CN105036737A - 一种高精度陶瓷插芯的制备方法 - Google Patents
一种高精度陶瓷插芯的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105036737A CN105036737A CN201510351188.9A CN201510351188A CN105036737A CN 105036737 A CN105036737 A CN 105036737A CN 201510351188 A CN201510351188 A CN 201510351188A CN 105036737 A CN105036737 A CN 105036737A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- warming
- preparation
- oxide
- powder
- incubated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Producing Shaped Articles From Materials (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供了一种高精度陶瓷插芯的制备方法和用于高精度陶瓷插芯的部分稳定氧化锆粉末的制备方法。本发明采用氧化硅、氧化钼、氧化锌、氧化钪和氧化钬，具有优良的热应力性能，也改善了氧化锆的热机械性能，使得插芯材料具有更高的强度以及良好的抗热震性能，不易变形，无裂缝。第二，通过乙烯-醋酸乙烯共聚物将TPEE、PTT、HDPE和聚甲醛等穿插在氧化锆粉末中聚合，形成穿插网络的结构，得到的陶瓷插芯不易变形，精度较高。第三，采用的有机粘结剂具有良好的流动性，从而陶瓷插芯均一性好，无裂缝。第四，混炼时，本发明采用的有机粘结剂的加入顺序使喂料具有较好的流变性，使毛坯料更容易脱脂，从而制备的陶瓷插芯不易出现裂缝。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷电子元件技术领域，尤其涉及一种高精度陶瓷插芯的制备方法。
背景技术
在光纤通讯技术领域，光纤连接器可以用来传输光信号，其核心和基础器件为插芯，起着连接、转换、数据传输的媒介作用，是一系列光通信产品的最基本、最重要的无源器件。
目前使用较多的陶瓷材料是氧化锆陶瓷插芯，通过氧化锆粉体注射成型制备。注射成型工艺技术来源于塑料成型领域，后来被推广到陶瓷的成型，其基本工艺包括粉体的前处理，粉体和粘结剂加热混炼成喂料，喂料冷却破碎后，将喂料进行注射成型，再将注射的生坯进行脱脂，最后进行烧结。注射成型的最大优点是可以批量生产复杂形状和精密尺寸的陶瓷产品，大量节约陶瓷后加工的费用。
影响注射成型陶瓷产品最终性能的因素有很多，包括混炼参数、注射成型工艺、脱脂处理和烧结工艺等。例如，混炼时不同的加料顺序也会对喂料产生很大的影响；埋粉脱脂可有效的防止脱脂坯的断裂和变形等缺陷的产生；注射成型时较高的压力有助于提高产品的力学性能；烧结时采用两步法烧结可以提高产品的致密度。
在诸多的影响因素中，注射成型所用原料-喂料的性质的影响是决定性的，通常喂料是由粉体和高分子粘结剂组成的。陶瓷注射成型工艺中，喂料的流变行为反映了喂料的稳定性、均匀性、对剪切速率和温度的敏感性，以及在注射过程中喂料的充模性与成型性，它是决定注射成型形状和质量的一个至关重要的因素。喂料中每个组分的性能都对注射成型工艺具有显著影响，尤其是粉体的性能又是重中之重。粉体的性质包括粉体表面的特性、粒径和粒径分布、粉体形状、比表面积以及团聚情况等。而喂料中的粉末固含量对喂料的流变性能和最终产品的烧结性能也有很大的影响。
现有技术中的陶瓷插芯易变形，易出现裂缝，精度较低。因此，本发明人考虑，制备一种氧化锆陶瓷插芯，无裂缝且具有很高的精度。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种高精度陶瓷插芯的制备方法，制备的陶瓷插芯不易变形，无裂缝，且具有很高的精度；本发明要解决的技术问题还在于提供一种用于高精度陶瓷插芯的部分稳定氧化锆粉末的制备方法。
有鉴于此，本发明提供了一种高精度陶瓷插芯的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)将氧化硅、氧化钪、氧化钼、氧化钬、氧化锌和氧化锆混合，预烧后加入油酸，球磨混合，过筛后得到部分稳定氧化锆粉末；
步骤b)将所述部分稳定氧化锆粉末和HDPE加入密炼机中，混合搅拌后加入聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡，搅拌后加入乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT和聚甲醛，搅拌，升温至140-150℃，然后加入邻苯二甲酸二辛酯，搅拌后升温至160-180℃，密炼后冷却，得到胶状物质；
步骤c)将所述胶状物质压片，粉碎，注射成型后得到毛坯料；
步骤d)将所述毛坯料浸泡在煤油中，然后依次进行热脱脂处理和烧结处理，得到高精度陶瓷插芯。
优选的，步骤a中，所述氧化硅、氧化钪、氧化钼、氧化钬、氧化锌、氧化锆、油酸的重量比为1∶2∶1∶1∶1∶94∶3-4。
优选的，步骤a)中，预烧温度为650-720℃，预烧时间为1-2小时。
优选的，步骤b)中，所述部分稳定氧化锆粉末、HDPE、聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT、聚甲醛和邻苯二甲酸二辛酯的重量比为65-80∶3-5∶1-2∶1-2∶3-5∶2-4∶1-2∶4-8∶3-6。
