CN107010998B - 陶瓷的表面处理方法、陶瓷制品及陶瓷塑料复合体 - Google Patents

陶瓷的表面处理方法、陶瓷制品及陶瓷塑料复合体 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷的表面处理方法、陶瓷制品及陶瓷塑料复合体，该方法包括：将待处理的陶瓷浸渍在氟化物酸性溶液中，以进行第一次表面蚀刻；将第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在第一无机酸溶液中，以进行第二次表面蚀刻，进而获得表面产生纳米级孔洞的陶瓷。通过上述方式，本发明能够制备得到具有纳米孔洞结构的陶瓷，且塑料注塑成型后，产品的结合力强，结合得相当紧实。

Description

陶瓷的表面处理方法、陶瓷制品及陶瓷塑料复合体
技术领域
本发明涉及一种陶瓷的表面处理方法、陶瓷制品及陶瓷塑料复合体。
背景技术
塑料-陶瓷一体化复合成型技术，是在陶瓷表面形成纳米孔洞后，通过一定压力，使塑料熔体进入陶瓷表面纳米孔洞结构中，从而形成一种微观机械互锁。陶瓷表面纳米孔洞结构制备有一定难度，目前普遍使用的异性材质胶合技术，但是该项技术存在溢胶及结合不良等弊端，且经胶合所形成的产品在结构上有较无自主性等相关问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种陶瓷的表面处理方法、陶瓷制品及陶瓷塑料复合体，能够制备得到具有纳米孔洞结构的陶瓷，且塑料注塑成型后，产品的结合力强，结合得相当紧实。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种陶瓷的表面处理方法，所述方法包括：将待处理的陶瓷浸渍在氟化物酸性溶液中，以进行第一次表面蚀刻；将第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在第一无机酸溶液中，以进行第二次表面蚀刻，进而获得表面产生纳米级孔洞的陶瓷。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种陶瓷制品，所述陶瓷制品是经过如上所述的方法处理后得到的。
为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是：提供一种陶瓷塑料复合体，所述陶瓷塑料复合体包括：如上所述的陶瓷制品和注塑在所述陶瓷制品表面的塑料。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明将待处理的陶瓷浸渍在氟化物酸性溶液中，以进行第一次表面蚀刻；将第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在第一无机酸溶液中，以进行第二次表面蚀刻，进而获得表面产生纳米级孔洞的陶瓷。由于首先将待处理的陶瓷浸渍在氟化物酸性溶液进行第一次表面蚀刻，氟离子具有强的渗透性，又易于从第一次蚀刻形成的松懈的孔穴中渗入，从而加速点蚀的进行，通过这种方式，能够形成表面产生纳米级孔洞的陶瓷，采用这种陶瓷进行塑料注塑成型后，产品的结合力强，结合得相当紧实。
附图说明
图1是本发明陶瓷的表面处理方法一实施方式的流程图；
图2是本发明陶瓷的表面处理方法另一实施方式的流程图；
图3是本发明陶瓷的表面处理方法又一实施方式的流程图；
图4是本发明陶瓷的表面处理方法中最终获得的陶瓷的扫描电镜示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
参阅图1，图1是本发明陶瓷的表面处理方法一实施方式的流程图，该方法包括：
步骤S101：将待处理的陶瓷浸渍在氟化物酸性溶液中，以进行第一次表面蚀刻。
氟化物酸性溶液包括但不限于：氢氟酸溶液、氟化氢铵的酸性溶液、氟化铵的酸性溶液等。氟离子具有强的渗透性，又易于从陶瓷松懈的孔穴中渗入，从而加速点蚀的进行。
步骤S102：将第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在第一无机酸溶液中，以进行第二次表面蚀刻，进而获得表面产生纳米级孔洞的陶瓷。
第一无机酸包括但不限于：盐酸、硫酸、磷酸、硝酸等。
