CN108727030A - 陶瓷件及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷件及其制作方法。该制作方法包括：将陶瓷粉料与有机单体加入水中混合，形成陶瓷料浆；向所述陶瓷料浆中加入引发剂；将所述陶瓷料浆注入模具中，固化处理，得到生坯；以及将所述生坯转化为所述陶瓷件，其中，所述陶瓷粉料包括相互混合的碳化硅粉与碳粉。由于陶瓷粉料并非单一的材质，其为碳化硅粉与碳粉的混合物，使得成型的生坯以及陶瓷件的力学强度更高，生坯可以直接进行机加工，可以进一步节省工艺流程，陶瓷件能够用于粉末冶金、作为高温结构件、作为结构陶瓷，制作陶瓷电容器等对性能要求较高的邻域中。

Description

陶瓷件及其制作方法
技术领域
本发明涉及材料制作领域，更具体地涉及一种陶瓷件及其制作方法。
背景技术
现有陶瓷件的成型方式中，无论热压、模压、注射成型等成型过程，都对模具的材质、形状等方面具有很高要求，并且大多需要使用脱模剂，工艺流程复杂且成本较高。
随着陶瓷件被广泛应用，不同领域对其应用的陶瓷件的性能具有不同的要求，其中，例如作为结构件的陶瓷件，其力学强度可以是衡量其性能优劣的重要参数。
因此，期望开发一种生产成本更低、所得陶瓷件的性能更强的陶瓷件的制作方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种陶瓷件的制作方法，成型工艺更简单、所得陶瓷件的力学强度更高。
根据本发明提供的一种陶瓷件的制作方法，包括：将陶瓷粉料与有机单体加入水中混合，形成陶瓷料浆；向所述陶瓷料浆中加入引发剂；将所述陶瓷料浆注入模具中，固化处理，得到生坯；以及将所述生坯转化为所述陶瓷件，其中，所述陶瓷粉料包括相互混合的碳化硅粉与碳粉。
优选地，所述碳化硅粉与碳粉的质量比为(7～10)∶(1～3)。
优选地，所述碳化硅粉的粒径为3微米至45微米。
优选地，所述碳化硅粉包括相互混合的至少两种粒径的碳化硅粉。
优选地，所述碳化硅粉包括相互混合的粒径为43.3微米的碳化硅粉与粒径为3.8微米的碳化硅粉。
优选地，所述粒径为43.3微米的碳化硅粉与所述粒径为3.8微米的碳化硅粉的质量比为(5～7)∶(3～5)。
优选地，所述有机单体包括相互混合的亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺。
优选地，所述亚甲基双丙烯酰胺与所述丙烯酰胺的质量比为(1～3)∶(8～10)。
优选地，所述有机单体与水的体积比为(1～3)∶(3～6)。
优选地，所述引发剂为过硫酸铵。
优选地，所述引发剂与所述陶瓷料浆的质量比为(1～10)∶(900～1200)。
优选地，所述陶瓷料浆中，总固相的含量为50～80vol％。
优选地，所述固化处理包括：采用60～80摄氏度水浴加热1～3小时。
优选地，所述将所述生坯转化为所述陶瓷件包括：将所述生坯脱离模具；干燥、排胶以及烧结，得到所述陶瓷件。
优选地，在所述将所述陶瓷料浆注入模具中之前，所述陶瓷件的制作方法还包括：将所述陶瓷料浆抽真空处理。
另外，根据本发明提供的一种陶瓷件，其中，所述陶瓷件根据上述任一项所述的陶瓷件的制作方法制备而成。
根据本发明的陶瓷件及其制作方法，其生坯的形成采用凝胶注模的成型方式，不但降低了对模具的要求，同时也不需要脱模剂，简化了制作的工艺流程，降低生产成本。
其中浆料固相成分并非单一的材质，其为包括碳化硅粉与碳粉的混合相，使得成型的生坯以及陶瓷件的力学强度更高，生坯可以直接进行机加工，可以进一步节省工艺流程，陶瓷件能够用于粉末冶金、作为高温结构件、作为结构陶瓷，制作陶瓷电容器等对性能要求较高的邻域中。
在优选的实施例中，碳化硅粉也并非单一粒径的碳化硅粉，其包括相互混合的至少两种粒径的碳化硅粉，通过调节相混合的不同粒径的碳化硅粉的具体粒径以及相互混合比例，可以得到力学强度达到或接近峰值的陶瓷件。
在优选的实施例中，所述陶瓷料浆中，总固相的含量为50～80vol％，由于陶瓷料浆中总固相的含量较高，最终成型的陶瓷体的收缩率也较小，从而减小生产误差。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1根据示出本发明第一实施例的陶瓷件的制作方法的框图；
图2示出本发明第一实施例中将所述生坯转化为所述陶瓷件的框图；
图3根据示出本发明第二实施例的陶瓷件的制作方法的框图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明实施例提供一种陶瓷件的制作方法，图1示出第一实施例的陶瓷件的制作方法的框图，本实施例的陶瓷件的制作方法包括步骤S110至步骤S140。
在步骤S110中，将陶瓷粉料与有机单体加入水中混合，形成陶瓷料浆。
与现有技术不同的是，浆料固相成分并非单一的材质，其包括相互混合的碳化硅粉与碳粉，其中优选碳化硅粉与碳粉的质量比为(7～10)∶(1～3)，在10∶1到7∶3的范围内可以任意取值均能得到有益效果，例如可以取值10∶1，或者9∶1，或者7∶3等等，碳化硅粉与碳粉的质量比在10∶1到7∶3的范围内可以使得成型的生坯以及陶瓷件的力学强度更高，生坯可以直接进行机加工，可以进一步节省工艺流程，陶瓷件能够用于粉末冶金、作为高温结构件、作为结构陶瓷，制作陶瓷电容器等对性能要求较高的邻域中。
碳化硅粉的粒径可以为3微米至45微米，进一步优选地，碳化硅粉也并非单一粒径的碳化硅粉，其包括相互混合的至少两种粒径的碳化硅粉，通过调节相混合的不同粒径的碳化硅粉的具体粒径以及相互混合比例，可以得到力学强度达到或接近峰值的陶瓷件。
有机单体可以是包括相互混合的亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺，其中在混合时，优选亚甲基双丙烯酰胺与所述丙烯酰胺的质量比为(1～3)∶(8～10)。有机单体与水混合时，优选有机单体与水的体积比为(1～3)∶(3～6)。其中，亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺的质量比在(1～3)∶(8～10)的范围内以及有机单体与水的体积比在(1～3)∶(3～6)的范围内均可以任意取值，且在该范围内形成的陶瓷料浆的质量效果最佳。
在步骤S120中，向所述陶瓷料浆中加入引发剂。
引发剂可以是过硫酸铵。向陶瓷料浆中加入引发剂时，优选引发剂与陶瓷料浆的质量比为(1～10)∶(900～1200)，可以在该范围内任意取值，得到的配比效果最好，例如引发剂与陶瓷料浆的质量比可以为1∶1200、3∶1000、1∶90等等。
经过上述步骤S110和步骤S120之后，陶瓷料浆中，优选总固相的含量为50～80vol％，由于陶瓷料浆中总固相的含量较高，最终成型的陶瓷体的收缩率也较小，从而减小生产误差。
在步骤S130中，将所述陶瓷料浆注入模具中，固化处理，得到生坯。
将陶瓷料浆注入模具中时，陶瓷料浆可缓速加入，避免产生过多气泡，完成注入后，可对模具适当振动，以使陶瓷料浆更加密实、能充分填充。
固化处理的步骤可以包括：采用预定温度水浴加热第二预定时长，例如采用60～80摄氏度水浴加热1～3小时，得到所述生坯的质量效果最佳。
在步骤S140中，将所述生坯转化为所述陶瓷件。
图2示出第一实施例中将所述生坯转化为所述陶瓷件的框图。具体地，步骤S140可以包括步骤S141至步骤S144。其中，在步骤S141中，将所述生坯脱离模具；在步骤S142中，对所述生坯进行干燥；在步骤S143中，进行排胶操作；在步骤S144中，将所述生坯烧结，从而得到所述陶瓷件。
根据本发明的陶瓷件的制作方法，其生坯的形成采用凝胶注模的成型方式，不但降低了对模具的要求，同时也不需要脱模剂，简化了制作的工艺流程，降低生产成本。
其中陶瓷粉料并非单一的材质，其包括相互混合的碳化硅粉与碳粉，其中的碳化硅粉优选包括相互混合的至少两种粒径的碳化硅粉，使得成型的生坯以及陶瓷件的力学强度更高，生坯可以直接进行机加工，可以进一步节省工艺流程，陶瓷件能够用于粉末冶金、作为高温结构件、作为结构陶瓷，制作陶瓷电容器等对性能要求较高的邻域中。
图3示出第二实施例的陶瓷件的制作方法的框图，本实施例的陶瓷件的制作方法包括步骤S210至步骤S250。
在步骤S210中，将陶瓷粉料与有机单体加入水中混合，形成陶瓷料浆；在步骤S220中，向所述陶瓷料浆中加入引发剂。本实施例的步骤S210步骤S220大致与第一实施例的步骤S110和步骤S120相同，在此不再详述。
与第一实施例不同的是，本实施例还包括步骤S230，即将所述陶瓷料浆抽真空处理。此步骤之后，再进行步骤S240。
本实施例的步骤S230例如是将陶瓷料浆置于容器中，在预定真空度条件下抽真空第一预定时长，以尽量排除陶瓷料浆中的气体。
在步骤S240中，将所述陶瓷料浆注入模具中，固化处理，得到生坯；在步骤S250中，将所述生坯转化为所述陶瓷件。本实施例的步骤S240和步骤S250可以大致与第一实施例的步骤S130和步骤S140相同，在此不再详述。
另外，根据本发明提供的一种陶瓷件，其中，所述陶瓷件根据上述任一项所述的陶瓷件的制作方法制备而成。
需要说明的是，本发明提供的一种陶瓷件及其制作方法，碳化硅粉可以是单一粒径的碳化硅粉，也可以是包括相互混合的碳化硅粉与碳粉。其中碳化硅粉中，不同粒径碳化硅粉的加入会影响陶瓷胚体的分散均匀性。一方面，在相互接触的间隙上，当碳化硅粉的粉体颗粒较大时，其间隙较大，当粉体颗粒较小时，其间隙较小；另一方面，在碳化硅粉的分散性上，当碳化硅粉的粉体颗粒较大时，分散较均匀，而粉体颗粒较小时，碳化硅粉的粉料存在着颗粒的团聚，在其局部容易形成一定的大颗粒团聚体，该大颗粒团聚体相互堆积，就会使坯体中产生较大的孔隙，从而严重影响胚体的力学性能。
因此，通过调节相混合的不同粒径的碳化硅粉的具体粒径以及相互混合比例，可以得到碳化硅粉最为密实的陶瓷料浆，最终可以得到力学强度达到或接近峰值的陶瓷件。
以下列出了六种不同材料配比的示例，其中第一示例至第六示例均采用上述本发明第二实施例的陶瓷件的制作方法实现。
第一示例至第六示例的部分材料配比保持一致，其中，有机单体均由亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺混合形成，混合时，亚甲基双丙烯酰胺与所述丙烯酰胺的质量比为1∶9。有机单体与水混合时，有机单体与水的体积比为20∶80。引发剂均采用过硫酸铵，加入引发剂时，引发剂与陶瓷料浆的质量比为3∶1000。在经过上述步骤S210和步骤S220之后，陶瓷料浆中的总固相的含量为65vol％。
第一示例至第六示例之间不同之处在于陶瓷粉料的配比。
在第一示例中，陶瓷粉料包括相互混合的碳化硅粉与碳粉，碳化硅粉与碳粉的质量比为9∶1。其中，碳化硅粉为单一的粒径为43.3微米的碳化硅粉。经过对第一示例完成烧结步骤得到的陶瓷件测试，其弯曲强度为300MPa。
在第二示例中，陶瓷粉料包括相互混合的碳化硅粉与碳粉，碳化硅粉与碳粉的质量比为9∶1。其中，碳化硅粉为单一的粒径为16.1微米的碳化硅粉。经过对第二示例完成烧结步骤得到的陶瓷件测试，其弯曲强度为355MPa。
在第三示例中，陶瓷粉料包括相互混合的碳化硅粉与碳粉，碳化硅粉与碳粉的质量比为9∶1。其中，碳化硅粉为单一的粒径为3.8微米的碳化硅粉。经过对第三示例完成烧结步骤得到的陶瓷件测试，其弯曲强度为271MPa。
在第四示例中，陶瓷粉料包括相互混合的碳化硅粉与碳粉，碳化硅粉与碳粉的质量比为9∶1。其中，碳化硅粉由粒径43.3微米的碳化硅粉与粒径3.8微米的碳化硅粉混合形成，并且粒径43.3微米的碳化硅粉与粒径3.8微米的碳化硅粉的质量比为7∶3。经过对第四示例完成烧结步骤得到的陶瓷件测试，其弯曲强度为305MPa。
在第五示例中，陶瓷粉料包括相互混合的碳化硅粉与碳粉，碳化硅粉与碳粉的质量比为9∶1。其中，碳化硅粉由粒径43.3微米的碳化硅粉与粒径3.8微米的碳化硅粉混合形成，并且粒径43.3微米的碳化硅粉与粒径3.8微米的碳化硅粉的质量比为6∶4。经过对第五示例完成烧结步骤得到的陶瓷件测试，其弯曲强度为370MPa。
在第六示例中，陶瓷粉料包括相互混合的碳化硅粉与碳粉，碳化硅粉与碳粉的质量比为9∶1。其中，碳化硅粉由粒径43.3微米的碳化硅粉与粒径3.8微米的碳化硅粉混合形成，并且粒径43.3微米的碳化硅粉与粒径3.8微米的碳化硅粉的质量比为5∶5。经过对第六示例完成烧结步骤得到的陶瓷件测试，其弯曲强度为301MPa。
根据上述对弯曲强度测试的结果，第五示例，也即当碳化硅粉由粒径43.3微米的碳化硅粉与粒径3.8微米的碳化硅粉混合形成，并且粒径43.3微米的碳化硅粉与粒径3.8微米的碳化硅粉的质量比为6∶4时，可以得到力学强度达到或接近峰值的陶瓷件。采用该配比进行上述陶瓷件的制作工艺，能在简化工艺步骤、降低成本的前提下，大幅提高陶瓷件的力学强度。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (16)

1.一种陶瓷件的制作方法，其特征在于，包括：
将陶瓷粉料与有机单体加入水中混合，形成陶瓷料浆；
向所述陶瓷料浆中加入引发剂；
将所述陶瓷料浆注入模具中，固化处理，得到生坯；以及
将所述生坯转化为所述陶瓷件，
其中，所述陶瓷粉料包括相互混合的碳化硅粉与碳粉。
2.根据权利要求1所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述碳化硅粉与碳粉的质量比为(7～10)∶(1～3)。
3.根据权利要求1所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述碳化硅粉的粒径为3微米至45微米。
4.根据权利要求1所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述碳化硅粉包括相互混合的至少两种粒径的碳化硅粉。
5.根据权利要求4所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述碳化硅粉包括相互混合的粒径为43.3微米的碳化硅粉与粒径为3.8微米的碳化硅粉。
6.根据权利要求5所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述粒径为43.3微米的碳化硅粉与所述粒径为3.8微米的碳化硅粉的质量比为(5～7)∶(3～5)。
7.根据权利要求1所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述有机单体包括相互混合的亚甲基双丙烯酰胺与丙烯酰胺。
8.根据权利要求7所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述亚甲基双丙烯酰胺与所述丙烯酰胺的质量比为(1～3)∶(8～10)。
9.根据权利要求1所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述有机单体与水的体积比为(1～3)∶(3～6)。
10.根据权利要求1所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵。
11.根据权利要求1所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述引发剂与所述陶瓷料浆的质量比为(1～10)∶(900～1200)。
12.根据权利要求1所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述陶瓷料浆中，总固相的含量为50～80vol％。
13.根据权利要求1所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述固化处理包括：
采用60～80摄氏度水浴加热1～3小时。
14.根据权利要求1所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，所述将所述生坯转化为所述陶瓷件包括：
将所述生坯脱离模具；
干燥、排胶以及烧结，得到所述陶瓷件。
15.根据权利要求1所述的陶瓷件的制作方法，其特征在于，在所述将所述陶瓷料浆注入模具中之前，所述陶瓷件的制作方法还包括：
将所述陶瓷料浆抽真空处理。
16.一种陶瓷件，其特征在于，所述陶瓷件根据上述权利要求1至15任一项所述的陶瓷件的制作方法制备而成。
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