优选的，所述步骤b具体为：将密炼机升温至100-120℃，然后将所述部分稳定氧化锆粉末和HDPE加入所述密炼机中，混合搅拌10-20分钟，然后加入聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡，继续搅拌10-20分钟，加入乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT和聚甲醛，继续搅拌10-20分钟，升温至140-150℃，然后加入邻苯二甲酸二辛酯，混合搅拌20-30分钟，升温至160-180℃，关闭密炼室，密炼60-100分钟后取料冷却，得到胶状物质。
优选的，步骤c)中，注射压力为60-100Mpa。
优选的，步骤c)中，成型温度为140-180℃，成型压力为0.4-0.8Mpa，成型速度为30-50mm/s，成型时间为20-40s。
优选的，所述热脱脂处理具体为：将煤油浸泡后的毛坯料放入脱脂炉，在以下温度进行脱脂反应：
步骤s1)由室温升温至240℃；
步骤s2)升温至360℃，保温1小时；
步骤s3)升温至450℃；
步骤s4)升温至550℃，保温2小时。
优选的，所述烧结处理具体为：将脱脂处理得到的毛坯料放入烧结炉，在以下温度进行烧结：
步骤L1)升温至500℃；
步骤L2)升温至820℃，保温1小时；
步骤L3)升温至1000℃；
步骤L4)升温至1300℃；
步骤L5)升温至1450℃，保温2小时；
步骤L6)降温至1000℃，保温2小时；
步骤L7)降温至100℃。
相应的，本发明还提供一种用于高精度陶瓷插芯的部分稳定氧化锆粉末的制备方法，包括以下步骤：将氧化硅、氧化钪、氧化钼、氧化钬、氧化锌和氧化锆混合，预烧后加入油酸，球磨混合，过筛后得到部分稳定氧化锆粉末。
本发明提供了一种高精度陶瓷插芯的制备方法和用于高精度陶瓷插芯的部分稳定氧化锆粉末的制备方法。与现有技术相比，本发明采用氧化硅、氧化钼、氧化锌、氧化钪和氧化钬，具有比纯的氧化锆陶瓷与光纤更接近的线膨胀系数，更优良的热应力性能，也改善了氧化锆的热机械性能，使得插芯材料具有更高的强度以及良好的抗热震性能，不易变形，无裂缝。第二，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)具有较高的弹性和韧性，起到增容剂的作用。EVA的加入使TPEE、PTT、HDPE和聚甲醛等在聚乙二醇单甲醚和油酸酰胺的作用下能很好分散在氧化锆粉末中，通过乙烯-醋酸乙烯共聚物将TPEE、PTT、HDPE和聚甲醛等穿插在氧化锆粉末中聚合，形成穿插网络的结构，得到一种稳定的骨架结构，从而得到的陶瓷插芯不易变形，精度较高。第三，本发明采用的有机粘结剂具有良好的流动性，从而制备的陶瓷插芯经脱脂和烧结后均一性好，无裂缝。第四，混炼时，本发明采用的有机粘结剂的加入顺序使喂料具有较好的流变性，使毛坯料更容易脱脂，从而制备的陶瓷插芯不易出现裂缝。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种高精度陶瓷插芯的制备方法，包括以下步骤：
步骤a)将氧化硅、氧化钪、氧化钼、氧化钬、氧化锌和氧化锆混合，预烧后加入油酸，球磨混合，过筛后得到部分稳定氧化锆粉末；
步骤b)将所述部分稳定氧化锆粉末和HDPE(高密度聚乙烯)加入密炼机中，混合搅后加入聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡，搅拌后加入乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE(热塑性聚酯弹性体)、PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)和聚甲醛，搅拌，升温至140-150℃，然后加入邻苯二甲酸二辛酯，搅拌后升温至160-180℃，密炼后冷却，得到胶状物质；
步骤c)将所述胶状物质压片，粉碎，注射成型后得到毛坯料；
步骤d)将所述毛坯料浸泡在煤油中，然后依次进行热脱脂处理和烧结处理，得到高精度陶瓷插芯。
本发明首先制备部分稳定氧化锆粉末，其中，纯氧化锆在室温下是单斜相，而当温度至1170℃转变为四方相，继续升温至2370℃时又会转变为立方萤石结构。由于氧化锆的多相体系，在相变时晶格参数也随之变化。升温时其体积会收缩而降温时体积会膨胀，这会造成陶瓷龟裂。而钪和钬的氧化物可以与氧化锆作用，当阳离子钪和钬加入时，为了达到电荷平衡，晶体内部就会产生相应数量的氧空位，Zr4+和氧空位组合会减小Zr4+的配位数，使其配位数倾向于小于7。为了维持有效配位数，Zr-O共价键主导的晶体结构就会形成一个虚假的8配位的晶体结构(大于7)，同时吸收产生的氧空位与相邻的Zr4+形成新的晶格。
本发明同时掺杂氧化硅、氧化钼、氧化锌、氧化钪和氧化钬，比纯的氧化锆陶瓷与光纤更接近的线膨胀系数，更优良的热应力性能，不仅如此，这也改善了氧化锆的热机械性能，使得插芯材料具有更高的强度以及良好的抗热震性能。
作为优选方案，步骤a中，所述氧化硅、氧化钪、氧化钼、氧化钬、氧化锌和氧化锆混合，预烧后加入油酸的重量比为1∶2∶1∶1∶1∶94∶3-4。本发明采用的预烧温度优选为650-720℃，更优选为670-700℃；预烧时间优选为1-2小时。
步骤b)中，本发明将制备的氧化锆粉末基材和粘结剂、表面活性、增塑剂等有机载体按一定比例进行混合。
所述有机粘结剂在陶瓷注射成型中，具有两个基本的功能，首先在注射成型阶段能够与粉末均匀混合，降低粉末的粘度，是粉末具有良好的流动性，成为适合注射成型的喂料。其次，粘结剂能够在注射成型后和脱脂期间起到维持坯体形状的作用，使产品在烧结前具有完整的合适的形状。本发明采用陶瓷注射成型所要用的粘结剂主要考虑以下4点：1、体系内的相容性，2、注射悬浮体流变学特性，3、脱模性和生坯强度，4、脱脂特性。根据这些原则，粘结剂多选择热塑性多组元体系，即流动性好的低熔点组元和高分子聚合物组元。有机粘结剂与陶瓷粉体混炼后的结合强度主要取决于热塑性高聚物，脱脂热性亦可以由耐热性好的高聚物调节，可塑性和润滑剂则可以改善体系流动性和脱模性能，表面活性剂具有综合调节作用。