本实施方式中，采用第一无机酸溶液进行第二次表面刻蚀，可使陶瓷表面刻蚀进行得更加深入，能够在陶瓷表面尽量形成深入的、大小较为均匀的纳米孔洞。
本发明实施方式将待处理的陶瓷浸渍在氟化物酸性溶液中，以进行第一次表面蚀刻；将第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在第一无机酸溶液中，以进行第二次表面蚀刻，进而获得表面产生纳米级孔洞的陶瓷。由于首先将待处理的陶瓷浸渍在氟化物酸性溶液进行第一次表面蚀刻，氟离子具有强的渗透性，又易于从陶瓷松懈的孔穴中渗入，从而加速点蚀的进行，通过这种方式，能够形成表面产生纳米级孔洞的陶瓷，采用这种陶瓷进行塑料注塑成型后，产品的结合力强，结合得相当紧实。
其中，氟化物酸性溶液为氟化钠和草酸的混合溶液。
其中，氟化钠溶液的浓度为50-200克每升(g/L)，例如：50g/L、100g/L、130g/L、160g/L、200g/L等等，草酸溶液浓度为20-60克每升，例如：20g/L、30g/L、40g/L、50g/L、60g/L等等。在此氟化物酸性溶液中浸渍的时间为240-720秒(s)，例如：240s、360s、480s、600s、720s等等。一般来说，浓度高时，采用浸渍的时间可以短一些，当浓度低时，采用浸渍的时间可以长一些。
其中，氟化物酸性溶液还可以为氟化氢钠的酸性溶液。
其中，第一无机酸溶液为磷酸、缓蚀剂的混合溶液。缓蚀剂包括但不限于：硫酸铜、铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐等等。
其中，在该第一无机酸溶液中，磷酸的浓度为100-400g/L，例如：100g/L、200g/L、300g/L、400g/L等等，缓蚀剂浓度为2-5g/L，例如：2g/L、3g/L、4g/L、5g/L等等。在此第一无机酸溶液中浸渍的时间为180-540s，例如：180s、240s、300s、420s、540s等等。一般来说，浓度高时，采用浸渍的时间可以短一些，当浓度低时，采用浸渍的时间可以长一些。
其中，为了获得更加均匀的纳米孔洞，在进行刻蚀之前，可以进行预处理，去除陶瓷表面的油污，具体来说，步骤S101之前，还包括：对待处理的陶瓷进行预处理，以去除陶瓷表面的油污。
预处理可以采用乙醇进行表面处理，然后去离子水清洗并干燥。
参见图2，在本实施方式中，对待处理的陶瓷进行预处理，以去除陶瓷表面的油污的步骤，包括：步骤S201、步骤S202、步骤S203以及步骤S204。
步骤S201：将待处理的陶瓷浸渍在除油剂中，以进行第一次除油污处理；
除油剂主要是由多种表面活性剂及助洗剂等配制而成，使用简便，可轻易去除各种物质表面的润滑油脂、碳剂、霉斑等，使用安全、简便、经济、效果显著，特点是：强力渗透乳化，去污速度快；含独特的锈抑制剂，兼具短期防锈；不燃不爆；呈弱碱性，不腐蚀机器和设备，例如：慧凌6007。
步骤S202：采用去离子水，对第一次除油污处理后的陶瓷进行超声波处理。
陶瓷表面本身有一些不规则的肉眼不可见的小孔洞，在去除陶瓷表面的油污时，陶瓷表面的小孔洞也会吸附一些除油剂，这不利于后续进一步的除油处理。因此，采用去离子水，对第一次除油污处理后的陶瓷进行超声波处理，以去除陶瓷表面吸附的除油剂。
步骤S203：将超声波处理后的陶瓷浸渍在碱性溶液中，以进行第二次除油污处理。
碱性溶液包括但不限于：氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液等等。采用碱性溶液再次处理，可以再次确定并进一步去除陶瓷表面油污。
步骤S204：将第二次除油污处理后的陶瓷浸渍在第二无机酸溶液中，以中和陶瓷表面的碱性物质。
第二无机酸溶液包括但不限于：盐酸、硫酸等等。将第二次除油污处理后的陶瓷浸渍在第二无机酸溶液中，以中和陶瓷表面的碱性物质，这样可以避免陶瓷表面残留的碱性物质影响后续的表面蚀刻处理。
