CN109531915B - 陶瓷塑料复合工艺及其制品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷塑料复合工艺及其制品，陶瓷塑料复合工艺包括以下步骤：将陶瓷粉干压成型，形成素坯；将带有凸纹的硬板覆盖于所述素坯的待连接区，冷等静压，所述待连接区形成纹路，获得具有纹路的素坯；将所述具有纹路的素坯进行烧结，获得坯体；用活化溶液对所述待连接区进行活化，获得活化后的坯体；用扩孔溶液蚀刻所述待连接区，得到蚀刻后的坯体；将所述蚀刻后的坯体置于模具中，将塑料注入所述模具中，注塑成型，使塑料连接于所述待连接区，脱模，获得陶瓷与塑料的复合制品。可将陶瓷与塑料很好的结合在一起，且粘接牢固，不易脱离。

Description

陶瓷塑料复合工艺及其制品
技术领域
本发明涉及陶瓷产品制备工艺技术领域，特别是涉及陶瓷塑料复合工艺及其制品。
背景技术
随着陶瓷技术的发展，陶瓷制品应用于越来越多的领域，尤其氧化锆陶瓷，因其硬度、韧性、抗弯性及耐磨性佳，应用于电子产品、首饰、餐具、医疗等多个技术领域。为了外形美观，陶瓷制品的表面会加上图案，以起到装饰作用，传统的氧化锆陶瓷的着色和图案装饰大部分通过激光雕刻、贴花、手绘等方式完成，装饰不够多样化。如何将陶瓷与其他材料如塑料很好的结合在一起，是目前面临的一个技术难题。
市场上常见的陶瓷与塑料的复合制品一般是通过黏胶的方式固定粘接的，塑料件容易脱离陶瓷，影响了产品的使用寿命。
发明内容
基于此，本发明提供一种陶瓷塑料复合工艺，可将陶瓷与塑料很好的结合在一起，且粘接牢固，不易脱离。
一种陶瓷塑料复合工艺，包括以下步骤：
将陶瓷粉干压成型，形成素坯；
将带有凸纹的硬板覆盖于素坯的待连接区，冷等静压，待连接区形成纹路，获得具有纹路的素坯；
将具有纹路的素坯进行烧结，获得坯体；
用活化溶液对待连接区进行活化，获得活化后的坯体；
用扩孔溶液蚀刻待连接区，得到蚀刻后的坯体；
将蚀刻后的坯体置于模具中，将塑料注入模具中，注塑成型，使塑料连接于待连接区，脱模，获得陶瓷与塑料的复合制品。
上述陶瓷塑料复合工艺，采用硬板在素坯上形成纹路，扩孔溶液蚀刻，扩大纹路的宽度，活化溶液活化了纹路中内壁的晶界，有助于后续的扩孔蚀刻；主要的，在纹路的内壁形成细孔，注塑时，塑料液体渗入纹路及纹路侧壁的细孔中，塑料固化后形成多方向连接陶瓷，使陶瓷与塑料结合牢固，不易脱离。
在其中一个实施例中，注塑成型时模具的温度为120℃～130℃，注塑成型后，往模具通入冻水急速冷却。
在其中一个实施例中，冻水的温度为0℃～10℃。
在其中一个实施例中，扩孔溶液蚀刻待连接区的步骤为：将扩孔溶液涂覆于待连接区，保持预设时间；或者将待连接区浸泡于扩孔溶液中。
在其中一个实施例中，扩孔溶液包括以下质量百分含量的组分：氟化氢20％～30％、盐酸2％～3％、柠檬酸5％～8％、活性剂5％～6％、水余量。
在其中一个实施例中，活性剂为硬脂酸类表面活性剂。
在其中一个实施例中，素坯上的纹路的深度为0.1mm～0.3mm；蚀刻后的坯体中，纹路的深度为0.05mm～0.12mm。
在其中一个实施例中，活化溶液为碳酸氢钠溶液，碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠的浓度为5％wt～8％wt。
在其中一个实施例中，塑料为聚酰胺与玻璃纤维的混合物或聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物，聚酰胺与玻璃纤维的混合物或聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物中玻璃纤维的质量含量为20％～50％。