不仅如此，在陶瓷注射成型中聚合物粘结剂之间或者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很差，则不能有效降低混合物的粘度，注射成型冷却过程中有机物产生大量偏析以及粘结剂与模具分离，不能获得组分均匀的成坯体。
按照本发明，所述聚乙二醇单甲醚为分散剂，聚乙烯蜡既是一种分散剂也是粘合剂，可以增加喂料的流动性。
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)具有较高的弹性和韧性，可以起到增容剂的作用。EVA的加入使TPEE、PTT、HDPE和聚甲醛等在分散剂聚乙二醇单甲醚和油酸酰胺的作用下能很好分散在氧化锆粉末中，通过乙烯-醋酸乙烯共聚物将TPEE、PTT、HDPE和聚甲醛等穿插在氧化锆粉末中聚合，使这些有机粘合剂很好形成穿插网络的结构，得到一种稳定的骨架结构。
高密度聚乙烯(HDPE)具有良好的耐热性、耐寒性，化学稳定性好，耐酸碱，耐有机溶剂，还具有较高的刚性和韧性，低温时仍能保持一定的韧性。HDPE会和TPEE、PTT有机结合到一块，形成一种互穿网络的结构，使这种喂料同时具有良好的物理性能、优异的热熔加工性能。
所述聚对苯二甲酸丙二醇酯(简称PTT)的很多性能介于PET和PBT之间，PTT纤维综合了尼龙的柔软性、腈纶的蓬松性、涤纶的抗污性，加上本身固有的弹性。在本发明中与TPEE、聚甲醛与很好的相容性，而乙烯-α-烯烃共聚物的加入使TPEE和PTT可以与其他的物质有很好的接枝反应。
所述热塑性聚酯弹性体(TPEE)是含有聚酯硬段和聚醚软段的嵌段共聚物，其中聚醚软段和未结晶的聚酯形成无定形相聚酯硬段部分结晶形成结晶微区，起物理交联点的作用。TPEE具有橡胶的弹性和工程塑料的强度；软段赋予它弹性，使其像橡胶；硬段赋予它加工性能，使其像塑料；与橡胶相比，其具有更好的加工性能和更长的使用寿命；与工程料相比，同样具有强度高的特点，而柔韧性和动态力学性能更好。TPEE可以与PTT、HDPE、聚甲醛在EVA的作用下互穿网格形成一个强度较高的骨架。
本发明采用的有机粘结剂与部分稳定氧化锆成型好，因为本发明的有机粘结剂由很好的流动性，导致陶瓷插芯在脱脂和烧结之后均一性好，没有裂缝。
混炼时，有机粘结剂的加入顺序会影响到喂料的流变性。为了使喂料具备较好的流变性，本发明研究不同组分的加入顺序对喂料流变性等的影响，最终确定：先加入HDPE，然后再加入聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡，接着再加入助成型的乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT、和聚甲醛，最后加入增塑剂邻苯二甲酸二辛酯。这样的顺序使喂料具有较好的流变性，且使成型出来的坯体能够更容易脱脂。
所述步骤b具体为：将密炼机升温至100-120℃，然后所述部分稳定氧化锆粉末和HDPE加入所述密炼机中，混合搅拌10-20分钟使HDPE均匀包括在粉体颗粒上，然后加入聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡，继续搅拌10-20分钟，加入乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT和聚甲醛，继续搅拌10-20分钟，升温至140-150℃，然后加入邻苯二甲酸二辛酯，混合搅拌20-30分钟，升温至160-180℃，关闭密炼室，密炼60-100分钟后取料冷却，得到胶状物质。
步骤b)中，所述部分稳定氧化锆粉末、HDPE、聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT、聚甲醛和邻苯二甲酸二辛酯的重量比优选为65-80∶3-5∶1-2∶1-2∶3-5∶2-4∶1-2∶4-8∶3-6。
步骤c)中，将所述胶状物质压片得到的片状材料的厚度优选为1-2mm；粉碎得到的材料的粒径优选小于3mm，得到注塑料。
然后在注射成型机上注射成型得到陶瓷插芯毛坯，注射成型是指将粒料用注射成型机加热软化后注入模具，在模具中冷却重新固化而制得所需形状的工艺过程。本发明采用的成型压力为0.4-0.8Mpa，成型速度为30-50mm/s，成型时间为20-40s。
注射压力会极大影响素坯密度，从而影响其尺寸精度，注射压力过高容易造成溅射，而注射压力过低容易导致充模不足。本发明的注射压力优选为60-100Mpa，更优选为80-90Mpa。
注射成型温度一般要高于有机粘结剂的软化点，但过高的温度导致低分子有机物的挥发而形成气孔等缺陷，所以注射成型温度不宜过高。本发明采用的成型温度优选为140-180℃，更优选为150-160℃。
脱脂过程也是陶瓷注射成型中耗时最长的一道工序。所以，脱脂是影响制品质量和制造成本最关键的一个步骤。脱脂如果不当，则会使坯体的不同方位的收缩不一致，致使坯体出现诸如开裂、鼓泡、变形等缺陷，并且这些缺陷不可能在后面的工序中得到弥补。热脱脂速度慢，而溶剂脱脂成本高，且一般所采用的有机溶剂如三氯乙烷、二氯甲烷等，这些溶剂有致癌的作用，有些对环境和操作人员造成其他的危害。本发明采用环境友好，成本较低的煤油进行溶剂脱脂，然后再进行热脱脂，这样既缩短了脱脂的时间，节约了成本，同时也使脱脂过程效率更高。
步骤d)中，所述煤油的固相体积分数55％，浸泡温度为30-50℃，更优选为35-45℃；浸泡时间为8-16个小时，更优选为10-14小时。
