步骤三、将所述陶瓷浆料注入模具中，在30~70℃条件下原位固化3~12小时，脱模，干燥，制得凝胶注模成型陶瓷坯体。
2.   根据权利要求1所述凝胶注模成型陶瓷坯体的制备方法，其特征在于所述分散剂为聚丙烯酸铵，聚丙烯酸铵的纯度为工业纯。
3.    根据权利要求1所述凝胶注模成型陶瓷坯体的制备方法，其特征在于所述粘结剂为丙烯酸-羧甲基纤维素接枝共聚物，丙烯酸-羧甲基纤维素接枝共聚物的纯度为工业纯。
4.  根据权利要求1所述凝胶注模成型陶瓷坯体的制备方法，其特征在于所述陶瓷粉体为镁铝尖晶石粉体、莫来石粉体、氧化铝粉体、氧化锆粉体和碳化硅粉体中的一种；陶瓷粉体的中位粒径为≤10μm。
5.   根据权利要求1所述凝胶注模成型陶瓷坯体的制备方法，其特征在于所述的模具为木质模具、玻璃模具、金属模具、塑料模具、纸质模具和橡胶模具中的一种。
6.    根据权利要求1所述凝胶注模成型陶瓷坯体的制备方法，其特征在于所述干燥为自然干燥或30~120℃干燥。
7.   一种凝胶注模成型陶瓷坯体，其特征在于所述凝胶注模成型陶瓷坯体是根据权利要求1~6项中任一项所述凝胶注模成型陶瓷坯体的制备方法所制备的凝胶注模成型陶瓷坯体。
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