本发明还提供了一种制品，采用上述的陶瓷塑料复合工艺制成，将陶瓷与塑料很好的结合在一起，且粘接牢固，为陶瓷制品的装饰提供多样化的选择。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明提供了一种陶瓷塑料复合工艺，包括以下步骤：
S110：将陶瓷粉干压成型，形成素坯。
干压成型采用常规的参数使陶瓷粉成型为素坯，获得陶瓷的初始形状结构。
S220：将带有凸纹的硬板覆盖于素坯的待连接区，冷等静压，待连接区形成纹路，获得具有纹路的素坯。
冷等静压采用常规的工艺参数，使素坯更加致密的同时，在待连接区产生纹路。
素坯中的待连接区为后续连接塑胶的区域，待连接区可以为素坯中的较小面积的区域，也可以是素坯中的整个面，根据需求确定。
带有凸纹的硬板可以为钢板、铁板或者其它质地较硬的金属板，在冷等静压过程中不易变形，并且素坯中，凸纹对应的位置形成向内凹陷的纹路，为连接后续塑料液体的渗入提供基础位置。
一个实施例中，素坯上的纹路的深度为0.1mm～0.3mm，当素坯的厚度较薄时，纹路的深度不宜过深，以免影响待连接区的抗压性。
S330：将具有纹路的素坯进行烧结，获得坯体。
S440：用活化溶液对待连接区进行活化，获得活化后的坯体。
一个实施例中，活化溶液为碳酸氢钠溶液，较优地，碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠的浓度为5％wt～8％wt。用碳酸氢钠溶液对待连接区进行活化的步骤为：将坯体中含待连接区的部分浸泡于碳酸氢钠溶液中，保持4min～10min。
碳酸氢钠溶液对待连接区主要起到清洁和活化的作用，去除待连接区的油脂，避免残留的油脂影响后续扩孔的工序，且碳酸氢钠溶液活化了纹路中内壁的晶界，有助于后续的扩孔蚀刻。
S550：用扩孔溶液蚀刻待连接区，得到蚀刻后的坯体。
一个实施例中，待连接区位于坯体的其中一面，则扩孔溶液蚀刻待连接区的步骤为：将扩孔溶液涂覆于待连接区，保持预设时间，保持时间为1min～5min，根据扩孔需求调整涂覆时间。
一个实施例中，待连接区位于坯体中位置对应的两面，则扩孔溶液蚀刻待连接区的步骤为：将待连接区浸泡于扩孔溶液中。
一个实施例中，扩孔溶液包括以下质量百分含量的组分：氟化氢20％～30％、盐酸2％～3％、柠檬酸5％～8％、活性剂5％～6％、水余量。氟化氢、盐酸和柠檬酸配合腐蚀待连接区的陶瓷，使待连接区的表面变粗糙，且纹路的内壁形成细孔，增加塑料与坯体的连接面积，使连接更稳固。活性剂改变纹路内壁的表面活性，使扩孔溶液的其他组分可以较大面积的接触纹路的内壁，产生更多的细孔。
一个实施例中，活性剂为硬脂酸类表面活性剂，可以为硬脂酸或硬脂酸盐。硬脂酸类表面活性剂为阴离子表面活性剂，清洗待连接区的同时，产生微小泡沫，使扩孔溶液的蚀刻产生细小孔洞。
蚀刻时，待连接区的表面及纹路的内壁均被蚀刻，厚度编薄，待连接区的表面变粗糙，纹路的内壁产生细孔。一个实施例中，蚀刻后的坯体中，纹路的深度为0.05mm～0.12mm，在不影响坯体抗压强度的同时，可牢固连接塑料。
S660：将蚀刻后的坯体置于模具中，将塑料注入模具中，注塑成型，使塑料连接于待连接区，脱模，获得陶瓷与塑料的复合制品。
一个实施例中，塑料为聚酰胺与玻璃纤维的混合物或聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物，聚酰胺与玻璃纤维的混合物或聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物中玻璃纤维的质量含量为20％～50％。
一个实施例中，注塑成型时模具的温度为120℃～130℃，注塑成型后，往模具通入冻水急速冷却，使产品迅速定型，避免翘曲。较优地，冻水的温度为0℃～10℃，定型效果较好。
一个实施例中，陶瓷塑料复合工艺还包括以下步骤：