所述脱脂处理具体为：将煤油浸泡后的毛坯料放入脱脂炉，在以下温度进行脱脂反应：
步骤s1)由室温升温至240℃；
步骤s2)升温至360℃，保温1小时；
步骤s3)升温至450℃；
步骤s4)升温至550℃，保温2小时。
其中，步骤s1的升温速率优选为2.5-3.5℃/分钟，步骤s2的升温速率优选为1-1.5℃/分钟，步骤s3的升温速率优选为0.4-0.6℃/分钟，步骤s4的升温速率优选为0.2-0.3℃/分钟。
由于注射成型的坯体已经进行脱溶剂脱脂，其中的聚乙烯蜡、增塑剂等绝大部分已经溶解去除，而剩余有机粘结剂主要成分为聚甲醛、PYT和HDPE。因此后续的热脱脂过程可以加快。
由于在热脱脂前己经进行了溶剂脱脂，所以坯体中已经形成了大量的连通孔道，但是在热脱脂的低温阶段部分连通孔道还需进一步扩大，否则挥发的小分子会因为无法全部排出而在坯体内产生较高的压力，使坯体导致鼓泡、肿胀或开裂等缺陷。在脱脂后期，由于坯体强度较高，且连通孔道己完全形成，有机物的热分解挥发速率可允许快些，不会产生缺陷，且可提高脱脂效率。
所述烧结处理具体为：将脱脂处理得到的毛坯料放入烧结炉，在氮气的保护下进行无压烧结，过程中试样周围填充大量埋粉，埋粉组成为Si3N4粉末和SiO，在以下温度进行烧结：
步骤L1)升温至500℃；
步骤L2)升温至820℃，保温1小时；
步骤L3)升温至1000℃；
步骤L4)升温至1300℃；
步骤L5)升温至1450℃，保温2小时；
步骤L6)降温至1000℃，保温2小时；
步骤L7)降温至100℃。
其中，步骤L1的升温速率优选为4-5℃/分钟，步骤L2的升温速率优选为1.2-2℃/分钟，步骤L3的升温速率优选为0.6-0.8℃/分钟，步骤L4的升温速率优选为0.3-0.5℃/分钟，步骤L5的升温速率优选为0.15-0.25℃/分钟，步骤L6的降温速率优选为2-3℃/分钟，步骤L7的降温速率优选为1℃/分钟。
脱脂结束后，脱脂坯需要经过高温烧结。烧结时粉末颗粒之间发生粘结，烧结后的坯体的强度增加，密度也有很大的提高。控制合理的烧结升温阶段、升温速率、降温阶段、降温速率可以使陶瓷插芯毛坯中晶粒成长的速度适中，尺寸不致过大，最终可以获得硬度、强度的陶瓷插芯。本发明在烧结过程需要在氮气的保护下进行，并且坯体周围填充大量埋粉。埋粉采用Si3N4粉末和SiO2，上述埋粉的作用主要有三个方面：1、抑制烧结样品高温分解，同时也阻止气氛中杂质对样品的侵蚀；2、支撑作用，使坯体在加热过程中不致因软化而变形；3、埋粉在高温分解产生与样品同样的分解产物，局部产生饱和蒸气压，减少样品高温分解。
本发明制备的氧化锆陶瓷插芯外径2.5±0.0005mm，内径为0.125-0.1263mm，同心度1um，体积密度为5.90-6.09g/cm3。
相应的，本发明还提供一种用于高精度陶瓷插芯的部分稳定氧化锆粉末的制备方法，包括以下步骤：将氧化硅、氧化钪、的氧化钼、氧化钬、氧化锌和氧化锆混合，预烧后加入油酸，球磨混合，过筛后得到部分稳定氧化锆粉末。
从以上方案可以看出，本发明采用的氧化硅、氧化钼、氧化锌、氧化钪和氧化钬，具有比纯的氧化锆陶瓷与光纤更接近的线膨胀系数，更优良的热应力性能，不仅如此，这也改善了氧化锆的热机械性能，使得插芯材料具有更高的强度以及良好的抗热震性能，不易变形，无裂缝。第二，所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)具有较高的弹性和韧性，可以起到增容剂的作用。EVA的加入使TPEE、PTT、HDPE和聚甲醛等在分散剂聚乙二醇单甲醚和油酸酰胺的作用下能很好分散在氧化锆粉末中，通过乙烯-醋酸乙烯共聚物将TPEE、PTT、HDPE和聚甲醛等穿插在氧化锆粉末中聚合，使这些有机粘合剂很好形成穿插网络的结构，得到一种稳定的骨架结构，从而得到的陶瓷插芯精度较高。第三，混炼时，本发明采用的有机粘结剂的加入顺序使喂料具有较好的流变性，使毛坯料更容易脱脂，从而制备的陶瓷插芯不易出现裂缝。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
本发明实施例采用的原料和化学试剂均为市购。
实施例1
步骤1、制备部分稳定氧化锆粉末，
将1重量份的氧化硅、2重量份的氧化钪、1重量份的氧化钼、1重量份的氧化钬、1重量份的氧化锌以及94重量份的氧化锆，混合均匀之后，在700℃下进行预烧结2小时，然后加入4重量份的油酸进行球磨混合过筛得到部分稳定氧化锆粉末。
步骤2、陶瓷粉体和有机粘结剂的混炼
将将上述制备的部分稳定氧化锆粉末和粘结剂、表面活性、增塑剂等有机载体按一定比例进行混合，本步骤采用的原料以重量份数计包括：
先将密炼机升温至105℃，然后将相应重量份的步骤1制备的部分稳定氧化锆粉末基材以及HDPE加入上述密炼机，混合搅拌10分钟，使HDPE均匀包括在粉体颗粒上，然后加入相应重量份的聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡，继续搅拌15分钟，然后再加入相应重量的乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT和聚甲醛，继续搅拌20分钟，升温至145℃，然后加入邻苯二甲酸二辛酯，混合搅拌25分钟，升温至180℃，关闭密炼室，密炼100分钟后取料冷却，得到胶状物质。将胶状物质进行压片，压片的厚度为1-2mm，将压片粉碎为粒径小于3mm的注塑料。
步骤3、在注射成型机上注射成型得到陶瓷插芯毛坯，注射成型是指将粒料用注射成型机加热软化后注入模具，在模具中冷却重新固化而制得所需形状的工艺过程。将步骤2获得的注射料经注射成型制备氧化锆陶瓷插芯毛坯，注射压力85Mpa，注塑成型温度为155℃，成型压力为0.6Mpa，成型注塑速度为40mm/s，成型时间为30s。
