CN105330268A - 一种层状陶瓷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及陶瓷制备技术领域，具体为一种层状陶瓷的制备方法。本发明通过优化浆料的组分及配比，使浆料适用于DLP光固化面成型法制作层状陶瓷的坯体，不仅成型效率高，还可使坯体中陶瓷颗粒分散均匀，坯体的形状尺寸精度高；再通过控制脱脂及烧结步骤中的工艺参数，使制造过程中坯体不变形、不开裂，可以制造出微米级厚度的多层陶瓷，致密均匀，表面光洁度好，精度高，性能优异，所制备的陶瓷产品的可靠性高。本发明采用真空/气氛保护脱脂与空气脱脂相结合的二步脱脂法，不仅可显著提高脱脂效率，使脱脂时间由现有方法的48-60h以上缩短至8-20h；还可减少坯体因一步脱脂升温速率过快或坯体中的有机物裂解速率过快而导致的变形、开裂、起泡等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷制备技术领域，尤其涉及一种层状陶瓷的制备方法。
背景技术
层状陶瓷复合材料借助仿生学的思想进行陶瓷材料的结构设计，层状陶瓷主要由高模量和低模量两种陶瓷材料叠层而成。目前层状陶瓷复合材料的成型工艺主要包括：(1)预制层片叠放成型，基体层和夹层材料均为预制片，按次序依次叠放进行压制成形；(2)干粉分层敷放压制成型，基体层和夹层材料均为干粉，依次敷放在模具中进行压制形成；(3)基片涂覆夹层材料浆液后层压成型，基体为预制片，夹层材料为料浆，涂覆后叠放压制。现有的成型工艺一般都要先经过预压成片状，但是这种片状成型工艺较为复杂而且一般要经过热压烧结等，增加了制造成本。同时传统的热压或流延方法主要用于制备毫米级厚度的层状陶瓷材料，无法制备微米级厚度的层状陶瓷材料。因此，急需寻找一种简便且可制备微米级厚度的层状陶瓷材料的方法。
光固化成型技术中的DLP成型(DigitalLightProcession)，可以实现快速、精密制造复杂形状的陶瓷部件，其原理如图1所示。基于DLP的增材制造技术采用了更为先进的数字微镜装置(DigitalMicromirrorDevice，DMD)，从而使该层图像直接投影到整个区域中，直接面成型。因此，这种方法能大大提高成型速率，其xy面的精度只取决于DMD装置的分辨率与成型件的大小。
发明内容
本发明针对现有的层状陶瓷的制备方法局限在毫米级厚度，且制备过程复杂、成本高等问题，提供一种简便且可制备微米级厚度的层状陶瓷的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
所述层状陶瓷具有n层结构，层状陶瓷的制备方法包括以下步骤：
S1制备浆料：按以下质量百分比称取各组分并混合均匀，由此分别制得用于形成层状陶瓷中各层结构的浆料，用于形成第n层结构的浆料称为第n浆料；
第n浆料中各组分的组成如下：陶瓷粉体与树脂的体积之和为V，所述陶瓷粉体的体积为0.2V-0.45V；分散剂的质量为陶瓷粉体的质量的0.1-5％，表面活性剂的质量为陶瓷粉体的质量的0.1-5％；且相邻两层结构对应的浆料的成分不同。
优选的，所述制备浆料步骤中：首先将陶瓷粉体、分散剂和乙醇混合均匀，然后烘干得到分散粉体；接着将分散粉体、树脂和表面活性剂混合均匀，得到初浆料；将初浆料置于负压环境下并搅拌20-120min以除去气泡，制得浆料。
更优选的，以上所述球磨中所用的球磨介质为氧化铝或者氧化锆，球磨介质形状为球状或柱状，球磨介质直径为3mm或5mm或10mm，料球比为2:1或3:1或6:1。
优选的，所述陶瓷粉体为氧化锆、氧化铝和TiCN中的至少一种。更优选的，所述陶瓷粉体的粒径为0.1-8μm；所述陶瓷粉体具有双峰分布结构(即陶瓷粉体粒径分布较宽)或由两种粒径的粉体复配而得。
优选的，所述树脂为可在波长为365-405nm的光下固化的树脂。更优选的，所述树脂为丙烯酸树脂。
优选的，所述分散剂为六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵和PVP(聚乙烯吡咯烷酮)中的至少一种。
优选的，所述表面活性剂为硬脂酸或偶联剂。