S770：对陶瓷与塑料的复合制品的塑料表面进行抛光和/或喷涂处理，使塑料表面光滑，和具有预设图案。
上述陶瓷塑料复合工艺，采用硬板在素坯上形成纹路，扩孔溶液蚀刻，扩大纹路的宽度和深度，主要的，在纹路的内壁形成细孔，碳酸氢钠溶液的活化后，采用含有活性剂的扩孔溶液，可以在纹路的内壁形成细小孔洞，注塑时，塑料液体渗入纹路及纹路侧壁的细孔中，塑料固化后形成多方向连接陶瓷，使陶瓷与塑料结合牢固，不易脱离，为陶瓷制品的装饰提供多样化的选择。
以下为实施例说明。
实施例1
本实施例的陶瓷塑料复合工艺，将氧化锆陶瓷和塑料结合在一起，塑料为聚酰胺与玻璃纤维的混合物或聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物结合在一起，聚酰胺与玻璃纤维的混合物中玻璃纤维的质量含量为25％。本实施例的坯体设有待连接区，待连接区位于坯体中位置对应的两面，占坯体表面的部分面积。所述陶瓷塑料复合工艺包括以下步骤：
S100：准备活化溶液和扩孔溶液。
活化溶液为碳酸氢钠溶液，碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠的浓度为5％wt。
扩孔溶液包括以下质量百分含量的组分：氟化氢20％、盐酸2.2％、柠檬酸7.9％、活性剂硬脂酸5.5％、水64.4％。
S110：将氧化锆陶瓷粉干压成型，形成素坯。
S220：将带有凸纹的钢板覆盖于素坯的待连接区，冷等静压，待连接区形成深度为0.25mm的纹路，获得具有纹路的素坯。
S330：将具有纹路的素坯进行烧结，获得坯体。
S440：用碳酸氢钠溶液对待连接区进行活化，获得活化后的坯体。
S550：将待连接区浸泡于扩孔溶液中，保持时间为2min，得到蚀刻后的坯体，蚀刻后的坯体中，纹路的深度为0.12mm。
S660：将蚀刻后的坯体置于模具中，将塑料注入模具中，模具的温度为124℃，注塑成型，使塑料连接于待连接区，往模具通入4℃的冻水急速冷却，使产品迅速定型，脱模，获得陶瓷与塑料的复合制品。
S770：对陶瓷与塑料的复合制品的塑料表面进行抛光处理，使塑料表面光滑。
实施例2
本实施例的陶瓷塑料复合工艺，将氧化锆陶瓷和塑料结合在一起，塑料为聚酰胺与玻璃纤维的混合物结合在一起，聚酰胺与玻璃纤维的混合物中玻璃纤维的质量含量为40％。本实施例的坯体设有待连接区，待连接区位于坯体中位置对应的两面，占坯体表面的部分面积。所述陶瓷塑料复合工艺包括以下步骤：
S100：准备活化溶液和扩孔溶液。
活化溶液为碳酸氢钠溶液，碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠的浓度为6％wt。
扩孔溶液包括以下质量百分含量的组分：氟化氢23％、盐酸2％、柠檬酸7％、活性剂硬脂酸钠6％、水62％。
S110：将氧化锆陶瓷粉干压成型，形成素坯。
S220：将带有凸纹的钢板覆盖于素坯的待连接区，冷等静压，待连接区形成深度为0.27mm纹路，获得具有纹路的素坯。
S330：将具有纹路的素坯进行烧结，获得坯体。
S440：用碳酸氢钠溶液对待连接区进行活化，获得活化后的坯体。
S550：将待连接区浸泡于扩孔溶液中，保持时间为2min，得到蚀刻后的坯体，纹路的深度为0.08mm。
S660：将蚀刻后的坯体置于模具中，将塑料注入模具中，模具的温度为120℃，注塑成型，使塑料连接于待连接区，往模具通入5℃的冻水急速冷却，使产品迅速定型，脱模，获得陶瓷与塑料的复合制品。
S770：对陶瓷与塑料的复合制品的塑料表面进行抛光处理，使塑料表面光滑。
实施例3
本实施例的陶瓷塑料复合工艺，将氧化锆陶瓷和塑料结合在一起，塑料为聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物，聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物中玻璃纤维的质量含量为40％。本实施例的坯体设有待连接区，待连接区位于坯体的其中一面，占该面的部分面积。所述陶瓷塑料复合工艺包括以下步骤：