步骤4、溶剂脱脂和热脱脂处理
将上述步骤3制备的陶瓷插芯毛坯先浸泡在煤油中(固相体积分数55％)，恒温于40℃，浸泡时间为12个小时，然后将浸泡煤油干燥后的坯体放入脱脂炉，依次进行升温阶段，进行热脱脂反应，得到脱脂陶瓷插芯毛坯。
上述热脱脂反应经历以下四段升温阶段：
第一阶段由室温升温至240℃，升温速率为3.5℃/每分钟；
第二阶段由240℃升温至360℃，保温1小时，升温速率为1.5℃/每分钟；
第三阶段由360℃升温至450℃，升温速率0.5℃/每分钟；
第四阶段由450℃升温至550℃，升温速率为0.25℃/每分钟，保温2小时。
步骤5、烧结处理
脱脂毛坯移入烧结炉，在氮气的保护下进行无压烧结，过程中试样周围填充大量埋粉，埋粉组成为Si3N4粉末和SiO2。坯体经历五个升温阶段和两个降温阶段，其中，升温阶段的五个阶段如下：
第一阶段以5℃/分钟升温至500℃；
第二阶段以1.5℃/分钟升温至820℃，保温1小时；
第三阶段以0.6℃/分钟升温至1000℃；
第四阶段以0.4℃/分钟升温至1300℃；
第五阶段以0.15℃/分钟升温至1450℃，保温2小时
降温阶段的两个过程如下：
第一阶段以2℃/分钟由1450℃降温至1000℃；保温2小时；
第二阶段以1℃/分钟由1000℃降温至100℃。
实施例2
步骤1、制备部分稳定氧化锆粉末，
将1重量份的氧化硅、2重量份的氧化钪、1重量份的氧化钼、1重量份的氧化钬、1重量份的氧化锌以及94重量份的氧化锆，混合均匀之后，在700℃下进行预烧结2小时，然后加入4重量份的油酸进行球磨混合过筛得到部分稳定氧化锆粉末。
步骤2、陶瓷粉体和有机粘结剂的混炼
将将上述制备的部分稳定氧化锆粉末和粘结剂、表面活性、增塑剂等有机载体按一定比例进行混合，本步骤采用的原料以重量份数计包括：
先将密炼机升温至105℃，然后将相应重量份的步骤1制备的部分稳定氧化锆粉末基材以及HDPE加入上述密炼机，混合搅拌20分钟，使HDPE均匀包括在粉体颗粒上，然后加入相应重量份的聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡，继续搅拌20分钟，然后再加入相应重量的乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT和聚甲醛，继续搅拌15分钟，升温至140-150℃，然后加入邻苯二甲酸二辛酯，混合搅拌30分钟，升温至165℃，关闭密炼室，密炼95分钟后取料冷却，得到胶状物质。将胶状物质进行压片，压片的厚度为1-2mm，将压片粉碎为粒径小于3mm的注塑料。
步骤3、在注射成型机上注射成型得到陶瓷插芯毛坯，注射成型是指将粒料用注射成型机加热软化后注入模具，在模具中冷却重新固化而制得所需形状的工艺过程。将步骤2获得的注射料经注射成型制备氧化锆陶瓷插芯毛坯，注射压力80Mpa，注塑成型温度为160℃，成型压力为0.6Mpa，成型注塑速度为40mm/s，成型时间为30s。
步骤4、溶剂脱脂和热脱脂处理
将上述步骤3制备的陶瓷插芯毛坯先浸泡在煤油中(固相体积分数55％)，恒温于45℃，浸泡时间为16个小时，然后将浸泡煤油干燥后的坯体放入脱脂炉，依次进行升温阶段，进行热脱脂反应，得到脱脂陶瓷插芯毛坯。
上述热脱脂反应经历以下四段升温阶段：
第一阶段由室温升温至240℃，升温速率为3℃/每分钟；
第二阶段由240℃升温至360℃，保温1小时，升温速率为1.2℃/每分钟；
第三阶段由360℃升温至450℃，升温速率0.4℃/每分钟；
第四阶段由450℃升温至550℃，升温速率为0.2℃/每分钟，保温2小时。
步骤5、烧结处理
脱脂毛坯移入烧结炉，在氮气的保护下进行无压烧结，过程中试样周围填充大量埋粉，埋粉组成为Si3N4粉末和SiO2。坯体经历五个升温阶段和两个降温阶段，其中，升温阶段的五个阶段如下：
第一阶段以4℃/分钟升温至500℃；
第二阶段以1.2℃/分钟升温至820℃，保温1小时；
第三阶段以0.65℃/分钟升温至1000℃；
第四阶段以0.45℃/分钟升温至1300℃；
第五阶段以0.2℃/分钟升温至1450℃，保温2小时
降温阶段的两个过程如下：
第一阶段以2.5℃/分钟由1450℃降温至1000℃；保温2小时；
第二阶段以1℃/分钟由1000℃降温至100℃。
实施例3
步骤1、制备部分稳定氧化锆粉末，
将1重量份的氧化硅、2重量份的氧化钪、1重量份的氧化钼、1重量份的氧化钬、1重量份的氧化锌以及94重量份的氧化锆，混合均匀之后，在700℃下进行预烧结2小时，然后加入4重量份的油酸进行球磨混合过筛得到部分稳定氧化锆粉末。
步骤2、陶瓷粉体和有机粘结剂的混炼
将将上述制备的部分稳定氧化锆粉末和粘结剂、表面活性、增塑剂等有机载体按一定比例进行混合，本步骤采用的原料以重量份数计包括：
先将密炼机升温至120℃，然后将相应重量份的步骤1制备的部分稳定氧化锆粉末基材以及HDPE加入上述密炼机，混合搅拌10分钟，使HDPE均匀包括在粉体颗粒上，然后加入相应重量份的聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡，继续搅拌15分钟，然后再加入相应重量的乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT和聚甲醛，继续搅拌20分钟，升温至145℃，然后加入邻苯二甲酸二辛酯，混合搅拌25分钟，升温至175℃，关闭密炼室，密炼60-100分钟后取料冷却，得到胶状物质。将胶状物质进行压片，压片的厚度为1-2mm，将压片粉碎为粒径小于3mm的注塑料。
步骤3、在注射成型机上注射成型得到陶瓷插芯毛坯，注射成型是指将粒料用注射成型机加热软化后注入模具，在模具中冷却重新固化而制得所需形状的工艺过程。将步骤2获得的注射料经注射成型制备氧化锆陶瓷插芯毛坯，注射压力80Mpa，注塑成型温度为165℃，成型压力为0.6Mpa，成型注塑速度为40mm/s，成型时间为30s。