S2成型：将第1浆料置于光固化面成型设备中，通过光固化面成型法使第1浆料固化，形成第一层坯体；将第2浆料置于第一层坯体上，通过光固化面成型法使第二浆料固化，形成第二层坯体；重复上述步骤使浆料逐层光固化，形成具有n层结构的坯体。
优选的，所述光固化面成型设备是数字光处理器投影仪。
优选的，通过光固化面成型法制得坯体后，用紫外灯照射坯体10-14h，以加固坯体。
然后，坯体依次经过干燥步骤、脱脂步骤和烧结步骤的加工，制得层状陶瓷。
优选的，所述干燥步骤是：将坯体置于25-60℃下干燥5-12h。
优选的，所述脱脂步骤是：先对坯体进行真空脱脂或气氛保护脱脂处理，再对坯体进行空气脱脂处理。
采用真空排胶或气氛保护排胶可降低坯体中有机物的裂解速率，从而减少坯体出现开裂、起泡等缺陷。通过空气排胶可除去坯体中因真空排胶或气氛保护排胶而残留的碳。
更优选的，所述真空脱脂或气氛保护脱脂的条件是：将坯体置于负压的排胶炉内或惰性气体/N2保护的排胶炉内，以1-5℃/min的速率升温至300-650℃并保温2-4h，且升温过程中每隔50-150℃保温20-60min；接着，坯体在负压的排胶炉内或惰性气体/N2保护的排胶炉内冷却至室温。进一步优选的，所述负压的排胶炉是指排胶炉内的真空度大于或等于0.09MPa。
更优选的，所述空气脱脂的条件是：将坯体置于空气气氛的排胶炉中，以5-8℃/min的速率升温至300-1100℃并保温0.5-3h；然后坯体随炉冷却至室温。
优选的，所述烧结步骤的条件是：将坯体置于烧结炉中，以3-10℃/min的速率升温至1350-1650℃并保温1-4h，然后随炉冷却，制得层状陶瓷。
更优选的，所述烧结炉为硅钼棒发热体的烧结炉或石墨电极烧结炉。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过优化浆料的组分及配比，使浆料适用于DLP光固化面成型法制作层状陶瓷的坯体，不仅成型效率高，还可使坯体中陶瓷颗粒分散均匀，坯体的形状尺寸精度高；再通过控制脱脂及烧结步骤中的工艺参数，使制造过程中坯体不变形、不开裂，可以制造出微米级厚度的层状陶瓷，且致密均匀，表面光洁度好，精度高，性能优异，所制备的陶瓷产品的可靠性高。本发明采用真空/气氛保护脱脂与空气脱脂相结合的二步脱脂法，不仅可显著提高脱脂效率，使脱脂时间由现有方法的48-60h以上缩短至8-20h；还可减少坯体因一步脱脂升温速率过快或坯体中的有机物裂解速率过快而导致的变形、开裂、起泡等缺陷，而真空/气氛保护脱脂后结合空气排胶，则可排出坯体中因真空/气氛保护脱脂而残留的碳。
附图说明
图1为光固化面成型设备的工作原理示意图。
具体实施方式
为了更充分的理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步介绍和说明。
实施例1
本实施例提供一种具有3层结构的层状陶瓷的制备方法，具体步骤如下：
(1)制备浆料
按以下方法分别制备第1浆料、第2浆料、第3浆料：首先将陶瓷粉体、分散剂和乙醇置于行星球磨机(在其它实施方案中也可以是辊式球磨机)中球磨8h，使各组分混合均匀；然后将所得混合物置于60℃下烘干，得到分散粉体。然后将分散粉体、树脂和表面活性于球磨机中球磨16h使各组分混合均匀，得到初浆料。接着将初浆料置于负压环境下并搅拌30min以除去气泡，制得浆料。(球磨中所用的球磨介质为氧化铝，球磨介质的形状为球状，球磨介质直径为3mm，料球比为2:1。)
第1浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，42.9mL陶瓷粉体(206g，50wt％Al2O3与50wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，1.5g分散剂(PVP)，3g表面改性剂(硬脂酸)。
第2浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，42.9mL陶瓷粉体(248.6g，10wt％Al2O3与90wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，1.8g分散剂(PVP)，3.6g表面改性剂(硬脂酸)。