其中，除油剂的浓度为30-100g/L，例如：30g/L、50g/L、70g/L、90g/L、100g/L等等。陶瓷在除油剂中浸渍的时间为180-600s，例如：180s、250s、350s、450s、600s等等。碱性溶液为氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的浓度为100-200g/L，例如：100g/L、140g/L、180g/L、200g/L等等。陶瓷在氢氧化钠溶液中浸渍的时间为60-360s，例如：60s、180s、240s、300s、360s等等。第二无机酸溶液为盐酸溶液，盐酸溶液的浓度为40-150g/L，例如：40g/L、80g/L、120g/L、150g/L等等。陶瓷在盐酸溶液中浸渍的时间为30-210s，例如：30s、60s、120s、180s、210s等等。
进一步，如图3所示，步骤S102之后，还可以包括：步骤S301和步骤S302。
步骤S301：将第二次表面蚀刻处理后的陶瓷浸渍在第三无机酸溶液中，以进行第一次清除孔洞内及表面的杂垢；
第三无机酸包括但不限于：盐酸、硝酸、硫酸等等。此步骤是为了清除纳米孔洞内以及陶瓷表面的杂垢。
步骤S302：将经第一次清除孔洞内及表面的杂垢的陶瓷浸渍在去离子水中，以最终清除孔洞内及表面的杂垢。
此步骤是为了再次确认并最终清除孔洞内及表面的杂垢。
其中，第三无机酸溶液为硝酸溶液，硝酸溶液的浓度为50-300g/L，例如：50g/L、100g/L、150g/L、200g/L、250g/L、300g/L等等。在硝酸溶液中浸渍的时间为30-180s，例如：30s、60s、100s、150s、180s等等。
本发明还提供一种陶瓷制品，该陶瓷制品是经过上述任一项方法处理后得到的。其中，上述方法得到的陶瓷可以再经50-90℃高温烘烤后自然冷却装袋防污。
本发明还提供一种陶瓷塑料复合体，该陶瓷塑料复合体包括：如上所述的陶瓷制品和注塑在陶瓷制品表面的塑料。
经上述蚀刻工艺表面处理并塑料注塑成型后，产品的结合力强，结合得相当紧实，解决并取代粘胶式结合力不够及溢胶或精度不准等问题，并能自由设计所衍生于陶瓷表面的结构，能够节省工件加工的时间及人力设备成本，借由模具的射出成型使产品更有多元化设计空间的延伸。
下面以具体的实施例来说明本申请上述的方法所获得的表面具有纳米孔洞的陶瓷以及陶瓷塑料复合体。
实施例1：
预处理：将陶瓷在30g/L的慧凌6007中浸渍600s，取出后，采用去离子水超声波处理去除陶瓷表面的除油剂，然后浸渍在140g/L的氢氧化钠溶液中，进行第二次除油污处理300s后取出，再浸渍在120g/L的盐酸溶液中中和处理60s，完成预处理；
第一次表面蚀刻：将经上述预处理的陶瓷在氟化钠和草酸的混合溶液当中浸渍720s，其中氟化钠溶液的浓度为50g/L、草酸溶液的浓度为20g/L；
第二次表面蚀刻：将上述第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在硝酸和硫酸铜的混合溶液当中，浸渍420s，其中硝酸的浓度为200g/L、硫酸铜的浓度为3g/L；
第一次清除孔洞内及表面的杂垢：将上述第二次表面蚀刻后的陶瓷在200g/L的硝酸溶液中浸渍100s；
最终清除孔洞内及表面的杂垢：将上述第一次清除孔洞内及表面的杂垢后的陶瓷浸渍在去离子水中；
经过最终清除孔洞内及表面的杂垢后，对陶瓷进行烘烤，烘烤温度为50-90℃，冷却后，采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)观察，结果如图4所示，从图中可以看出陶瓷表面形成的纳米孔洞结构。
注塑成型：将上述最终清除孔洞内及表面的杂垢后的陶瓷在50-90℃烘烤，冷却，然后通过注塑成型的方式将其与塑料结合在一起，形成陶瓷塑料复合体；
拉力测试：采用推拉力机HM-6650C对注塑成型的陶瓷塑料复合体进行拉力测试，结果见表1。
实施例2：
预处理：将陶瓷在50g/L的慧凌6007中浸渍450s，取出后，采用去离子水超声波处理去除陶瓷表面的除油剂，然后浸渍在180g/L的氢氧化钠溶液中，进行第二次除油污处理180s后取出，再在40g/L的盐酸溶液中中和处理210s，完成预处理；
第一次表面蚀刻：将经上述预处理的陶瓷在氟化钠和草酸的混合溶液当中浸渍480s，其中氟化钠溶液的浓度为130g/L、草酸溶液的浓度为40g/L；
第二次表面蚀刻：将上述第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在硝酸和硫酸铜的混合溶液当中，浸渍540s，其中硝酸的浓度为100g/L、硫酸铜的浓度为2g/L；
第一次清除孔洞内及表面的杂垢：将上述第二次表面蚀刻后的陶瓷在300g/L的硝酸溶液中浸渍30s；
最终清除孔洞内及表面的杂垢：将上述第一次清除孔洞内及表面的杂垢后的陶瓷浸渍在去离子水中；
注塑成型：将上述最终清除孔洞内及表面的杂垢后的陶瓷在50-90℃烘烤，冷却，然后通过注塑成型的方式将其与塑料结合在一起；
拉力测试：采用推拉力机HM-6650C对注塑成型的陶瓷塑料复合体进行拉力测试，结果见表1。
实施例3：
预处理：将陶瓷在70g/L的慧凌6007中浸渍350s，取出后，采用去离子水超声波处理去除陶瓷表面的除油剂，然后浸渍在100g/L的氢氧化钠溶液中，进行第二次除油污处理360s后取出，再在150g/L的盐酸溶液中中和处理30s，完成预处理；
第一次表面蚀刻：将经上述预处理的陶瓷在氟化钠和草酸的混合溶液当中浸渍360s，其中氟化钠溶液的浓度为160g/L、草酸溶液的浓度为50g/L；
第二次表面蚀刻：将上述第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在硝酸和硫酸铜的混合溶液当中，浸渍240s，其中硝酸的浓度为300g/L、硫酸铜的浓度为4g/L；
第一次清除孔洞内及表面的杂垢：将上述第二次表面蚀刻后的陶瓷在100g/L的硝酸溶液中浸渍150s；
最终清除孔洞内及表面的杂垢：将上述第一次清除孔洞内及表面的杂垢后的陶瓷浸渍在去离子水中；
注塑成型：将上述最终清除孔洞内及表面的杂垢后的陶瓷在50-90℃烘烤，冷却，然后通过注塑成型的方式将其与塑料结合在一起；
拉力测试：采用推拉力机HM-6650C对注塑成型的陶瓷塑料复合体进行拉力测试，结果见表1。
实施例4：
预处理：将陶瓷在90g/L的慧凌6007中浸渍250s，取出后，采用去离子水超声波处理去除陶瓷表面的除油剂，然后浸渍在140g/L的氢氧化钠溶液中，进行第二次除油污处理240s后取出，再在80g/L的盐酸溶液中中和处理180s，完成预处理；
第一次表面蚀刻：将经上述预处理的陶瓷在氟化钠和草酸的混合溶液当中浸渍600s，其中氟化钠溶液的浓度为100g/L、草酸溶液的浓度为30g/L；
第二次表面蚀刻：将上述第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在硝酸和硫酸铜的混合溶液当中，浸渍180s，其中硝酸的浓度为400g/L、硫酸铜的浓度为5g/L；
第一次清除孔洞内及表面的杂垢：将上述第二次表面蚀刻后的陶瓷在250g/L的硝酸溶液中浸渍60s；
最终清除孔洞内及表面的杂垢：将上述第一次清除孔洞内及表面的杂垢后的陶瓷浸渍在去离子水中；
注塑成型：将上述最终清除孔洞内及表面的杂垢后的陶瓷在50-90℃烘烤，冷却，然后通过注塑成型的方式将其与塑料结合在一起；
拉力测试：采用推拉力机HM-6650C对注塑成型的陶瓷塑料复合体进行拉力测试，结果见表1。
实施例5：
预处理：将陶瓷在100g/L的慧凌6007中浸渍180s，取出后，采用去离子水超声波处理去除陶瓷表面的除油剂，然后浸渍在200g/L的氢氧化钠溶液中，进行第二次除油污处理60s后取出，再在120g/L的盐酸溶液中中和处理120s，完成预处理；
第一次表面蚀刻：将经上述预处理的陶瓷在氟化钠和草酸的混合溶液当中浸渍240s，其中氟化钠溶液的浓度为200g/L、草酸溶液的浓度为60g/L；
第二次表面蚀刻：将上述第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在硝酸和硫酸铜的混合溶液当中，浸渍300s，其中硝酸的浓度为200g/L、硫酸铜的浓度为3g/L；
第一次清除孔洞内及表面的杂垢：将上述第二次表面蚀刻后的陶瓷在50g/L的硝酸溶液中浸渍180s；
最终清除孔洞内及表面的杂垢：将上述第一次清除孔洞内及表面的杂垢后的陶瓷浸渍在去离子水中；
注塑成型：将上述最终清除孔洞内及表面的杂垢后的陶瓷在50-90℃烘烤，冷却，然后通过注塑成型的方式将其与塑料结合在一起；
拉力测试：采用推拉力机HM-6650C对注塑成型的陶瓷塑料复合体进行拉力测试，结果见表1。