步骤4、溶剂脱脂和热脱脂处理
将上述步骤3制备的陶瓷插芯毛坯先浸泡在煤油中(固相体积分数55％)，恒温于35℃，浸泡时间为10个小时，然后将浸泡煤油干燥后的坯体放入脱脂炉，依次进行升温阶段，进行热脱脂反应，得到脱脂陶瓷插芯毛坯。
上述热脱脂反应经历以下四段升温阶段：
第一阶段由室温升温至240℃，升温速率为3℃/每分钟；
第二阶段由240℃升温至360℃，保温1小时，升温速率为1℃/每分钟；
第三阶段由360℃升温至450℃，升温速率0.45℃/每分钟；
第四阶段由450℃升温至550℃，升温速率为0.2℃/每分钟，保温2小时。
步骤5、烧结处理
脱脂毛坯移入烧结炉，在氮气的保护下进行无压烧结，过程中试样周围填充大量埋粉，埋粉组成为Si3N4粉末和SiO2。坯体经历五个升温阶段和两个降温阶段，其中，升温阶段的五个阶段如下：
第一阶段以5℃/分钟升温至500℃；
第二阶段以1.3℃/分钟升温至820℃，保温1小时；
第三阶段以0.7℃/分钟升温至1000℃；
第四阶段以0.35℃/分钟升温至1300℃；
第五阶段以0.15℃/分钟升温至1450℃，保温2小时
降温阶段的两个过程如下：
第一阶段以2℃/分钟由1450℃降温至1000℃；保温2小时；
第二阶段以1℃/分钟由1000℃降温至100℃。
对本发明实施例制备的陶瓷插芯进行裂缝性能测试，具体为：
裂缝性能测试：将1000个陶瓷插芯，用手电筒在黑暗下照射，观察是否有裂缝，无裂缝的即为合格。
上述实施例1、2、3的氧化锆陶瓷插芯尺寸精度高，经有机物脱排和烧结之后，成品可达到下表所列的指标，如下表1：
表1本发明实施例制备的陶瓷插芯性能数据
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种高精度陶瓷插芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a)将氧化硅、氧化钪、氧化钼、氧化钬、氧化锌和氧化锆混合，预烧后加入油酸，球磨混合，过筛后得到部分稳定氧化锆粉末；
步骤b)将所述部分稳定氧化锆粉末和HDPE加入密炼机中，混合搅拌后加入聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡，搅拌后加入乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT和聚甲醛，搅拌，升温至140-150℃，然后加入邻苯二甲酸二辛酯，搅拌后升温至160-180℃，密炼后冷却，得到胶状物质；
步骤c)将所述胶状物质压片，粉碎，注射成型后得到毛坯料；
步骤d)将所述毛坯料浸泡在煤油中，然后依次进行热脱脂处理和烧结处理，得到高精度陶瓷插芯。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a中，所述氧化硅、氧化钪、氧化钼、氧化钬、氧化锌、氧化锆、油酸的重量比为1∶2∶1∶1∶1∶94∶3-4。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，预烧温度为650-720℃，预烧时间为1-2小时。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中，所述部分稳定氧化锆粉末、HDPE、聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT、聚甲醛和邻苯二甲酸二辛酯的重量比为65-80∶3-5∶1-2∶1-2∶3-5∶2-4∶1-2∶4-8∶3-6。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b具体为：
将密炼机升温至100-120℃，然后将所述部分稳定氧化锆粉末和HDPE加入所述密炼机中，混合搅拌10-20分钟，然后加入聚乙二醇单甲醚、聚乙烯蜡，继续搅拌10-20分钟，加入乙烯-醋酸乙烯共聚物、TPEE、PTT和聚甲醛，继续搅拌10-20分钟，升温至140-150℃，然后加入邻苯二甲酸二辛酯，混合搅拌20-30分钟，升温至160-180℃，关闭密炼室，密炼60-100分钟后取料冷却，得到胶状物质。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，注射压力为60-100Mpa。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c)中，成型温度为140-180℃，成型压力为0.4-0.8Mpa，成型速度为30-50mm/s，成型时间为20-40s。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热脱脂处理具体为：
将煤油浸泡后的毛坯料放入脱脂炉，在以下温度进行脱脂反应：
步骤s1)由室温升温至240℃；
步骤s2)升温至360℃，保温1小时；
步骤s3)升温至450℃；
步骤s4)升温至550℃，保温2小时。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结处理具体为：
将脱脂处理得到的毛坯料放入烧结炉，在以下温度进行烧结：
步骤L1)升温至500℃；
步骤L2)升温至820℃，保温1小时；
步骤L3)升温至1000℃；
步骤L4)升温至1300℃；
步骤L5)升温至1450℃，保温2小时；
步骤L6)降温至1000℃，保温2小时；
步骤L7)降温至100℃。