S100：准备活化溶液和扩孔溶液。
活化溶液为碳酸氢钠溶液，碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠的浓度为6.5％wt。
扩孔溶液包括以下质量百分含量的组分：氟化氢26％、盐酸2.9％、柠檬酸6％、活性剂硬脂酸5.2％、水59.9％。
S110：将氧化锆陶瓷粉干压成型，形成素坯。
S220：将带有凸纹的钢板覆盖于素坯的待连接区，冷等静压，待连接区形成深度为0.3mm纹路，获得具有纹路的素坯。
S330：将具有纹路的素坯进行烧结，获得坯体。
S440：用碳酸氢钠溶液对待连接区进行活化，获得活化后的坯体。
S550：将扩孔溶液涂覆于待连接区，保持时间为4min，得到蚀刻后的坯体，蚀刻后的坯体中，纹路的深度为0.1mm。
S660：将蚀刻后的坯体置于模具中，将塑料注入模具中，模具的温度为127℃，注塑成型，使塑料连接于待连接区，往模具通入8℃的冻水急速冷却，使产品迅速定型，脱模，获得陶瓷与塑料的复合制品。
S770：对陶瓷与塑料的复合制品的塑料表面进行抛光和喷涂处理，使塑料表面光滑，和具有预设图案。
实施例4
本实施例的陶瓷塑料复合工艺，将氧化铝陶瓷和塑料结合在一起，塑料为聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物，聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物中玻璃纤维的质量含量为45％。本实施例的坯体设有待连接区，待连接区位于坯体的其中一面，占该面的部分面积。所述陶瓷塑料复合工艺包括以下步骤：
S100：准备活化溶液和扩孔溶液。
活化溶液为碳酸氢钠溶液，碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠的浓度为7％wt。
扩孔溶液包括以下质量百分含量的组分：氟化氢28％、盐酸2.5％、柠檬酸5.5％、活性剂硬脂酸5.4％、水58.6％。
S110：将氧化铝陶瓷粉干压成型，形成素坯。
S220：将带有凸纹的钢板覆盖于素坯的待连接区，冷等静压，待连接区形成深度为0.2mm纹路，获得具有纹路的素坯。
S330：将具有纹路的素坯进行烧结，获得坯体。
S440：用碳酸氢钠溶液对待连接区进行活化，获得活化后的坯体。
S550：将扩孔溶液涂覆于待连接区，保持时间为5min，得到蚀刻后的坯体，蚀刻后的坯体中，纹路的深度为0.09mm。
S660：将蚀刻后的坯体置于模具中，将塑料注入模具中，模具的温度为130℃，注塑成型，使塑料连接于待连接区，往模具通入10℃的冻水急速冷却，使产品迅速定型，脱模，获得陶瓷与塑料的复合制品。
S770：对陶瓷与塑料的复合制品的塑料表面进行抛光和喷涂处理，使塑料表面光滑，和具有预设图案。
实施例5
本实施例的陶瓷塑料复合工艺，将氧化铝陶瓷和塑料结合在一起，塑料为聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物结合在一起，聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物中玻璃纤维的质量含量为50％。本实施例的坯体设有待连接区，待连接区位于坯体的其中一面，占该面的部分面积。所述陶瓷塑料复合工艺包括以下步骤：
S100：准备活化溶液和扩孔溶液。
活化溶液为碳酸氢钠溶液，碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠的浓度为7.8％wt。
扩孔溶液包括以下质量百分含量的组分：氟化氢30％、盐酸2.4％、柠檬酸5％、活性剂硬脂酸钠5.8％、水56.8％。
S110：将氧化铝陶瓷粉干压成型，形成素坯。
S220：将带有凸纹的钢板覆盖于素坯的待连接区，冷等静压，待连接区形成深度为0.3mm纹路，获得具有纹路的素坯。
S330：将具有纹路的素坯进行烧结，获得坯体。
S440：用碳酸氢钠溶液对待连接区进行活化，获得活化后的坯体。
S550：将扩孔溶液涂覆于待连接区，保持时间为4.5min，得到蚀刻后的坯体，蚀刻后的坯体中，纹路的深度为0.12mm。
S660：将蚀刻后的坯体置于模具中，将塑料注入模具中，模具的温度为127℃，注塑成型，使塑料连接于待连接区，往模具通入0℃的冻水急速冷却，使产品迅速定型，脱模，获得陶瓷与塑料的复合制品。
S770：对陶瓷与塑料的复合制品的塑料表面进行抛光和喷涂处理，使塑料表面光滑，和具有预设图案。
取实施例1至5的陶瓷与塑料的复合制品测试其抗拉强度，抗拉强度测试由电子万能材料试验机进行，测试速度为10.00mm/min，测试标准为240kgf/cm2，测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001891340320000101
由上测试结果可知，陶瓷与塑料抗拉强度达285kgf/cm2以上，结合牢固，不易脱离。则通过压纹、碳酸氢钠清洗、扩孔溶液活化刻蚀，可让塑料溶液更深入的连接陶瓷坯体，提高陶瓷与塑料的结合强度，使产品的质量和性能更稳定，使用寿命更长。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种陶瓷塑料复合工艺，其特征在于，包括以下步骤：
将陶瓷粉干压成型，形成素坯；
将带有凸纹的硬板覆盖于所述素坯的待连接区，冷等静压，所述待连接区形成纹路，获得具有纹路的素坯；
将所述具有纹路的素坯进行烧结，获得坯体；
用活化溶液对所述待连接区进行活化，获得活化后的坯体；
用扩孔溶液蚀刻所述待连接区，得到蚀刻后的坯体；
将所述蚀刻后的坯体置于模具中，将塑料注入所述模具中，注塑成型，使塑料连接于所述待连接区，脱模，获得陶瓷与塑料的复合制品；
所述扩孔溶液包括以下质量百分含量的组分：氟化氢20％～30％、盐酸2％～3％、柠檬酸5％～8％、活性剂5％～6％、水余量；
所述素坯上的纹路的深度为0.1mm～0.3mm。
2.根据权利要求1所述的陶瓷塑料复合工艺，其特征在于，所述注塑成型时所述模具的温度为120℃～130℃，注塑成型后，往所述模具通入冻水急速冷却。
3.根据权利要求2所述的陶瓷塑料复合工艺，其特征在于，所述冻水的温度为0℃～10℃。
4.根据权利要求1所述的陶瓷塑料复合工艺，其特征在于，所述扩孔溶液蚀刻所述待连接区的步骤为：将所述扩孔溶液涂覆于所述待连接区，保持预设时间；或者将所述待连接区浸泡于所述扩孔溶液中。
5.根据权利要求1所述的陶瓷塑料复合工艺，其特征在于，所述活性剂为硬脂酸类表面活性剂。
6.根据权利要求1所述的陶瓷塑料复合工艺，其特征在于，所述蚀刻后的坯体中，所述纹路的深度为0.05mm～0.12mm。
7.根据权利要求1所述的陶瓷塑料复合工艺，其特征在于，所述活化溶液为碳酸氢钠溶液，所述碳酸氢钠溶液中碳酸氢钠的浓度为5％wt～8％wt。
8.根据权利要求1所述的陶瓷塑料复合工艺，其特征在于，所述塑料为聚酰胺与玻璃纤维的混合物或聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物，所述聚酰胺与玻璃纤维的混合物或所述聚碳酸酯与玻璃纤维的混合物中玻璃纤维的质量含量为20％～50％。
9.采用权利要求1至8任一项所述的陶瓷塑料复合工艺制备的制品。
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