第3浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，42.9mL陶瓷粉体(236.8g，20wt％Al2O3与80wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，1.7g分散剂(PVP)，3.5g表面改性剂(硬脂酸)。
(2)成型
光固化面成型设备为数字光处理器投影仪(设置波长为405nm)，将第1浆料置于光固化面成型设备中，通过光固化面成型法使第1浆料固化，形成厚度为50μm的第一层坯体；然后将第2浆料置于第一层坯体上，通过光固化面成型法使第二浆料固化，形成厚度为50μm的第二层坯体；接着将第3浆料置于第二层坯体上，通过光固化面成型法使第三浆料固化，形成厚度为50μm的第三层坯体。第一层坯体、第二层坯体与第三层坯体构成完整的坯体。
然后将坯体表面未固化的浆料清洗干净，并将清理后的胚体放在紫光灯下照射12h，以增加胚体的强度。
(3)干燥
将坯体置于25℃下干燥12h。
(4)脱脂
先对坯体进行气氛保护脱脂：将坯体置于流动的N2或Ar的气氛炉内，以2℃/min的速率升温至600℃并保温2h，且升温过程中每隔50℃保温20min；然后坯体随排胶炉冷却至室温。
再对坯体进行空气脱脂：将坯体置于空气气氛的排胶炉中，以8℃/min的速率升温至1100℃并保温30min；接着坯体随炉冷却至室温。
(5)烧结
将坯体置于空气气氛下烧结，以8℃/min的速率升温至1450℃并保温3h，制得层状陶瓷。
本实施例所制备的层状陶瓷的性能较佳，密度为5.2g/cm3，维氏硬度为14.1GPa，抗弯强度为1200MPa，断裂韧性为11.75MPa·m1/2。
实施例2
本实施例提供一种具有3层结构的层状陶瓷的制备方法，具体步骤如下：
(1)制备浆料
按以下方法分别制备第1浆料、第2浆料、第3浆料：首先将陶瓷粉体、分散剂和乙醇置于行星球磨机中球磨8h，使各组分混合均匀；然后将所得混合物置于60℃下烘干，得到分散粉体。然后将分散粉体、树脂和表面活性剂置于球磨机中球磨16h使各组分混合均匀，得到初浆料。接着将初浆料置于负压环境下并搅拌60min以除去气泡，制得浆料。(球磨中所用的球磨介质为氧化锆，球磨介质的形状为柱状，球磨介质直径为5mm，料球比为2:1。)
第1浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，66.7mL陶瓷粉体(367.5g，20wt％Al2O3与80wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，3g分散剂(PVP)，7g表面改性剂(硬脂酸)。
第2浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，66.7mL陶瓷粉体(396.2g，5wt％Al2O3与95wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，3.20g分散剂(PVP)，7.5g表面改性剂(硬脂酸)。
第3浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，66.7mL陶瓷粉体(350.2g，30wt％Al2O3与70wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，2.86g分散剂(PVP)，6.6g表面改性剂(硬脂酸)。
(2)成型
光固化面成型设备为数字光处理器投影仪(设置波长为405nm)，将第1浆料置于光固化面成型设备中，通过光固化面成型法使第1浆料固化，形成厚度为50μm的第一层坯体；然后将第2浆料置于第一层坯体上，通过光固化面成型法使第二浆料固化，形成厚度为50μm的第二层坯体；接着将第3浆料置于第二层坯体上，通过光固化面成型法使第三浆料固化，形成厚度为50μm的第三层坯体。第一层坯体、第二层坯体与第三层坯体构成完整的坯体。
然后将坯体表面未固化的浆料清洗干净，并将清理后的胚体放在紫光灯下照射10h，以增加胚体的强度。