10.一种用于高精度陶瓷插芯的部分稳定氧化锆粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氧化硅、氧化钪、氧化钼、氧化钬、氧化锌和氧化锆混合，预烧后加入油酸，球磨混合，过筛后得到部分稳定氧化锆粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510351188.9A CN105036737B (zh) | 2015-06-20 | 2015-06-20 | 一种高精度陶瓷插芯的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510351188.9A CN105036737B (zh) | 2015-06-20 | 2015-06-20 | 一种高精度陶瓷插芯的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105036737A true CN105036737A (zh) | 2015-11-11 |
| CN105036737B CN105036737B (zh) | 2018-02-27 |
Family
ID=54443785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510351188.9A Active CN105036737B (zh) | 2015-06-20 | 2015-06-20 | 一种高精度陶瓷插芯的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105036737B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109133916A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-04 | 宁波博莱特光电科技股份有限公司 | 一种陶瓷插芯及其制备方法 |
| CN109265166A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-01-25 | 江苏省陶瓷研究所有限公司 | 一种制备注射成型用氧化锆陶瓷喂料的方法 |
| CN109956756A (zh) * | 2017-12-25 | 2019-07-02 | 东莞华晶粉末冶金有限公司 | 一种pom基陶瓷注射成型材料及其制备方法 |
| CN110509490B (zh) * | 2019-09-05 | 2021-03-02 | 江苏中科光电有限公司 | 一种二次成型高精度陶瓷插芯的生产工艺 |
| CN113213896A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-08-06 | 广东康荣高科新材料股份有限公司 | 一种氧化铝陶瓷注射成型用喂料及喂料注射成型方法 |
| CN115894013A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-04-04 | 潮州三环（集团）股份有限公司 | 一种陶瓷插芯成型用喂料及其制备方法和应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101723667A (zh) * | 2009-11-18 | 2010-06-09 | 北京航空航天大学 | 带有网状裂纹结构的多元稀土氧化物掺杂氧化锆热障涂层及其制备方法 |
| CN102482163A (zh) * | 2009-06-30 | 2012-05-30 | 法商圣高拜欧洲实验及研究中心 | 有色烧结氧化锆 |
| CN102863213A (zh) * | 2012-09-14 | 2013-01-09 | 钟祥市中原电子有限责任公司 | 高密度镁稳定氧化锆陶瓷 |
| CN103113102A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-05-22 | 湖南正阳精密陶瓷有限公司 | 一种氧化锆陶瓷插芯及其制备方法 |
-
2015
- 2015-06-20 CN CN201510351188.9A patent/CN105036737B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102482163A (zh) * | 2009-06-30 | 2012-05-30 | 法商圣高拜欧洲实验及研究中心 | 有色烧结氧化锆 |
| CN101723667A (zh) * | 2009-11-18 | 2010-06-09 | 北京航空航天大学 | 带有网状裂纹结构的多元稀土氧化物掺杂氧化锆热障涂层及其制备方法 |
| CN102863213A (zh) * | 2012-09-14 | 2013-01-09 | 钟祥市中原电子有限责任公司 | 高密度镁稳定氧化锆陶瓷 |
| CN103113102A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-05-22 | 湖南正阳精密陶瓷有限公司 | 一种氧化锆陶瓷插芯及其制备方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109956756A (zh) * | 2017-12-25 | 2019-07-02 | 东莞华晶粉末冶金有限公司 | 一种pom基陶瓷注射成型材料及其制备方法 |
| CN109133916A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-04 | 宁波博莱特光电科技股份有限公司 | 一种陶瓷插芯及其制备方法 |
