CN109503129A - 一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法 - Google Patents

一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109503129A
CN109503129A CN201811420623.9A CN201811420623A CN109503129A CN 109503129 A CN109503129 A CN 109503129A CN 201811420623 A CN201811420623 A CN 201811420623A CN 109503129 A CN109503129 A CN 109503129A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ceramic
graded ceramics
counter ion
electric field
high price
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
Application number
CN201811420623.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109503129B (zh
Inventor
吴甲民
陈安南
程立金
陆路
蔡微昊
陈双
史玉升
李晨辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201811420623.9A priority Critical patent/CN109503129B/zh
Publication of CN109503129A publication Critical patent/CN109503129A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109503129B publication Critical patent/CN109503129B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/0045—Irradiation; Radiation, e.g. with UV or IR
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C04B2235/775—Products showing a density-gradient

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明属于梯度陶瓷材料领域，并公开了一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法。该方法包括下列步骤：(a)将陶瓷粉体、分散剂和去离子水通过混合，然后再依次加入固化剂和酯类pH调节剂混合均匀，以此获得陶瓷浆料；(b)将陶瓷浆料注入模具中，然后将该模具置于直流静电场中，对陶瓷浆料加热，保温，其中，PH调节剂水解释放出弱酸与固化剂反应释放出高价的金属阳离子，在静电场的作用下金属阳离子在陶瓷浆料中呈梯度浓度分布，陶瓷浆料固化后形成陶瓷湿坯，干燥，烧结，以此获得所需的梯度陶瓷烧结体。通过该发明，成型出成分梯度可调且成分过渡连续、均匀的梯度陶瓷，操作简单，适合于任何带负电的陶瓷浆料等优点。

Description

一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法
技术领域
本发明属于梯度陶瓷材料领域，更具体地，涉及一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法。
背景技术
梯度材料是指在空间上材料的成分或结构呈现梯度变化的、具有功能特性渐变的非均质材料，一般呈现出宏观组织的不均质与微观组织的连续性。近年来，梯度材料逐渐应用于化学、光学、生物医学、电子信息、航天航空等领域。
