CN109879665A - 一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于陶瓷近净成形领域，并公开了一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法。该方法包括下列步骤：(a)选取煤系高岭土、氨水和水作为原料，将三者第一次球磨混合均匀形成水性浆料，在该水性浆料中添加碘酸盐固化剂，第二次球磨混合均匀，获得固化的水性浆料，在该固化后的水性浆料中添加酯类PH调节剂，真空搅拌除气，获得所需的陶瓷浆料；(b)将陶瓷浆料注入无孔模具中，然后将该无孔模具进行水浴处理，然后脱模，真空干燥后获得干坯，将该干坯烧结后即获得所需的莫来石陶瓷烧结体。通过本发明，具有绿色环保、成本低廉、固化时间短、固化温度较低、素坯均匀性较好、操作简单和成型效率高等优点。

Description

一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法

技术领域

本发明属于陶瓷近净成形领域，更具体地，涉及一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法。

背景技术

莫来石陶瓷由于具备强度高、热膨胀系数低、抗热震性高和耐高温等优点，被广泛应用做电子封装、高温涂层、微波介电陶瓷等。莫来石在自然环境中并不常见，通常是将高岭土和其他黏土基材料作为原料制备莫来石陶瓷。煤系高岭土是一种硅酸盐煤矿固体废弃物，由于我国是最大的煤炭生产和消费国，煤系高岭土的年产量达到10～13亿吨，造成大量的环境污染。然而煤系高岭土主要成分为氧化铝和氧化硅，是理想的莫来石陶瓷制备原料。

目前制备莫来石陶瓷的主要工艺为干压法和冷冻干燥法，但是这些方法无法成型出形状复杂的莫来石陶瓷，因此，急需一种可以简单、绿色环保的制备莫来石陶瓷的方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法，通过在煤系高岭土和水的混合物中加入氨水制备出高固相含量低粘度的高岭土水性浆料，再通过高价反离子和pH调节剂的联合作用下固化浆料得到素坯并最终烧结得到莫来石陶瓷，具备原料绿色无毒且成本低廉，制备出的莫来石陶瓷性能良好，有利于规模化生产等优点。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)选取煤系高岭土、氨水和水作为原料，将三者第一次球磨混合均匀形成水性浆料，在该水性浆料中添加碘酸盐固化剂，第二次球磨混合均匀，获得固化的水性浆料，在该固化后的水性浆料中添加酯类PH调节剂，真空搅拌除气，获得所需的陶瓷浆料；

(b)将所述陶瓷浆料注入无孔模具中，然后将该无孔模具进行水浴处理，然后脱模，真空干燥后获得干坯，将该干坯烧结后即获得所需的莫来石陶瓷烧结体。

进一步优选地，在步骤(a)中，所述煤系高岭土的体积分数为40％～50％，所述氨水的质量为煤系高岭土质量的0.1％～1％；所述第一次球磨的速率为150r/min～400r/min，球磨时间为0.5h～3h。

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、乙酸乙酯或乙二酸中的一种或多种。

进一步优选地，在步骤(a)中，所述碘酸盐固化剂为碘酸钙、碘酸镁、碘酸锶、碘酸锌、碘酸钡、碘酸镍和碘酸钇中的一种或多种。

进一步优选地，在步骤(a)中，所述碘酸盐在所述水性浆料中的浓度为2g/L～4g/L，所述第二次球磨速度优选为150r/min～400r/min，球磨时间优选为5min～20min。

进一步优选地，在步骤(a)中，所述酯类pH调节剂添加的质量为固化后的水性浆料质量的1.0％～3.0％，所述搅拌除气的时间为10min～30min。

进一步优选地，在步骤(b)中，所述水浴处理的温度为60℃～80℃，时间优选为15min～45min，所述真空干燥的温度优选为70℃～80℃，条件下真空干燥12h～24h。

进一步优选地，在步骤(b)中，所述烧结以每分钟3℃～10℃的升温速率升温至1350℃～1600℃，然后保温2h～6h。

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、本发明采用高价反离子直接凝固注模成型工艺，在陶瓷浆料中仅添加极少量的氨水、碘酸盐、酯类等试剂分别作为分散剂和固化剂，有机物含量少，浆料固相含量高、粘度小，模具填充性好，固化时浆料的凝固为原位固化，成分没有偏析，故坯体成分密度均匀，可成型形状复杂、高可靠性的陶瓷部件；

2、本发明通过在形成的水性浆料中添加碘酸盐固化剂，使碘酸盐在水中水解出阴阳离子改变陶瓷浆料的静电平衡从而引发固化，另外，通过在形成的水性浆料中添加酯类PH调节剂，改变浆料pH从而使分散剂氨水失效而引发固化；

3、本发明通过采用以每分钟3℃～10℃的升温速率升温至1350℃～1600℃的烧结温度，其目的在于保持适宜均匀升温速率使陶瓷坯体到达烧结温度，避免陶瓷样品因升温过快或者过慢而产生缺陷；

4、本发明提供的成形方法具有原料体系绿色环保、成本低廉、固化时间短、固化温度较低、素坯均匀性较好、操作简单、成型效率高等优点。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法的流程图。

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。

图1是按照本发明的优选实施例所构建的高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法的流程图，如图1所示，一种高价反离子直接凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将煤系高岭土、氨水和水通过球磨混合均匀，以制备陶瓷浆料，其中，煤系高岭土体积分数为40％～50％，氨水的质量为煤系高岭土质量的0.1％～1％；

(2)在步骤(1)中得到的煤系高岭土浆料中添加碘酸盐固化剂，并使碘酸盐的浓度为2g/L～4g/L，然后在150～400r/min速度下球磨5～20min，上述碘酸盐在室温下微溶于水，随温度升高其溶解度增大；

(3)将步骤(2)中球磨后得到的煤系高岭土浆料加入酯类pH调节剂，然后在真空条件下搅拌除气10～30min，其中，酯类pH调节剂添加的质量为陶瓷浆料质量的1.0％～3.0％；

(4)将步骤(3)中得到的煤系高岭土浆料注入无孔模具中，并在60～80℃下水浴处理15～45min后脱模得到煤系高岭土湿坯，将所述煤系高岭土湿坯在70～80℃条件下真空干燥12～24h得到煤系高岭土干坯；

(5)将步骤(4)中得到的煤系高岭土干坯置于烧结炉中，以每分钟3℃～10℃的升温速率升温至1350℃～1600℃，保温2～6h后，得到莫来石陶瓷烧结体。

作为进一步优选的，所述步骤(3)中的酯类pH调节剂优选为二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯、葡萄糖酸内脂或乙酸乙酯中的一种或多种。

作为进一步优选的，所述步骤(1)中的球磨速率为150～400r/min，球磨时间为0.5～3h。

作为进一步优选的，所述步骤(2)中的碘酸盐固化剂为碘酸钙、碘酸镁、碘酸锶、碘酸锌、碘酸钡、碘酸镍和碘酸钇中的一种或多种。

作为进一步优选的，所述碘酸盐的浓度优选为2g/L～4g/L，酯类pH调节剂添加的质量优选为高岭土浆料质量的1.0％～3.0％。

本发明提出在煤系高岭土和水的混合物中加入氨水制备出高固相含量低粘度的高岭土水性浆料，其中氨水在浆料中起到pH调节和分散剂的作用，再通过高价反离子和pH调节剂的联合作用下固化浆料得到陶瓷素坯并最终烧结得到莫来石陶瓷，技术特点为原料绿色无毒且成本低廉，陶瓷素坯有机添加剂少、不需脱脂、密度均匀，制备出的莫来石陶瓷性能良好、形状复杂、高可靠性，有利于规模化生产。

下面将结合具体的实施例进一步说明本发明。

实施例1：

2.0g/L碘酸钙、2.0wt％二乙酸甘油酯固化0.3wt％氨水含量的50vol％煤系高岭土浆料。

将100g煤系高岭土粉体、0.3g氨水和38.5g水混合，在150r/min的球磨速率下球磨3h后制备得固相体积分数为50％的浆料，然后加入0.15g的碘酸钙，在250r/min的球磨速率下混合球磨8min后，再加入2g二乙酸甘油酯，真空条件下搅拌除气15min后注模，在60℃温度下放置45分钟后脱模，在75℃下干燥12h，再以10℃/min的升温速率升温到1350℃保温6小时烧结，得到莫来石陶瓷烧结件的密度为2.65g/cm³。

实施例2：

3g/L碘酸钙、1.5wt％三乙酸甘油酯固化0.5wt氨水含量的50vol％煤系高岭土浆料。

将100g煤系高岭土粉体、0.5g氨水和38.5g水混合，在350r/min的球磨速率下球磨2h后制备得固相体积分数为50％的浆料，然后加入0.23g的碘酸钙，在150r/min的球磨速率下混合球磨20min后，再加入1.5g三乙酸甘油酯，真空条件下搅拌除气15min后注模，在70℃温度下放置20分钟后脱模，在70℃下干燥18h，再以3℃/min的升温速率升温到1600℃保温2小时烧结，得到莫来石陶瓷烧结件的密度为2.68g/cm³。

实施例3：

4.0g/L碘酸镍、2.5wt％乙酸乙酯固化1wt％氨水含量的50vol％煤系高岭土浆料。

将100g煤系高岭土粉体、1g氨水和38.5g水混合，在400r/min的球磨速率下球磨0.5h后制备得固相体积分数为50％的浆料，然后加入0.31g的碘酸镍，在400r/min的球磨速率下混合球磨5min后，再加入2.5g乙酸乙酯，真空条件下搅拌除气15min后注模，在80℃温度下放置15min后脱模，在80℃下干燥24h，再以5℃/min的升温速率升温到1500℃保温4小时烧结，得到莫来石陶瓷烧结件的密度为2.55g/cm³。

实施例4：

4.0g/L碘酸镁、1wt％三乙酸甘油酯固化0.1wt％氨水含量的40vol％煤系高岭土浆料。

将100g煤系高岭土粉体、0.1g氨水和56.6g水混合，在400r/min的球磨速率下球磨3h后制备得固相体积分数为40％的浆料，然后加入0.37g的碘酸镁，在400r/min的球磨速率下混合球磨5min后，再加入1g三乙酸甘油酯，真空条件下搅拌除气15min后注模，在80℃温度下放置15min后脱模，在80℃下干燥24h，再以5℃/min的升温速率升温到1600℃保温4小时烧结，得到莫来石陶瓷烧结件的密度为2.70g/cm³。

实施例5：

2.0g/L碘酸钡、3wt％葡萄糖酸内脂固化1wt％氨水含量的45vol％煤系高岭土浆料。

将100g煤系高岭土粉体、1g氨水和46.1g水混合，在400r/min的球磨速率下球磨3h后制备得固相体积分数为45％的浆料，然后加入0.17g的碘酸钡，在400r/min的球磨速率下混合球磨5min后，再加入3g三乙酸甘油酯，真空条件下搅拌除气15min后注模，在80℃温度下放置15min后脱模，在80℃下干燥12h，再以5℃/min的升温速率升温到1500℃保温6小时烧结，得到莫来石陶瓷烧结件的密度为2.69g/cm³。

实施例6：

3.0g/L碘酸锌、2wt％三乙酸甘油酯固化0.5wt％氨水含量的50vol％煤系高岭土浆料。

将100g煤系高岭土粉体、1g氨水和38.5g水混合，在150r/min的球磨速率下球磨3h后制备得固相体积分数为45％的浆料，然后加入0.23g的碘酸锌，在400r/min的球磨速率下混合球磨5min后，再加入2g三乙酸甘油酯，真空条件下搅拌除气15min后注模，在80℃温度下放置15min后脱模，在80℃下干燥12h，再以3℃/min的升温速率升温到1400℃保温2小时烧结，得到莫来石陶瓷烧结件的密度为2.60g/cm³。

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 (8)

1.一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)选取煤系高岭土、氨水和水作为原料，将三者第一次球磨混合均匀形成水性浆料，在该水性浆料中添加碘酸盐固化剂，第二次球磨混合均匀，获得固化的水性浆料，在该固化后的水性浆料中添加酯类PH调节剂，真空搅拌除气，获得所需的陶瓷浆料；

(b)将所述陶瓷浆料注入无孔模具中，然后将该无孔模具进行水浴处理，然后脱模，真空干燥后获得干坯，将该干坯烧结后即获得所需的莫来石陶瓷烧结体。

2.如权利要求1所述的一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述煤系高岭土的体积分数为40％～50％，所述氨水的质量为煤系高岭土质量的0.1％～1％；所述第一次球磨的速率为150r/min～400r/min，球磨时间为0.5h～3h。

3.如权利要求1或2所述的一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法，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、乙酸乙酯或乙二酸中的一种或多种。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述碘酸盐固化剂为碘酸钙、碘酸镁、碘酸锶、碘酸锌、碘酸钡、碘酸镍和碘酸钇中的一种或多种。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述碘酸盐在所述水性浆料中的浓度为2g/L～4g/L，所述第二次球磨速度优选为150r/min～400r/min，球磨时间优选为5min～20min。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述酯类pH调节剂添加的质量为固化后的水性浆料质量的1.0％～3.0％，所述搅拌除气的时间为10min～30min。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述水浴处理的温度为60℃～80℃，时间优选为15min～45min，所述真空干燥的温度优选为70℃～80℃，条件下真空干燥12h～24h。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种高价反离子凝固注模成型工艺制备莫来石陶瓷方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述烧结以每分钟3℃～10℃的升温速率升温至1350℃～1600℃，然后保温2h～6h。