| CN109133916B (zh) * | 2018-10-31 | 2021-03-30 | 宁波博莱特光电科技股份有限公司 | 一种陶瓷插芯及其制备方法 |
| CN109265166A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-01-25 | 江苏省陶瓷研究所有限公司 | 一种制备注射成型用氧化锆陶瓷喂料的方法 |
| CN110509490B (zh) * | 2019-09-05 | 2021-03-02 | 江苏中科光电有限公司 | 一种二次成型高精度陶瓷插芯的生产工艺 |
| CN113213896A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-08-06 | 广东康荣高科新材料股份有限公司 | 一种氧化铝陶瓷注射成型用喂料及喂料注射成型方法 |
| CN115894013A (zh) * | 2022-11-18 | 2023-04-04 | 潮州三环（集团）股份有限公司 | 一种陶瓷插芯成型用喂料及其制备方法和应用 |
| CN115894013B (zh) * | 2022-11-18 | 2023-08-01 | 潮州三环（集团）股份有限公司 | 一种陶瓷插芯成型用喂料及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105036737B (zh) | 2018-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105036737A (zh) | 一种高精度陶瓷插芯的制备方法 | |
| CN104944948A (zh) | 一种氧化锆陶瓷插芯的制备方法 | |
| CN104961462B (zh) | 一种高强度氧化锆陶瓷插芯的制备方法 | |
| CN102010199B (zh) | 一种氧化锆陶瓷套管的生产方法 | |
| CN108794033B (zh) | 一种自增韧纤维独石结构陶瓷及其制备方法 | |
| CN103113102B (zh) | 一种氧化锆陶瓷插芯及其制备方法 | |
| CN102827455B (zh) | 高粘接强度聚醚醚酮基口腔专用材料及其制备方法 | |
| CN100523087C (zh) | 耐热性苯并噁嗪树脂复合物及其制备方法和用途 | |
| CN106007709A (zh) | 一种凝胶注模成型制备高强度陶瓷的方法 | |
| CN109133955A (zh) | 一种氧化锆纤维增韧氧化锆陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN105419249A (zh) | 液晶聚酯树脂复合物及其制备方法 | |
| CN111470871A (zh) | 基于3d打印的低温共烧陶瓷超硬磨料聚合体的制备方法 | |
| CN111233488A (zh) | 表面改性的氧化锆注射成型溶剂脱脂喂料及其制备方法和应用 | |
| CN1490276A (zh) | 精密陶瓷零部件的材料配方及其注射成型制备方法 | |
| CN104944945B (zh) | 一种抗老化氧化锆陶瓷插芯的制备方法 | |
| CN105236963A (zh) | 氧化锆陶瓷插芯毛坯生产工艺 | |
| Zhang et al. | Influence of carbon content on ceramic injection molding of reaction‐bonded silicon carbide | |
| CN105111032B (zh) | 一种高强度低脆性炸药及其制备方法 | |
| CN107365498B (zh) | 超导磁体用高温成型绝缘材料及制备方法 | |
| CN104926299A (zh) | 一种陶瓷插芯的制备方法 | |
| KR102042930B1 (ko) | 석탄회 및 암석을 이용한 세라믹 장섬유 및 그 제조 방법 | |
| CN105732015B (zh) | 一种家用陶瓷开关面板及其制作工艺 | |
| CN1686942A (zh) | 一种制备高热导率和高尺寸精度氮化铝陶瓷零部件的方法 | |
| KR20080070362A (ko) | 세라믹 조성물 및 그로부터 제조되는 세라믹 그린 시트 | |
| KR102351273B1 (ko) | 티타늄 합금 제조를 위한 금속 분말 사출 성형 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Cao Bo Inventor before: Zhang Jiabin |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160429 Address after: 315314 Zhejiang province Cixi Guanhaiwei Industrial Zone East Applicant after: Ningbo Bo photoelectric Polytron Technologies Inc Address before: 315040 B3 building, hi tech Zone, Zhejiang, Ningbo, China 509-512 Applicant before: High and new technology industrial development zone, Ningbo Xia Yuan Science and Technology Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |