CN112456978A - 一种陶瓷浆料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种陶瓷浆料及其制备方法和用途,所述陶瓷浆料包括以下重量份的原料组分:氧化铝粉50~70重量份、烧结助剂0.1~4重量份、水15~20重量份、丙烯酰胺1~5重量份、N‑N亚甲基双丙烯酰胺0.05~1重量份和分散剂0.5~3重量份;所述陶瓷浆料的pH值为9~10。本发明中公开的陶瓷料浆能够采用一次加料技术,制备工艺简单、工艺易于控制,且浆料具有较好的流动性及稳定性,用于制备陶瓷时,陶瓷生坯表面无明显缺陷,内部结构致密,同时可增强生坯强度及韧性,最终烧成的陶瓷的良品率及密度得到极大提高。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷制备领域,特别是涉及一种陶瓷浆料及其制备方法和用途。
背景技术
陶瓷坯体的注凝成型是在传统的注浆成型基础上发展起来的新技术,它是通过外加有机单体和交联剂的聚合反应形成高分子网络结构而将陶瓷粉体原位固化定型。在此过程中,并不发生溶剂介质的散失,其体积基本不发生收缩变化,凝胶坯体的初始体积密度基本保持浆料本身的体积密度。因此,获得具有高固相含量、低粘度、良好流动性、稳定分散的陶瓷料浆是注凝技术的关键。
如国内申请号为CN201010516357.7的发明专利公开了一种凝胶注模成型方法,包括先将含有陶瓷粉料和有机体系的悬浮体脱气、预聚,得到陶瓷浆料;再将陶瓷浆料浇注至模具中,干燥后原位固化,脱模得到凝胶注模成型的湿坯;其优点在于解决成型工艺中湿坯表面不平整、机械性能差等技术问题。
曾有文献报道,采用多次加料法可制备固含55%以上的料浆,但多次加料技术会增加生产工艺复杂性,降低不同批次料浆之间稳定性。
传统的凝胶注模法生产陶瓷料浆,很难保证生坯强度较高的同时韧性又很好。另外,传统的高固含料浆粘度较高,在成型过程中排泡困难,导致陶瓷生坯表面有明显缺陷,最终烧成陶瓷良品率较低,因此为了能够获得无明显缺陷,稳定性好的陶瓷生坯,开发一种新的陶瓷浆料的制备方法是必要的。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种陶瓷浆料及其制备方法和用途,用于解决现有技术中存在的稳定性差、有明显缺陷等问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明是通过包括以下技术方案获得的。
本发明还提供一种陶瓷浆料,包括以下重量份的原料组分:
所述陶瓷浆料的pH值为9~10。
根据上述所述的陶瓷浆料,优选地,所述氧化铝粉的重量份为55~65重量份。
根据上述所述的陶瓷浆料,所述氧化铝粉的粒径选自120~150目、300~500目、1000~2000目、2000~2500目、3000~5000目中的一种或多种。
根据上述所述的陶瓷浆料,所述烧结助剂选自SiO2、TiO2、CaCO3、MgO、V2O5、CuO、MnO2和Fe2O3中的一种或多种。
优选地,所述烧结助剂的粒径为400~600目。
优选地,所述烧结助剂的纯度为不低于99.5%。
根据上述所述的陶瓷浆料,所述分散剂选自阿拉伯树胶粉、聚丙烯酸铵、聚甲基丙烯酰胺、柠檬酸铵、聚甲基丙烯酸钠、六偏磷酸钠、聚乙烯醇中的一种或多种。优选地,所述聚丙烯酸铵的分子量为5000~6000。优选地,所述阿拉伯树胶粉在25℃下的粘度为60~130cps;形成的250g/L的水溶液的pH为4~8。不含分散剂,相同固含条件下,球磨后陶瓷浆料粘度较高,影响浆料在模具中的流动及气泡的排出,注凝反应后形成的湿坯表面缺陷较多,陶瓷成品率降低;在高固含条件下,如若不加分散剂,甚至不能形成流动性浆料,从而无法完成浇铸成型。
根据上述所述的陶瓷浆料,所述原料组分还包括不超过1重量份的增塑剂。优选地,所述增塑剂选自邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、环氧油酸丁酯、己二酸丙二醇聚酯、1,2,4-偏苯三酸三异辛酯、乙二醇、丙三醇、苯甲酸、丙二醇中的一种或多种。增塑剂是为了提高坯体塑性,改善生坯二次加工能力而加入。
根据上述所述的陶瓷浆料,所述原料组分还包括不超过0.5重量份的消泡剂。优选地,所述消泡剂选自正丁醇、正辛醇、巴斯夫A10和乙醇中的一种或多种。注凝用料浆球磨配制和出料过程中,必然会卷入空气形成气泡,这些气泡如不彻底去除,在凝胶化过程中会引起氧阻聚问题,结果在凝胶坯体内部或表面会残留远大于气泡本身尺度的缺陷,烧结后就成为瓷体缺陷或开裂源,消泡剂的引入可明显改善该种现象,从而提高陶瓷成品率。
根据上述所述的陶瓷浆料,所述原料组分还包括不超过2重量份的氧阻聚剂。优选地,所述氧阻聚剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、1,4-丁二醇和1,3-丁三醇中的一种或多种。交联聚合反应得到的陶瓷生坯在部分高分子模具中有不同程度的粘模现象,适量氧阻聚剂的引入,能明显减弱上述粘模现象,并能降低氧阻聚,减少生坯的气孔率,改善生坯二次加工能力。反之,氧阻聚剂引入量过多,固化成的生坯表面会出现凹凸不平整、不均匀现象。
优选地,所述pH调节剂选自氨水、N-甲基乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和丁基乙醇胺中的一种或多种。pH值对料浆的稳定性影响很大,pH值不同,粉体表面吸附H+或OH-离子的数量不同而导致带电状况不同,这将直接影响离子间的静电斥力。本专利中,在保证模具不被腐蚀的前提下,将陶瓷浆料的pH值(9~10)控制在其Zeta电位绝对值较大处,以保证粉体间有更高的静电斥力,从而保证浆料具有良好的分散性。
根据上述所述的陶瓷浆料,所述陶瓷浆料在25℃下的粘度为100~500mPa·s。
本发明还提供了一种制备上述陶瓷浆料的方法,包括以下步骤:将各原料组分混合后球磨,球磨的出料粒度为0.5~3μm。
根据上述所述的方法,还包括消除气泡的步骤,可为自然脱泡或真空脱泡。优选地,采用真空处理消除浆料中残存的气体气泡。
本发明第三方面提供了如上述所述的陶瓷浆料用于凝胶注模形成陶瓷的用途。
本发明提供的陶瓷浆料25℃下的粘度为100~500mPa·s;在该粘度下,将其用于凝胶注模制备陶瓷时,成型过程中陶瓷浆料中气泡很容易从模具气孔中逸出,使陶瓷生坯表面无明显缺陷,内部结构致密。另外,本发明的陶瓷浆料通过一次加料技术,避免了多次加料技术带来的球磨时间较难控制的问题,提高了不同批次料浆之间的稳定性,且该方法制备的料浆室温放置15天,无明显分层现象。
综上所述,本发明的陶瓷浆料,具有以下有益效果:本发明中公开的陶瓷料浆能够采用一次加料技术,制备工艺简单、工艺易于控制,而且浆料具有较好的流动性及稳定性,用于制备陶瓷时,陶瓷生坯表面无明显缺陷,内部结构致密,同时可增强生坯强度及韧性,最终烧成的陶瓷的良品率及密度得到极大提高。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
须知,下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。
此外应理解,本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤,除非另有说明;还应理解,本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置,除非另有说明。而且,除非另有说明,各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具,而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容的情况下,当亦视为本发明可实施的范畴。
本申请实施例中,所述氧化铝粉的粒径为选自120~150目、300~500目、1000~2000目、2000~2500目、3000~5000目中的一种或多种。
本申请实施例中,所述分散剂选自阿拉伯树胶粉、聚丙烯酸铵、聚甲基丙烯酰胺、柠檬酸铵、聚甲基丙烯酸钠、六偏磷酸钠和聚乙烯醇中的一种或多种。
本申请实施例中,通过pH调节剂来调节陶瓷浆料的pH值,所述pH调节剂选自氨水、N-甲基乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和丁基乙醇胺中的一种或多种。
本申请实施例中,所述浆料的粘度均是采用旋转粘度计进行测试获得。
本实施例中,所述阿拉伯树胶粉在25℃下的粘度为60~130cps;形成的250g/L的水溶液的pH为4~8。
本实施例中,所述聚丙烯酸铵的分子量为5000~6000。
本实施例中,采用pH调节剂来调节陶瓷浆料的pH值,所述pH调节剂选自氨水、N-甲基乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和丁基乙醇胺中的一种或多种。具体可选择单乙醇胺。
本实施例中陶瓷浆料的制备方法为:将各原料组分混合后球磨,球磨过程中添加pH调节剂来调节陶瓷浆料的pH值,球磨的出料粒度为0.5~3μm。
本申请实施例中陶瓷浆料通过一次加料技术,随后凝胶注模形成陶瓷,其制备方法具体包括如下步骤:
1)在20℃和湿度为40%环境下,将各陶瓷浆料的原料组分与催化剂和引发剂混合后,一次性加入模具中反应,反应后从模具中取出;所述催化剂为四甲基乙二胺,所述引发剂为过硫酸铵;
2)然后置于平整透气的网筛上,在20℃和湿度80%的环境下静置处理10h;
3)再置于浓度为30wt%的乙醇水溶液中浸泡处理2h;
4)从乙醇水溶液中取出,擦拭去除表面液体,随后静置于20℃和湿度40%的通风良好的环境中8h;
5)然后在1550℃下烧结3h,随后随炉冷却至室温。
本实施例中,陶瓷密度的测试方法:本实验中,样品的体积密度根据阿基米德排水法原理来测定。首先将烧制好的陶瓷样品于100℃烘箱中干燥,并在干燥器中冷却至室温再称重,重复该步骤,直到恒重,得到样品干重;随后将样品沸水中煮6h,使陶瓷材料内部的气孔打开,然后将样品取出,测出浮重、湿重。最后根据下面列出的公式进行致密度的计算:
ρ=m1*ρ液/(m3-m2),其中,m1为样品干重;m3为陶瓷样品的饱和湿重;m2为样品在测试液体中的浮重,ρ液是指水的比重。
实施例1
本实施例中陶瓷浆料包括以下重量份的原料组分:
通过pH调节剂调节所述陶瓷浆料的pH值为9~10。
所述烧结助剂为SiO2和TiO2按照1:1形成的混合物。
本实施例中的分散剂为阿拉伯树胶粉。
测试结果:该方法制备的料浆粘度为175mPa·s,室温放置15天,无明显分层现象。用该批次浆料制成陶瓷产品,最终烧成陶瓷成品率为93.6%,陶瓷密度为3.74g/cm3;陶瓷制品30mm以上的尺寸公差控制在1%以内。
实施例2
本实施例中陶瓷浆料包括以下重量份的原料组分:
通过pH调节剂调节所述陶瓷浆料的pH值为9~10。
本实施例中的分散剂为阿拉伯树胶粉。
所述烧结助剂为SiO2和CaCO3按照1:1形成的混合物。
测试结果:该方法制备的浆料粘度为330mPa·s,室温放置15天,无明显分层现象。用该批次浆料制成陶瓷产品,最终烧成陶瓷成品率为93%,陶瓷密度为3.70g/cm3,陶瓷制品30mm以上的尺寸公差控制在1%以内。
实施例3
本实施例中陶瓷浆料包括以下重量份的原料组分:
通过pH调节剂调节所述陶瓷浆料的pH值为9~10。
本实施例中的分散剂为聚丙烯酸铵。
本实施例中烧结助剂为TiO2。
测试结果:该方法制备的料浆粘度为350mPa·s,室温放置15天,无明显分层现象。用该批次浆料制成陶瓷产品,最终烧成陶瓷成品率为96%,陶瓷密度为3.82g/cm3,陶瓷制品30mm以上的尺寸公差控制在1%以内。
实施例4
本实施例中陶瓷浆料包括以下重量份的原料组分:
通过pH调节剂调节所述陶瓷浆料的pH值为9~10。
本实施例中的分散剂为聚丙烯酸铵。
本实施例中烧结助剂为SiO2和CaCO3按照1:3形成的混合物。
测试结果:该方法制备的料浆粘度为220mPa·s,室温放置15天,无明显分层现象。用该批次浆料制成陶瓷产品,最终烧成陶瓷成品率为95%,陶瓷密度为3.78g/cm3,陶瓷制品30mm以上的尺寸公差控制在1%以内。
实施例5
本实施例中陶瓷浆料在实施例1的基础上还包括0.2重量份的增塑剂作为原料组分,其中,所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。其他与实施例1相同。
测试结果:该方法制备的料浆粘度为160mPa·s,室温放置15天,无明显分层现象。用该批次浆料制成陶瓷产品,最终烧成陶瓷成品率为93.8%,陶瓷密度为3.75g/cm3,陶瓷制品30mm以上的尺寸公差控制在1%以内。
实施例6
本实施例中陶瓷浆料在实施例1的基础上还包括以下原料组份:0.2重量份的增塑剂和0.3重量份的消泡剂,所述增塑剂为乙二醇,所述消泡剂为正丁醇。其他与实施例1相同。
测试结果:该方法制备的料浆粘度为183mPa·s,室温放置15天,无明显分层现象。用该批次浆料制成陶瓷产品,最终烧成陶瓷成品率为94.2%,陶瓷密度为3.75g/cm3,陶瓷制品30mm以上的尺寸公差控制在1%以内。
实施例7
本实施例中陶瓷浆料在实施例1的基础上还包括0.3重量份的消泡剂;所述消泡剂为正丁醇。其他与实施例1相同。