梯度陶瓷材料作为梯度材料的一种，近年来也得到国内外研究人员的广泛关注。朱音音等人制备出梯度锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷材料，其能拓宽相变区域，在较宽的温度区间内获得较大的介电常数。Jeon J H等人制备了梯度BST陶瓷，随着梯度层数的增多，晶粒平均尺寸减小，且介电常数和温度的线性关系越好。然而，目前在制备梯度陶瓷材料时通常是将干压得到的不同组分圆片叠层压制成坯，在烧结过程中通过热扩散形成组分的梯度分布，该方法制备的梯度陶瓷材料在叠层界面之间会出现明显分层现象，且成分梯度过渡不均，在层间结合部位的热力学性能不匹配问题会严重恶化梯度陶瓷的力学性能和功能性。
陶瓷高价反离子直接凝固注模成型工艺(Direct Coagulation Casting viahigh valence counter ions，DCC-HVCI)，通过高价反离子的可控释放压缩陶瓷颗粒表面的双电子层使陶瓷悬浮体发生原位固化，成型的素坯具有成分均匀、强度高、裂纹少等优点。该工艺目前多用于制备高性能的均质陶瓷件，而在制备梯度陶瓷方面的研究鲜有报道。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法，其通过外加静电场对陶瓷浆料中高价反离子的电泳作用，使高价反离子发生定向移动从而产生浓度梯度分布，浆料原位固化后进行烧结可制备出具有成分梯度的陶瓷体。本发明通过电场强度控制高价反离子的浓度分布梯度，不仅可以实现梯度陶瓷成分梯度的有效调控，还可以实现梯度陶瓷成分的连续与均匀过渡，能够有效避免层间界面结合导致的成分梯度过渡不均和热力学不匹配的问题，使制备的梯度陶瓷具有优异的力学性能和功能性。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)将陶瓷粉体、分散剂和去离子水通过球磨混合均匀，然后再依次加入固化剂和酯类pH调节剂混合均匀，以此获得陶瓷浆料，其中，所述固化剂为含有金属阳离子的碘酸盐、柠檬酸盐或金属氧化物；
(b)将步骤(a)中的陶瓷浆料注入模具中，然后将该模具置于直流静电场中，对所述陶瓷浆料加热，保温，其中，所述PH调节剂水解释放出弱酸与所述固化剂反应释放出高价的金属阳离子，在所述静电场的作用下所述金属阳离子在所述陶瓷浆料中呈梯度浓度分布，当所述金属阳离子达到临界固化浓度后压缩陶瓷颗粒表面双电子层，以此使得所述陶瓷浆料发生原位固化，所述陶瓷浆料固化形成陶瓷湿坯，将该湿坯干燥后烧结，以此获得所需的梯度陶瓷烧结体。
进一步优选地，在步骤(a)中，所述陶瓷粉体的体积分数优选为45％～65％，所述分散剂的质量优选为陶瓷粉体质量的1.0％～5.0％；
进一步优选地，在步骤(a)中，所述陶瓷粉体优选为氧化铝、氧化铍、氧化锆、二氧化硅、氮化铝、氮化硅、碳化硅、碳化硼、锆钛酸铅和钛酸锶钡中的一种或多种。
进一步优选地，在步骤(a)中，分散剂优选为柠檬酸铵、聚丙烯酸铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或浓氨水中的一种或多种。
进一步优选地，在步骤(a)中，所述碘酸盐优选为碘酸钙、碘酸镁、碘酸锌、碘酸钡和碘酸钇中的一种或多种，其加入浓度优选为3.5g/L～12.0g/L；所述柠檬酸盐优选为柠檬酸钙、柠檬酸镁、柠檬酸锌、柠檬酸钡和柠檬酸钇中的一种或多种，其加入的质量优选为陶瓷粉体质量的1.0％～5.0％；所述金属氧化物优选为氧化镁、氧化钇、氧化铜和三氧化二铁中的一种或多种，其加入的质量优选为陶瓷粉体质量的0.5％～5.0％。
进一步优选地，在步骤(a)中，所述酯类pH调节剂优选为二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯、乙酸乙酯或葡萄糖酸内酯中的一种或多种。
进一步优选地，在步骤(b)中，所述直流静电场的匀场强大小优选为5～50V/m，加热温度优选为45～80℃，保温时间优选为0.5～2h。
进一步优选地，在步骤(b)中，所述烧结以每分钟3～8℃的升温速率升温至1200～2000℃，烧结后保温，保温时间优选为1～4h。
按照本发明的另一方面，提供了一种上述所述的方法制备获得的梯度陶瓷烧结体。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明采用外加静电场使陶瓷浆料高价反离子发生定向移动从而产生浓度梯度分布，浆料原位固化后得到的素坯成分连续且过渡均匀，可有效避免层间界面结合导致的成分梯度过渡不均和热力学不匹配的问题；
2、本发明通过调节外加静电场的强度大小，可实现高价反离子浓度分布的调控与设计，制备出成分梯度可调的梯度陶瓷。
3、本发明采用高价反离子直接凝固注模成型工艺制备梯度陶瓷，可一步成型出形状复杂的、成分梯度连续且均匀的梯度陶瓷素坯，大大提高了成型效率；