(3)干燥
将坯体置于60℃的烘箱中干燥5h。
(4)脱脂
先对坯体进行气氛保护脱脂：将坯体置于流动的N2或Ar的气氛炉内，以1℃/min的速率升温至600℃并保温3h，且升温过程中每隔50℃保温30min；然后坯体随排胶炉冷却至室温。
再对坯体进行空气脱脂：将坯体置于空气气氛的排胶炉中，以5℃/min的速率升温至1100℃并保温1h；接着坯体随炉冷却至室温。
(5)烧结
将坯体置于空气气氛下，以10℃/min的速率升温至1200℃，然后再以5℃/min的速率升温至1550℃并保温3h，制得层状陶瓷。
本实施例所制备的层状陶瓷的性能较佳，密度为5.7g/cm3，维氏硬度为13.5GPa，抗弯强度为1350MPa，断裂韧性为15.7MPa·m1/2。
实施例3
本实施例提供一种具有3层结构的层状陶瓷的制备方法，具体步骤如下：
(1)制备浆料
按以下方法分别制备第1浆料、第2浆料、第3浆料：首先将陶瓷粉体、分散剂和乙醇置于辊式球磨机中球磨8h，使各组分混合均匀；然后将所得混合物置于60℃下烘干，得到分散粉体。然后将分散粉体、树脂和表面活性剂置于球磨机中球磨24h使各组分混合均匀，得到初浆料。接着将初浆料置于负压环境下并搅拌20min以除去气泡，制得浆料。(球磨中所用的球磨介质为氧化锆，球磨介质的形状为柱状，球磨介质直径为10mm，料球比为6:1。)
第1浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，53.8mL陶瓷粉体(206g，50wt％Al2O3与50wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，1.5g分散剂(聚丙烯酸铵)，2.58g表面改性剂(硬脂酸)。
第2浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，53.8mL陶瓷粉体(248.6g，10wt％Al2O3与90wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，1.8g分散剂(聚丙烯酸铵)，3.11g表面改性剂(硬脂酸)。
第3浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，53.8mL陶瓷粉体(236.8g，20wt％Al2O3与80wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，1.7g分散剂(聚丙烯酸铵)，2.96g表面改性剂(硬脂酸)。
(2)成型
光固化面成型设备为数字光处理器投影仪(设置波长为405nm)，将第1浆料置于光固化面成型设备中，通过光固化面成型法使第1浆料固化，形成厚度为60μm的第一层坯体；然后将第2浆料置于第一层坯体上，通过光固化面成型法使第二浆料固化，形成厚度为60μm的第二层坯体；接着将第3浆料置于第二层坯体上，通过光固化面成型法使第三浆料固化，形成厚度为60μm的第三层坯体。第一层坯体、第二层坯体与第三层坯体构成完整的坯体。
然后将坯体表面未固化的浆料清洗干净，并将清理后的胚体放在紫光灯下照射14h，以增加胚体的强度。
(3)干燥
将坯体置于40℃的烘箱中干燥8h。
(4)脱脂
先对坯体进行真空脱脂：将坯体置于真空度≥0.09MPa的排胶炉内，以5℃/min的速率升温至600℃并保温2h，且升温过程中每隔150℃保温20min；保持排胶炉的真空度，坯体随排胶炉冷却至室温。
再对坯体进行空气脱脂：将坯体置于空气气氛的排胶炉中，以5℃/min的速率升温至1000℃并保温3h；接着坯体随炉冷却至室温。
(5)烧结
将坯体置于空气气氛的硅钼棒发热体烧结炉中，以10℃/min的速率升温至1450℃并保温3h，制得层状陶瓷。
本实施例所制备的层状陶瓷的性能较佳，密度为5.1g/cm3，维氏硬度为13.8GPa，抗弯强度为1030MPa，断裂韧性为10.5MPa·m1/2。
实施例4
本实施例提供一种具有3层结构的层状陶瓷的制备方法，具体步骤如下：
(1)制备浆料
按以下方法分别制备第1浆料、第2浆料、第3浆料：首先将陶瓷粉体、分散剂和乙醇置于辊式球磨机中球磨8h，使各组分混合均匀；然后将所得混合物置于60℃下烘干，得到分散粉体。然后将分散粉体、树脂和表面活性剂置于球磨机中球磨24h使各组分混合均匀，得到初浆料。接着将初浆料置于负压环境下并搅拌20min以除去气泡，制得浆料。(球磨中所用的球磨介质为氧化锆，球磨介质的形状为柱状，球磨介质直径为10mm，料球比为6:1。)
第1浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，53.8mL陶瓷粉体(350.2g，30wt％Al2O3与70wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，10.6g分散剂(聚丙烯酸铵)，10.6g表面改性剂(硬脂酸)。
第2浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，53.8mL陶瓷粉体(396.2g，5wt％Al2O3与95wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，10.6g分散剂(聚丙烯酸铵)，10.6g表面改性剂(硬脂酸)。
第3浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，53.8mL陶瓷粉体(350.2g，30wt％Al2O3与70wt％ZrO2，粒径为0.1-8μm)，10.6g分散剂(聚丙烯酸铵)，10.6g表面改性剂(硬脂酸)。
(2)成型
光固化面成型设备为数字光处理器投影仪(设置波长为405nm)，将第1浆料置于光固化面成型设备中，通过光固化面成型法使第1浆料固化，形成厚度为60μm的第一层坯体；然后将第2浆料置于第一层坯体上，通过光固化面成型法使第二浆料固化，形成厚度为60μm的第二层坯体；接着将第3浆料置于第二层坯体上，通过光固化面成型法使第三浆料固化，形成厚度为60μm的第三层坯体。第一层坯体、第二层坯体与第三层坯体构成完整的坯体。
然后将坯体表面未固化的浆料清洗干净，并将清理后的胚体放在紫光灯下照射14h，以增加胚体的强度。
(3)干燥
将坯体置于40℃的烘箱中干燥8h。
(4)脱脂
先对坯体进行真空脱脂：将坯体置于真空度≥0.09MPa的排胶炉内，以5℃/min的速率升温至1100℃并保温2h，且升温过程中每隔150℃保温20min；保持排胶炉的真空度，坯体随排胶炉冷却至室温。
再对坯体进行空气脱脂：将坯体置于空气气氛的排胶炉中，以5℃/min的速率升温至300℃并保温3h；接着坯体随炉冷却至室温。
(5)烧结
将坯体置于空气气氛的硅钼棒发热体烧结炉中，以10℃/min的速率升温至1450℃并保温3h，制得层状陶瓷。
本实施例所制备的层状陶瓷的性能较佳，密度为5.35g/cm3，维氏硬度为13.9GPa，抗弯强度为1270MPa，断裂韧性为13.55MPa·m1/2。
实施例5
(1)制备浆料
按以下方法分别制备第1浆料、第2浆料、第3浆料：首先将陶瓷粉体、分散剂和乙醇置于行星球磨机中球磨8h，使各组分混合均匀；然后将所得混合物置于60℃下烘干，得到分散粉体。然后将分散粉体、树脂和表面活性剂置于球磨机中球磨3h使各组分混合均匀，得到初浆料。接着将初浆料置于负压环境下并搅拌120min以除去气泡，制得浆料。(球磨中所用的球磨介质为氧化锆，球磨介质的形状为柱状，球磨介质直径为5mm，料球比为2:1。)
第1浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，25mL陶瓷粉体(99.5g，Al2O3，粒径为0.1-8μm，双峰分布结构)，1.2g分散剂(六偏磷酸钠)，1g表面改性剂(油酸)。
第2浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，25mL陶瓷粉体(99.5g，Al2O3，粒径为0.1-8μm，双峰分布结构)，0.8g分散剂(六偏磷酸钠)，0.5g表面改性剂(油酸)。
第3浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，25mL陶瓷粉体(99.5g，Al2O3，粒径为0.1-8μm，双峰分布结构)，0.5g分散剂(六偏磷酸钠)，0.8g表面改性剂(油酸)。
(2)成型
光固化面成型设备为数字光处理器投影仪(设置波长为405nm)，将第1浆料置于光固化面成型设备中，通过光固化面成型法使第1浆料固化，形成厚度为60μm的第一层坯体；然后将第2浆料置于第一层坯体上，通过光固化面成型法使第二浆料固化，形成厚度为60μm的第二层坯体；接着将第3浆料置于第二层坯体上，通过光固化面成型法使第三浆料固化，形成厚度为60μm的第三层坯体。第一层坯体、第二层坯体与第三层坯体构成完整的坯体。
然后将坯体表面未固化的浆料清洗干净，并将清理后的胚体放在紫光灯下照射14h，以增加胚体的强度。
(3)干燥
将坯体置于40℃的烘箱中干燥8h。
(4)脱脂
先对坯体进行真空脱脂：将坯体置于真空度≥0.09MPa的排胶炉内，以1℃/min的速率升温至300℃并保温4h，且升温过程中每隔70℃保温60min；保持排胶炉的真空度，坯体随排胶炉冷却至室温。
再对坯体进行空气脱脂：将坯体置于空气气氛的排胶炉中，以7℃/min的速率升温至700℃并保温2.5h；接着坯体随炉冷却至室温。
(5)烧结
将坯体置于空气气氛的硅钼棒发热体烧结炉中，以5℃/min的速率升温至1350℃并保温4h，制得层状陶瓷。
本实施例所制备的层状陶瓷的性能较佳，密度为3.80g/cm3，维氏硬度为14.1GPa，抗弯强度为320MPa，断裂韧性为3.2MPa·m1/2。
实施例6
(1)制备浆料
按以下方法分别制备第1浆料、第2浆料、第3浆料：首先将陶瓷粉体、分散剂和乙醇置于行星球磨机中球磨8h，使各组分混合均匀；然后将所得混合物置于60℃下烘干，得到分散粉体。然后将分散粉体、树脂和表面活性剂置于球磨机中球磨10h使各组分混合均匀，得到初浆料。接着将初浆料置于负压环境下并搅拌80min以除去气泡，制得浆料。(球磨中所用的球磨介质为氧化锆，球磨介质的形状为柱状，球磨介质直径为5mm，料球比为2:1。)
第1浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，81.8mL陶瓷粉体(365g，50wt％Al2O3与50wt％TiCN，粒径为0.1-8μm)，2.19g分散剂(聚丙烯酸钠)，3.65g表面改性剂(硬脂酸)。
第2浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，81.8mL陶瓷粉体(404g，10wt％Al2O3与90wt％TiCN，粒径为0.1-8μm)，2.42g分散剂(聚丙烯酸钠)，4.04g表面改性剂(硬脂酸)。
第3浆料的组成：100mL树脂(丙烯酸树脂)，81.8mL陶瓷粉体(393g，20wt％Al2O3与80wt％TiCN，粒径为0.1-8μm)，2.35g分散剂(聚丙烯酸钠)，3.93g表面改性剂(硬脂酸)。
(2)成型
光固化面成型设备为数字光处理器投影仪(设置波长为405nm)，将第1浆料置于光固化面成型设备中，通过光固化面成型法使第1浆料固化，形成厚度为60μm的第一层坯体；然后将第2浆料置于第一层坯体上，通过光固化面成型法使第二浆料固化，形成厚度为60μm的第二层坯体；接着将第3浆料置于第二层坯体上，通过光固化面成型法使第三浆料固化，形成厚度为60μm的第三层坯体。第一层坯体、第二层坯体与第三层坯体构成完整的坯体。
然后将坯体表面未固化的浆料清洗干净，并将清理后的胚体放在紫光灯下照射14h，以增加胚体的强度。
(3)干燥
将坯体置于40℃的烘箱中干燥8h。
(4)脱脂
先对坯体进行真空脱脂：将坯体置于真空度≥0.09MPa的排胶炉内，以3℃/min的速率升温至700℃并保温3h，且升温过程中每隔100℃保温50min；保持排胶炉的真空度，坯体随排胶炉冷却至室温。
再对坯体进行空气脱脂：将坯体置于空气气氛的排胶炉中，以8℃/min的速率升温至800℃并保温2h；接着坯体随炉冷却至室温。
(5)烧结
将坯体置于真空下石墨电极发热体烧结炉中，以10℃/min的速率升温至1550℃并保温1h，制得层状陶瓷。
本实施例所制备的层状陶瓷的性能较佳，密度为4.7g/cm3，维氏硬度为16.5GPa，抗弯强度为1500MPa，断裂韧性为9.2MPa·m1/2。
在其它实施方案中，所述陶瓷粉体还可以是氧化锆、氧化铝和TiCN中的至少一种；陶瓷粉体的粒径还可以在0.1-8μm的范围内；陶瓷粉体除了具有双峰分布结构(即陶瓷粉体粒径分布较宽)外，还可以由两种粒径的粉体复配而得。
在其它实施方案中，所述树脂还可以是可在波长为365-405nm的光下固化的其它树脂。
在其它实施方案中，分散剂还可以是六偏磷酸钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵和PVP(聚乙烯吡咯烷酮)中的至少一种；表面活性剂还可以是其它偶联剂或硬脂酸。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。
Claims (10)
1.一种层状陶瓷的制备方法，所述层状陶瓷具有n层结构，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1制备浆料：按以下质量百分比称取各组分并混合均匀，由此分别制得用于形成层状陶瓷中各层结构的浆料，用于形成第n层结构的浆料称为第n浆料；
第n浆料中各组分的组成如下：陶瓷粉体与树脂的体积之和为V，所述陶瓷粉体的体积为0.2V-0.45V；分散剂的质量为陶瓷粉体的质量的0.1-5％，表面活性剂的质量为陶瓷粉体的质量的0.1-5％；且相邻两层结构对应的浆料的成分不同；
S2成型：将第1浆料置于光固化面成型设备中，通过光固化面成型法使第1浆料固化，形成第一层坯体；将第2浆料置于第一层坯体上，通过光固化面成型法使第二浆料固化，形成第二层坯体；重复上述步骤使浆料逐层光固化，形成具有n层结构的坯体；
然后，坯体依次经过干燥步骤、脱脂步骤和烧结步骤，制得层状陶瓷。
2.根据权利要求1所述一种层状陶瓷的制备方法，其特征在于，所述成型步骤中，光固化面成型设备是数字光处理器投影仪。
3.根据权利要求2所述一种层状陶瓷的制备方法，其特征在于，所述成型步骤中，通过光固化面成型法制得坯体后，用紫外灯照射坯体10-14h。
4.根据权利要求1所述一种层状陶瓷的制备方法，其特征在于，所述干燥步骤是：将坯体置于25-60℃下干燥5-12h。
5.根据权利要求1所述一种层状陶瓷的制备方法，其特征在于，所述脱脂步骤是：先对坯体进行真空脱脂或气氛保护脱脂处理，再对坯体进行空气脱脂处理。
6.根据权利要求5所述一种层状陶瓷的制备方法，其特征在于，所述真空脱脂或气氛保护脱脂的条件是：将坯体置于负压的排胶炉内或惰性气体/N2保护的排胶炉内，以1-5℃/min的速率升温至300-650℃并保温2-4h，且升温过程中每隔50-150℃保温20-60min；接着，坯体在负压的排胶炉内或惰性气体/N2保护的排胶炉内冷却至室温。
7.根据权利要求5所述一种层状陶瓷的制备方法，其特征在于，所述空气脱脂的条件是：将坯体置于空气气氛的排胶炉中，以5-8℃/min的速率升温至300-1100℃并保温0.5-3h；然后坯体随炉冷却至室温。
8.根据权利要求1所述一种层状陶瓷的制备方法，其特征在于，所述烧结步骤是：将坯体置于烧结炉中，以3-10℃/min的速率升温至1350-1650℃并保温1-4h，然后随炉冷却，制得层状陶瓷。
9.根据权利要求1所述一种层状陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备浆料步骤中：首先将陶瓷粉体、分散剂和乙醇混合均匀，然后烘干得到分散粉体；接着将分散粉体、树脂和表面活性剂混合均匀，得到初浆料；将初浆料置于负压环境下并搅拌20-120min以除去气泡，制得浆料。
10.根据权利要求1所述一种层状陶瓷的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化锆、氧化铝和TiCN中的至少一种。
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