对比例：
陶瓷塑料复合体：塑料通过胶合技术与没有经过本方法处理的陶瓷胶合在一起；
拉力测试：采用推拉力机HM-6650C对注塑成型的陶瓷塑料复合体进行拉力测试，结果如表1。
表1
项目 拉力测试结果/KGF
实施例1 105.20
实施例2 109.90
实施例3 108.00
实施例4 106.35
实施例5 110.35
对比例 26.19
从上述测试结果可知，采用本发明方法的实施例1-5的拉力大小要远远大于对比例的拉力大小，因此，经过本方法处理后的陶瓷和塑料注塑成型后，产品的结合力强，结合得相当紧实。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种陶瓷的表面处理方法，其特征在于，所述方法包括：
将待处理的陶瓷浸渍在氟化物酸性溶液中，以进行第一次表面蚀刻，其中，所述氟化物酸性溶液为氟化钠和草酸的混合溶液或氟化氢钠的酸性溶液；
将第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在第一无机酸溶液中，以进行第二次表面蚀刻，进而获得表面产生纳米级孔洞的陶瓷，其中，所述第一无机酸溶液为磷酸、缓蚀剂的混合溶液；
其中，在所述氟化物酸性溶液中，所述氟化钠的浓度为50-200克每升，所述草酸的浓度为20-60克每升，在所述氟化物酸性溶液中浸渍的时间为240-720秒；
所述第一无机酸溶液中，所述磷酸的溶度为100-400克每升，所述缓蚀剂的浓度为2-5克每升，在所述第一无机酸溶液中浸渍的时间为180-540秒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将待处理的陶瓷浸渍在氟化物酸性溶液中，以进行第一次表面蚀刻的步骤之前，还包括：
对待处理的陶瓷进行预处理，以去除所述陶瓷表面的油污。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对待处理的陶瓷进行预处理，以去除所述陶瓷表面的油污的步骤，包括：
将待处理的陶瓷浸渍在除油剂中，以进行第一次除油污处理；
采用去离子水，对第一次除油污处理后的陶瓷进行超声波处理；
将超声波处理后的陶瓷浸渍在碱性溶液中，以进行第二次除油污处理；
将第二次除油污处理后的陶瓷浸渍在第二无机酸溶液中，以中和陶瓷表面的碱性物质。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述除油剂的浓度为30-100克每升，在所述除油剂中浸渍的时间为180-600秒，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液的浓度为100-200克每升，在所述氢氧化钠溶液中浸渍的时间为60-360秒，所述第二无机酸溶液为盐酸溶液，所述盐酸溶液的浓度为40-150克每升，在所述盐酸溶液中浸渍的时间为30-210秒。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将第一次表面蚀刻后的陶瓷浸渍在第一无机酸溶液中，以进行第二次表面蚀刻，进而获得表面产生纳米级孔洞的陶瓷的步骤之后，还包括：
将第二次表面蚀刻处理后的陶瓷浸渍在第三无机酸溶液中，以进行第一次清除所述孔洞内及表面的杂垢；
将第一次清除所述孔洞内及表面的杂垢后的陶瓷浸渍在去离子水中，以最终清除所述孔洞内及表面的杂垢。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三无机酸溶液为硝酸溶液，所述硝酸溶液的浓度为50-300克每升，在所述硝酸溶液中浸渍的时间为30-180秒。
7.一种陶瓷制品，其特征在于，所述陶瓷制品是经过权利要求1-6任一项所述的方法处理后得到的。
8.一种陶瓷塑料复合体，其特征在于，所述陶瓷塑料复合体包括：权利要求7的陶瓷制品和注塑在所述陶瓷制品表面的塑料。
CN201710109397.1A 2017-01-10 2017-02-27 陶瓷的表面处理方法、陶瓷制品及陶瓷塑料复合体 Active CN107010998B (zh)

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