4、本发明与传统梯度陶瓷成形工艺相比，无需添加有机物，避免排胶引起的开裂、变形等缺陷，且制得的梯度陶瓷力学性能和功能性优异，可适用于具有成分梯度结构陶瓷和功能陶瓷的制备，适合于任何带负电的陶瓷浆料，普适性较强。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法的原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法，具体为一种结合电泳现象原理和高价反离子控释陶固化瓷浆料技术制备成分梯度可调且成分过渡连续、均匀的高性能梯度陶瓷的方法，其中高价反离子作为一种带电粒子其在电场作用下会产生浓度梯度的分布，在陶瓷浆料原位固化后可实现梯度陶瓷的成分梯度，并且通过电场强度的控制可实现高价反离子浓度分布的调控与设计，制备出成分梯度可调的梯度陶瓷。采用高价反离子控释固化技术成型的素坯成分连续且过渡均匀，可有效避免层间界面结合导致的成分梯度过渡不均和热力学不匹配的问题，并且可一步成型出形状复杂的、成分梯度连续且均匀的梯度陶瓷素坯，大大提高了成型效率。本发明采用的方法具有操作简单，梯度陶瓷成分梯度可设计与调控，成分梯度变化连续且均匀，成型效率高，环境友好，制得的梯度陶瓷性能优异，适合于任何带负电的陶瓷浆料等优点。
本发明主要包括以下步骤：
(1)将陶瓷粉体、分散剂和去离子水通过球磨混合均匀，以制备颗粒表面带负电的陶瓷浆料，其中，陶瓷粉体体积分数为45％～65％，分散剂的质量为陶瓷粉体质量的1.0％～5.0％。上述陶瓷粉体的体积分数选择45％～65％时，既保证浆料的高固相含量，避免后期处理中的变形和开裂；又能保证陶瓷浆料的低粘度，有益于后期的除气和注模工艺，分散剂含量选择1.0％～5.0％能使陶瓷颗粒的均匀分散，保证陶瓷浆料的低粘度要求。
具体的，陶瓷粉体优选为氧化铝、氧化铍、氧化锆、二氧化硅、氮化铝、氮化硅、碳化硅、碳化硼、锆钛酸铅和钛酸锶钡中的一种或多种，分散剂可选用柠檬酸铵、聚丙烯酸铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或浓氨水中的一种或多种。
(2)在步骤(1)中得到的陶瓷浆料中添加含有高价金属阳离子的碘酸盐或柠檬酸盐或金属氧化物固化剂并球磨混合均匀，上述碘酸盐在室温下溶于水，其溶解度随温度升高而增大，上述柠檬酸盐或金属氧化物固化剂在碱性环境下稳定，在酸性条件下会发生化学反应释放出高价金属阳离子，通过调节温度或pH控制高价反离子的释放来增强浆料中的离子强度；上述高价金属阳离子是价态大于1的金属阳离子。
其中，碘酸盐为碘酸钙、碘酸镁、碘酸锌、碘酸钡和碘酸钇中的一种或多种，其加入浓度优选为3.5g/L～12.0g/L。
进一步的，所述柠檬酸盐为柠檬酸钙、柠檬酸镁、柠檬酸锌、柠檬酸钡和柠檬酸钇中的一种或多种，其加入量优选为陶瓷粉体质量的1.0％～5.0％。
进一步的，所述金属氧化物固化剂为氧化镁、氧化钇、氧化铜和三氧化二铁中的一种或多种，其加入量优选为陶瓷粉体质量的0.5％～5.0％。
(3)将步骤(2)中得到的陶瓷浆料在真空条件下搅拌除气15～20min，然后加入酯类pH调节剂并搅拌均匀，其中，酯类pH调节剂的加入量为陶瓷粉体质量的1.0％～3.0％，其在室温下微溶于水，随温度升高分解速率增大(即在后续硅胶加热垫加热时，随着温度的升高，酯类pH调节剂的分解速率不断加快)，通过调节温度控制酯类pH调节剂分解出的弱酸与柠檬酸盐或金属氧化物固化剂反应来释放出高价反离子，增强浆料中的离子强度。
其中，酯类pH调节剂为二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯、乙酸乙酯或葡萄糖酸内酯中的一种或多种。
(4)将步骤(3)中得到的浆料注入侧壁包装有硅胶加热垫无孔模具中，并将模具放入到直流静电场中，然后对硅胶加热垫进行加热并保温后脱模得到陶瓷湿坯，干燥后得到干坯；
进一步的，所述直流静电场的匀场强大小优选为5～50V/m，该工艺下可实现高价反离子由于电泳现象在陶瓷浆料中的浓度梯度分布。
进一步的，硅胶加热垫的加热温度优选为45～80℃，保温时间优选为0.5～2h，在该工艺下可实现碘酸盐或柠檬酸盐或金属氧化物固化剂中高价反离子的可控释放，以实现陶瓷浆料原位固化，最终制备出成分连续且过渡均匀的梯度陶瓷素坯。
(5)将步骤(4)中得到的陶瓷干坯置于烧结炉中烧结，得到梯度陶瓷烧结体。