测试结果:该方法制备的料浆粘度为172mPa·s,室温放置15天,无明显分层现象。用该批次浆料制成陶瓷产品,最终烧成陶瓷成品率为94%,陶瓷密度为3.74g/cm3,陶瓷制品30mm以上的尺寸公差控制在1%以内。
实施例8
本实施例中陶瓷浆料在实施例1的基础上还包括0.2重量份的增塑剂、0.3重量份的消泡剂和1.0重量份的氧阻聚剂;所述增塑剂为乙二醇,所述消泡剂为正丁醇,所述氧阻聚剂为1,4-丁二醇。其他与实施例1相同。
测试结果:该方法制备的料浆粘度为169mPa·s,室温放置15天,无明显分层现象。用该批次浆料制成陶瓷产品,最终烧成陶瓷成品率为94.5%,陶瓷密度为3.76g/cm3,陶瓷制品30mm以上的尺寸公差控制在1%以内。
对比例1
相对于实施例1不含有烧结助剂,其他均与实施例1相同。
不含烧结助剂,相同烧结温度下,形成的产品尚不能完全成瓷,不仅强度低,而且其内部大量气孔的存在,导致其致密度很低,仅为2.83g/cm3;在使用过程中,外界水份渗入气孔,导致其热导率、耐压值等性能指标达不到使用要求。
对比例2
相对于实施例1不含有丙烯酰胺,其他均与实施例1相同。
不含丙烯酰胺,模具中的浆料未发生交联聚合反应形成陶瓷湿坯;丙烯酰胺加入量过少,所形成的陶瓷湿坯强度低,尺寸稳定性差,烧结后容易变形;反之,丙烯酰胺加入量过多,陶瓷湿坯强度过高,在脱模过程中容易开裂。
对比例3
相对于实施例1不含有N-N亚甲基双丙烯酰胺,其他均与实施例1相同。
不含N-N亚甲基双丙烯酰胺,模具中的浆料同样未发生交联聚合反应形成陶瓷湿坯,浆料仍保持液态。
对比例4
相对于实施例1不含有分散剂,其他均与实施例1相同。
不含分散剂,该方法制备的料浆粘度为820mPa·s,室温放置1天,即出现明显分层现象,注凝反应后形成的湿坯表面缺陷较多,湿坯成品率仅为40%。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述陶瓷浆料,其特征在于,所述氧化铝粉的粒径选自120~150目、300~500目、1000~2000目、2000~2500目、3000~5000目中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述陶瓷浆料,其特征在于,所述烧结助剂选自SiO2、TiO2、CaCO3、MgO、V2O5、CuO、MnO2和Fe2O3中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述陶瓷浆料,其特征在于,所述分散剂选自阿拉伯树胶粉、聚丙烯酸铵、聚甲基丙烯酰胺、柠檬酸铵、聚甲基丙烯酸钠、六偏磷酸钠和聚乙烯醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的陶瓷浆料,其特征在于,所述原料组分还包括不超过1重量份的增塑剂;
和/或,所述原料组分还包括不超过0.5重量份的消泡剂;
和/或,所述原料组分还包括不超过2重量份的氧阻聚剂。
6.根据权利要求5所述的陶瓷浆料,其特征在于,所述增塑剂选自邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯、磷酸三甲苯酯、环氧油酸丁酯、己二酸丙二醇聚酯、1,2,4-偏苯三酸三异辛酯、乙二醇、丙三醇、苯甲酸和丙二醇中的一种或多种;
和/或,所述消泡剂选自正丁醇、正辛醇、巴斯夫A10和乙醇中的一种或多种;
和/或,所述氧阻聚剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚氧乙烯、1,4-丁二醇和1,3-丁三醇中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的陶瓷浆料,其特征在于,通过pH调节剂来调节陶瓷浆料的pH值,所述pH调节剂选自氨水、N-甲基乙醇胺、单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和丁基乙醇胺中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的陶瓷浆料,其特征在于,所述陶瓷浆料在25℃下的粘度为100~500mPa·s。
9.权利要求1至8任一项所述陶瓷浆料的制备方法,其特征在于,将各原料组分混合后球磨,球磨的出料粒度为0.5~3μm。
10.如权利要求1至8任一项所述陶瓷浆料用于凝胶注模形成陶瓷的用途。
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