具体的，所述烧结处理是以每分钟3～8℃的升温速率升温至1200～2000℃，保温1～4h。在该工艺下可有效避免干坯在烧结过程中由于升温速率过快引起的变形和开裂现象，然后得到陶瓷烧结体。
以下为本发明的具体实施例。
实施例1：
6.5g/L碘酸钙、2.0wt％二乙酸甘油酯在20V/m电场强度下固化3.0wt％四甲基氢氧化铵分散的65vol％SiO2浆料。
将100g二氧化硅粉体、3.0g四甲基氢氧化铵和24.5g水混合，在300r/min速率下球磨1h后制备得固相体积分数为65％的颗粒表面带负电的陶瓷浆料，然后加入0.54g碘酸钙，在250r/min的球磨速率下混合球磨20min后，真空条件下搅拌除气15min，再加入2.0g二乙酸甘油酯，玻璃棒搅拌30s后注模，放入场强为20V/m的静电场中，对硅胶加热垫加热至60℃保温1h后脱模，在70℃下干燥24h，再以5℃/min的升温速率升温到1200℃保温3h得到梯度二氧化硅陶瓷烧结体。
实施例2：
3.0wt％柠檬酸镁、1.0wt％乙酸乙酯在5V/m电场强度下固化1.0wt％柠檬酸铵分散的50vol％Al2O3浆料。
将100g氧化铝粉体、1.0g柠檬酸铵和25.2g水混合，在250r/min速率下球磨1.5h后制备得固相体积分数为50％的颗粒表面带负电的陶瓷浆料，然后加入3.0g柠檬酸镁，在200r/min的球磨速率下混合球磨30min后，真空条件下搅拌除气18min，再加入1.0g乙酸乙酯，玻璃棒搅拌50s后注模，放入场强为5V/m的静电场中，对硅胶加热垫加热至80℃保温0.5h后脱模，在80℃下干燥12h，再以8℃/min的升温速率升温到1500℃保温2h得到梯度氧化铝陶瓷烧结体。
实施例3：
2.5wt％氧化镁、3.0wt％三乙酸甘油酯在50V/m电场强度下固化5.0wt％聚丙烯酸铵分散的45vol％Si3N4浆料。
将100g氮化硅粉体、5.0g聚丙烯酸铵和38.2g水混合，在200r/min速率下球磨2.0h后制备得固相体积分数为45％的颗粒表面带负电的陶瓷浆料，然后加入2.5g氧化镁，在250r/min的球磨速率下混合球磨15min后，真空条件下搅拌除气20min，再加入3.0g三乙酸甘油酯，玻璃棒搅拌40s后注模，放入场强为50V/m的静电场中，对硅胶加热垫加热至45℃保温2.0h后脱模，在75℃下干燥18h，再以5℃/min的升温速率升温到2000℃保温4h得到梯度氮化硅陶瓷烧结体。
实施例4：
3.5g/L碘酸钙、1.5wt％葡萄糖酸内酯在30V/m电场强度下固化4.0wt％三聚磷酸钠分散的50vol％SiC浆料。
将100g碳化硅粉体、4.0g三聚磷酸钠和31.3g水混合，在250r/min速率下球磨1h后制备得固相体积分数为50％的颗粒表面带负电的陶瓷浆料，然后加入0.32g碘酸钙，在250r/min的球磨速率下混合球磨15min后，真空条件下搅拌除气15min，再加入1.5g葡萄糖酸内酯，玻璃棒搅拌50s后注模，放入场强为30V/m的静电场中，对硅胶加热垫加热至70℃保温1h后脱模，在70℃下干燥24h，再以5℃/min的升温速率升温到1900℃保温3h得到梯度碳化硅陶瓷烧结体。
实施例5：
1.0wt％柠檬酸镁、1.0wt％二乙酸甘油酯在15V/m电场强度下固化3.5wt％六偏磷酸钠分散的55vol％ZrO2浆料。
将100g氧化锆粉体、1.0g六偏磷酸钠和13.9g水混合，在300r/min速率下球磨1h后制备得固相体积分数为55％的颗粒表面带负电的陶瓷浆料，然后加入1.0g柠檬酸镁，在200r/min的球磨速率下混合球磨20min后，真空条件下搅拌除气15min，再加入1.0g二乙酸甘油酯，玻璃棒搅拌45s后注模，放入场强为15V/m的静电场中，对硅胶加热垫加热至75℃保温50min后脱模，在70℃下干燥24h，再以5℃/min的升温速率升温到1400℃保温2h得到梯度氧化锆陶瓷烧结体。
实施例6：
5.0wt％氧化镁、2.5wt％三乙酸甘油酯在10V/m电场强度下固化4.0wt％四乙基氢氧化铵分散的60vol％AlN浆料。
将100g氮化铝粉体、4.0g四乙基氢氧化铵和20.5g水混合，在250r/min速率下球磨1.5h后制备得固相体积分数为60％的颗粒表面带负电的陶瓷浆料，然后加入5.0g氧化镁，在200r/min的球磨速率下混合球磨15min后，真空条件下搅拌除气15min，再加入2.5g三乙酸甘油酯，玻璃棒搅拌50s后注模，放入场强为10V/m的静电场中，对硅胶加热垫加热至55℃保温2.0h后脱模，在70℃下干燥18h，再以5℃/min的升温速率升温到2000℃保温3h得到梯度氮化铝陶瓷烧结体。
实施例7：
12.0g/L碘酸钙、2.5wt％葡萄糖酸内酯在25V/m电场强度下固化3.0wt％三聚磷酸钠分散的50vol％B4C浆料。
将100g碳化硼粉体、3.0g三聚磷酸钠和40.0g水混合，在250r/min速率下球磨1h后制备得固相体积分数为50％的颗粒表面带负电的陶瓷浆料，然后加入1.12g碘酸钙，在250r/min的球磨速率下混合球磨15min后，真空条件下搅拌除气15min，再加入2.5g葡萄糖酸内酯，玻璃棒搅拌50s后注模，放入场强为25V/m的静电场中，对硅胶加热垫加热至70℃保温1h后脱模，在70℃下干燥24h，再以5℃/min的升温速率升温到2000℃保温4h得到梯度碳化硼陶瓷烧结体。
实施例8：
5.0wt％柠檬酸镁、1.5wt％二乙酸甘油酯在12V/m电场强度下固化2.5wt％六偏磷酸钠分散的55vol％PZT浆料。
将100g锆钛酸铅粉体、2.5g六偏磷酸钠和19.1g水混合，在300r/min速率下球磨1h后制备得固相体积分数为55％的颗粒表面带负电的陶瓷浆料，然后加入5.0g柠檬酸镁，在200r/min的球磨速率下混合球磨20min后，真空条件下搅拌除气15min，再加入1.5g二乙酸甘油酯，玻璃棒搅拌45s后注模，放入场强为12V/m的静电场中，对硅胶加热垫加热至75℃保温50min后脱模，在70℃下干燥24h，再以6℃/min的升温速率升温到1300℃保温1h得到梯度锆钛酸铅陶瓷烧结体。
实施例9：
0.5wt％氧化镁、2.0wt％三乙酸甘油酯在22V/m电场强度下固化3.0wt％四乙基氢氧化铵分散的45vol％BST浆料。
将100g钛酸锶钡粉体、3.0g四乙基氢氧化铵和26.6g水混合，在250r/min速率下球磨1.5h后制备得固相体积分数为45％的颗粒表面带负电的陶瓷浆料，然后加入0.5g氧化镁，在200r/min的球磨速率下混合球磨15min后，真空条件下搅拌除气15min，再加入2.0g三乙酸甘油酯，玻璃棒搅拌50s后注模，放入场强为22V/m的静电场中，对硅胶加热垫加热至55℃保温2.0h后脱模，在70℃下干燥18h，再以3℃/min的升温速率升温到1450℃保温2h得到梯度钛酸锶钡陶瓷烧结体。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)将陶瓷粉体、分散剂和去离子水通过球磨混合均匀，然后再依次加入固化剂和酯类pH调节剂混合均匀，以此获得陶瓷浆料，其中，所述固化剂为含有金属阳离子的碘酸盐、柠檬酸盐或金属氧化物；
(b)将步骤(a)中的陶瓷浆料注入模具中，然后将该模具置于直流静电场中，对所述陶瓷浆料加热，保温，该过程中，所述酯类PH调节剂水解释放出弱酸，该弱酸与所述固化剂反应释放出高价的金属阳离子，在所述静电场的作用下所述金属阳离子在所述陶瓷浆料中呈梯度浓度分布，当所述金属阳离子达到临界固化浓度后压缩陶瓷颗粒表面双电子层，以此使得所述陶瓷浆料发生原位固化，所述陶瓷浆料固化形成陶瓷湿坯，将该湿坯干燥后烧结，以此获得所需的梯度陶瓷烧结体。
2.如权利要求1所述的一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述陶瓷粉体的体积分数优选为45％～65％，所述分散剂的质量优选为陶瓷粉体质量的1.0％～5.0％；
3.如权利要求1或2所述的一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述陶瓷粉体优选为氧化铝、氧化铍、氧化锆、二氧化硅、氮化铝、氮化硅、碳化硅、碳化硼、锆钛酸铅和钛酸锶钡中的一种或多种。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法，其特征在于，在步骤(a)中，分散剂优选为柠檬酸铵、聚丙烯酸铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或浓氨水中的一种或多种。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述碘酸盐优选为碘酸钙、碘酸镁、碘酸锌、碘酸钡和碘酸钇中的一种或多种，其加入浓度优选为3.5g/L～12.0g/L；所述柠檬酸盐优选为柠檬酸钙、柠檬酸镁、柠檬酸锌、柠檬酸钡和柠檬酸钇中的一种或多种，其加入的质量优选为陶瓷粉体质量的1.0％～5.0％；所述金属氧化物优选为氧化镁、氧化钇、氧化铜和三氧化二铁中的一种或多种，其加入的质量优选为陶瓷粉体质量的0.5％～5.0％。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述酯类pH调节剂优选为二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯、乙酸乙酯或葡萄糖酸内酯中的一种或多种。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述直流静电场的匀场强大小优选为5V/m～50V/m，加热温度优选为45℃～80℃，保温时间优选为0.5h～2h。
8.如权利要求1-7任一项所述的一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述烧结以每分钟3～8℃的升温速率升温至1200℃～2000℃，烧结后保温，保温时间优选为1h～4h。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的方法制备获得的梯度陶瓷烧结体。
CN201811420623.9A 2018-11-26 2018-11-26 一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法 Active CN109503129B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811420623.9A CN109503129B (zh) 2018-11-26 2018-11-26 一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811420623.9A CN109503129B (zh) 2018-11-26 2018-11-26 一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109503129A true CN109503129A (zh) 2019-03-22
CN109503129B CN109503129B (zh) 2020-06-09

Family

ID=65750610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811420623.9A Active CN109503129B (zh) 2018-11-26 2018-11-26 一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109503129B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110098052A (zh) * 2019-04-18 2019-08-06 湖北大学 一种晶界层电容器的制作方法
CN113881258A (zh) * 2021-11-11 2022-01-04 中国兵器工业第五九研究所 一种铝合金隔热耐冲刷复合涂层及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0473856A1 (en) * 1990-08-09 1992-03-11 Atsushi Ogura Homogeneous solid solution material and method of manufacturing the same
US5561173A (en) * 1990-06-19 1996-10-01 Carolyn M. Dry Self-repairing, reinforced matrix materials
CN101265121A (zh) * 2008-04-02 2008-09-17 西安理工大学 静电场与磁场共同诱导结晶技术制备多孔陶瓷的方法
CN104844226A (zh) * 2015-01-05 2015-08-19 清华大学 一种聚磷酸盐螯合物控释高价反离子固化陶瓷浆料的方法
CN106747480A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 华中科技大学 一种利用温控缓释助烧剂中金属离子固化陶瓷浆料的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5561173A (en) * 1990-06-19 1996-10-01 Carolyn M. Dry Self-repairing, reinforced matrix materials
EP0473856A1 (en) * 1990-08-09 1992-03-11 Atsushi Ogura Homogeneous solid solution material and method of manufacturing the same
CN101265121A (zh) * 2008-04-02 2008-09-17 西安理工大学 静电场与磁场共同诱导结晶技术制备多孔陶瓷的方法
CN104844226A (zh) * 2015-01-05 2015-08-19 清华大学 一种聚磷酸盐螯合物控释高价反离子固化陶瓷浆料的方法
CN106747480A (zh) * 2016-12-13 2017-05-31 华中科技大学 一种利用温控缓释助烧剂中金属离子固化陶瓷浆料的方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110098052A (zh) * 2019-04-18 2019-08-06 湖北大学 一种晶界层电容器的制作方法
CN110098052B (zh) * 2019-04-18 2021-07-02 太原科技大学 一种晶界层电容器的制作方法
CN113881258A (zh) * 2021-11-11 2022-01-04 中国兵器工业第五九研究所 一种铝合金隔热耐冲刷复合涂层及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109503129B (zh) 2020-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103803974B (zh) 一种注塑成型氧化锆及其制备方法
CN105732050A (zh) 一种净尺寸复杂形状透明陶瓷件的制备工艺
CN104844226B (zh) 一种聚磷酸盐螯合物控释高价反离子固化陶瓷浆料的方法
CN100519475C (zh) 由流延法制备氧化锆陶瓷的方法及其由该方法获得的产品
CN1290239A (zh) 氧化锆基料的结构性材料的水法注模方法
CN114149260A (zh) 一种低热导率高熵陶瓷热障涂层材料
CN109503129A (zh) 一种电场辅助高价反离子控释固化制备梯度陶瓷的方法
CN103771863B (zh) 通过缓慢调节pH值控制高价反离子固化陶瓷浆料的方法
CN106747480B (zh) 一种利用温控缓释助烧剂中金属离子固化陶瓷浆料的方法
CN106938934A (zh) 一种超高温陶瓷基气凝胶材料及其制备方法
KR100599998B1 (ko) 산화이트륨 소결체 및 그 제조방법
CN106348736A (zh) 一种快速固化陶瓷浆料的方法
CN109081700A (zh) 一种无压放电等离子体烧结陶瓷的方法
CN101687710B (zh) 复合材料制品及相关方法
CN102531606B (zh) 一种高强韧碳化硅陶瓷的低温制造方法
CN101698607B (zh) 一种环保型凝胶注膜成型制备氧化铝基陶瓷材料的方法
CN109879665A (zh) 一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法
US5439851A (en) Process for coating ceramic powder with alumina by sol-gel process and improved densification
EP0384489B1 (en) High-strength aluminium oxide
JP4470001B2 (ja) ジルコニア微粉末の製造法
CN104628376B (zh) 一种制备透明陶瓷激光棒的离心成型方法
CN106565222A (zh) 利用琼脂糖原位凝固制备氧化铝陶瓷的方法
CN113105216A (zh) 一种注塑成型的锆铝复合陶瓷及其制备方法
CN101788228B (zh) 用于煅烧高纯Nb2O5和Ta2O5粉体的陶瓷坩埚
CN105601283A (zh) 一种导电网络结构Si3N4陶瓷的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant