CN115321968A

CN115321968A - 一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型pom基配方体系及其应用

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Publication number: CN115321968A
Application number: CN202210970858.5A
Authority: CN
Inventors: 王娜娜; 王文利; 杨俊华; 王高翔; 王辉; 李游
Original assignee: Zhejiang Changke Ceramics New Material Co ltd
Current assignee: Zhejiang Changke Ceramics New Material Co ltd
Priority date: 2022-08-14
Filing date: 2022-08-14
Publication date: 2022-11-11

Abstract

本发明属于陶瓷粉体注射成型领域，具体公开了一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系及其应用,所述超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系由以下质量百分比的成分组成：氧化铝纳米陶瓷粉体77‑81%，粘结剂19‑23%；其中：粘结剂中各组分的占比为：POM 70‑80%；骨架组分8‑15%，抗氧化剂2‑5%；超分散剂4‑8%；润滑剂15%。本发明涉及的配方体系，能够制备出流动性好，性能稳定的纳米氧化铝陶瓷喂料，成型复杂薄壁产品，且催化脱脂效率高，脱脂无开裂等不良，烧结后产品的密度高，均一稳定，可应用高质量要求的精密零部件生产，如陶瓷氧化传感器、纺织瓷等，具有很大的经济效益。

Description

一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系及其应用

技术领域

本发明属于陶瓷粉体注射成型领域，具体公开了一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系及其应用。

背景技术

粉末注射成型是行业内一直在研究的一种粉体成型方式，它可以补充目前粉末常规的干压成型，等静压成型方式，制作更为复杂，异形的产品，因此行业内普遍存在这种工艺，但这种工艺的重点是形成粘结性及流动性良好的喂料，通过注射成型后，能够顺利排出添加在喂料中占比20%左右的有机粘结剂，使陶瓷顺利烧结成瓷，不发生开裂，变形等不良缺陷，目前从粘结剂排出方式去划分，主要由溶剂脱脂型（蜡基）、催化脱脂型（POM基，直接热脱脂型（塑基）三种常规配方体系，蜡基由于配方中含有50~70%的石蜡成分，坯体强度较差，且需采用大量有机溶剂，环保要求高；而直接热脱脂型配方体系的脱脂效率慢，只适合做小型薄壁型产品，且热脱脂工艺与产品的形态，大小，脱脂炉等都有强关联，不适用于多品种产品的开发。

针对POM基催化脱脂配方体系，目前行业内并没有完全成熟的配方体系，可以广泛应用于多形态、高精密、高质量要求的产品上。主要是有多方面的问题存在：1、喂料的流动性差，注射时易冷出现流纹分层等缺陷，并针对不同的产品会有不同缺陷出现；2、喂料中粘结剂之间以及与纳米陶瓷粉的相容性差，导致注射后坯体强度低，易出现隐裂等显微缺陷；3、烧结后的制品密度低，普遍比干压成型、等静压成型的密度低、强度差，这个是主要的因素。因此陶瓷粉体注射成型的方式到目前为止并没有像干压成型、等静压成型那样有广泛的应用。

目前本领域中存在多种复杂异形件的开发需求，如氧传感器、设备配件、以及其他定制件等带有斜度、斜孔等难以干压成型的产品，需采用注射成型的方式。POM基催化脱脂配方中主要由POM、骨架组分、润滑剂、抗氧化剂、表面活性剂等多种组分组成。POM是催化脱脂的主要脱出成分，高含量的POM可以显著缩短催化脱脂的时间，骨架成分是在POM脱出后依旧能够保型转运生坯，进烧结炉进行烧结；抗氧化剂主要是防止POM在密炼过程中的分解，表面活性剂主要是润湿粉体，增加有机粘结剂与陶瓷粉体之间的结合，润滑剂主要是改善喂料中粘结剂与粘结剂，以及喂料与金属壁之间的摩擦。高含量的POM以及高固含量的陶瓷粉体会使喂料变得硬而易冷，在注射过程中，一方面不易充模，尤其是在较薄而小的区域；另一方面料头遇金属壁极易冷却，与其他料头汇合处不能融合，形成缺陷，在陶瓷烧结后表现出十分明显的熔接纹，甚至分层裂纹，为陶瓷强度最为薄弱的位置；需要兼顾实际生产以及产品质量保证。很可惜，上述难点一直没有得到有效的解决。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系及其应用。

本发明的技术方案如下：

一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，由以下质量百分比的成分组成：

氧化铝纳米陶瓷粉体77-81%，粘结剂19-23%；

其中：粘结剂中各组分的占比为：

POM 70-80%；骨架组分8-15%，抗氧化剂2-5%；超分散剂4-8%；润滑剂15%。

进一步的，上述一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，所述氧化铝纳米陶瓷粉体的中位径粒度为0.3-1μm。

进一步的，上述一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，所述骨架组分选自HDPE、PP、EVA中的至少一种。

进一步的，上述一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，所述润滑剂具有≥20g/10min的高熔融指数。

进一步的，上述一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，所述润滑剂选自通用塑胶注塑润滑剂，石蜡，微晶蜡，DOP中的至少一种。

进一步的，上述一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，所述超分散剂为同时具有羧基及羟基的极性不规则链状化合物。

进一步的，上述一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系的应用，包括以下步骤：

喂料的制备工艺如下：首先预热粉体及密炼机混合腔，温度在120-150℃之间，加入陶瓷粉与超分散剂，充分混匀，后加入POM，骨架组分，抗氧化剂，润滑剂，在185-195℃下混炼后即可卸料冷却进行造粒，造粒后即成为喂料，可进行注射；

注射的工艺如下：采用中压中速，高模温，催化脱脂采用草酸蒸汽作为催化剂，温度为120-140℃，待脱脂后坯体强度高，无裂纹鼓泡等缺陷，后进入烧结工序，烧结成瓷。

进一步的，上述一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系的应用，喂料的制备工艺中，混合时间10-30min，混炼时间30-50min。

进一步的，上述一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系的应用，注射的工艺中，脱脂的脱出塑料平均为0.3mm/h，烧结温度和时间为1600℃/2h。

进一步的，上述一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系的应用，应用于陶瓷氧化传感器或纺织瓷的制备。

本发明具有如下有益效果:本发明公开了一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系及其应用。原料选择上，我们通过调整骨架组分以及表面活性剂，选择熔融指数＞20g/10min的骨架塑胶粒子，可以显著改善喂料的流动性；同时选择超强分散的表面活性剂，可以有效分散纳米粉体，使粉体与有机粘结剂之间均匀混合分散。POM为共聚甲醛，具有较好的温度稳定性，熔融指数为120g/10min，具有高流动性，超分散剂为同时具有羧基及羟基的极性不规则链状化合物，非直链，可以与粉体不规则表面很好的锲合，形成强吸附作用，增强粉体在有机物中的分散，同时保持分散后的稳定性，避免喂料注射时在强冲击或摩擦力作用下分层。本发明涉及的配方体系，能够制备出流动性好，性能稳定的纳米氧化铝陶瓷喂料，成型复杂薄壁产品，且催化脱脂效率高，脱脂无开裂等不良，烧结后产品的密度高，均一稳定，烧结后的瓷体各位置透光度高，实施例中密度达到3.92g/cm³，强度高，性能稳定，外观质感好，无不良缺陷。可应用高质量要求的精密零部件生产，如陶瓷氧化传感器、纺织瓷等，具有很大的经济效益。

具体实施方式

氧化铝纳米陶瓷粉体77-81%，粘结剂19-23%；

其中：粘结剂中各组分的占比为：

POM 70-80%；骨架组分8-15%，抗氧化剂2-5%；超分散剂4-8%；润滑剂15%。；

所述氧化铝纳米陶瓷粉体的中位径粒度为0.3-1μm；

所述骨架组分选自HDPE、PP、EVA中的至少一种；

所述润滑剂具有≥20g/10min的高熔融指数；

所述润滑剂选自通用塑胶注塑润滑剂，石蜡，微晶蜡，DOP中的至少一种；

所述超分散剂为同时具有羧基及羟基的极性不规则链状化合物；

上述超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系的应用，包括以下步骤：

注射的工艺如下：采用中压中速，高模温，催化脱脂采用草酸蒸汽作为催化剂，温度为120-140℃，待脱脂后坯体强度高，无裂纹鼓泡等缺陷，后进入烧结工序，烧结成瓷；

优选的，喂料的制备工艺中，混合时间10-30min，混炼时间30-50min；

优选的，注射的工艺中，脱脂的脱出塑料平均为0.3mm/h，烧结温度和时间为1600℃/2h。

优选的，上述超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系应用于陶瓷氧化传感器或纺织瓷的制备。

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中使用的试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

中位径0.4μm的氧化铝粉质量比为：80%，粘结剂占比为20%；粘结剂中，POM占比为70%，PP占比为5%，EVA占比为10%，熔指均大于20g/10min，抗氧化剂为3%，润滑剂为5%，超分散剂为7%；在185℃进行密炼40min，催化脱脂温度为130℃，脱脂时间为12h，POM脱除率为95%以上；在1600℃下保温2h烧结得到的氧化铝陶瓷制品的密度为3.92g/cm³；透光率好，整体密度均一，满足客户对外观质感的要求。

实施例2

中位径0.4μm的氧化铝粉质量比为：80%，粘结剂占比为20%；粘结剂中，POM占比为70%，HDPE占比为8%，EVA占比为7%，熔指均大于20g/10min，抗氧化剂为3%，润滑剂为5%，超分散剂为7%；在185℃进行密炼40min，催化脱脂温度为130℃，脱脂时间为12h，POM脱除率为95%以上；在1600℃下保温2h烧结得到的氧化铝陶瓷制品的密度为3.92g/cm³；透光率好，整体密度均一，满足客户对外观质感的要求。

实施例3

中位径0.4μm的氧化铝粉质量比为：77%，粘结剂占比为23%；粘结剂中，POM占比为80%，EVA占比为8%，抗氧化剂为3%，润滑剂为4%，超分散剂为5%；在185℃进行密炼40min，催化脱脂温度为130℃，脱脂时间为12h，POM脱除率为95%以上；在1600℃下保温2h烧结得到的氧化铝陶瓷制品的密度为3.92g/cm³；透光率好，整体密度均一，满足客户对外观质感的要求。

对比例1

中位径0.4μm的氧化铝粉质量比为：80%，粘结剂占比为20%；粘结剂中，POM占比为75%，EVA占比为8%，抗氧化剂为3%，润滑剂为5%，超分散剂为9%；在185℃进行密炼40min，催化脱脂温度为130℃，脱脂时间为12h，脱脂后坯体发生开裂；坯体强度差，注射时易产生隐裂。

对比例2

中位径0.4μm的氧化铝粉质量比为：80%，粘结剂占比为20%；粘结剂中，POM占比为70%，HDPE占比为8%，EVA占比为7%，抗氧化剂为3%，润滑剂为5%，分散剂更换为硬脂酸，占比7%；在185℃进行密炼40min，催化脱脂温度为130℃，脱脂时间为12h，POM脱除率为95%以上；在1600℃下保温2h烧结得到的氧化铝陶瓷制品的密度为＜3.9g/cm³；各区域透光率及密度不均一，在浇口的远端存在较为严重的密度不均，不能满足客户对外观质感的要求。

对比例3

中位径0.4μm的氧化铝粉质量比为：80%，粘结剂占比为20%；粘结剂中，POM占比为70%，PP占比为5%，EVA占比为10%，PP熔指为3g/10min，抗氧化剂为3%，润滑剂为5%，超分散剂为7%；在185℃进行密炼40min，催化脱脂温度为130℃，脱脂时间为12h，POM脱除率为95%以上；在1600℃下保温2h烧结得到的氧化铝陶瓷制品在浇口的远端存在较为严重的密度不均，透光率质感差，不能满足客户对外观质感的要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的有限几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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。

Claims

1.一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，其特征在于，由以下质量百分比的成分组成：

氧化铝纳米陶瓷粉体77-81%，粘结剂19-23%；

其中：粘结剂中各组分的占比为：

2.根据权利要求1所述的一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，其特征在于，所述氧化铝纳米陶瓷粉体的中位径粒度为0.3-1μm。

3.根据权利要求1所述的一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，其特征在于，所述骨架组分选自HDPE、PP、EVA中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，其特征在于，所述润滑剂具有≥20g/10min的高熔融指数。

5.根据权利要求4所述的一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，其特征在于，所述润滑剂选自通用塑胶注塑润滑剂，石蜡，微晶蜡，DOP中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系，其特征在于，所述超分散剂为同时具有羧基及羟基的极性不规则链状化合物。

7.如权利要求1-6任一项所述的超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系的应用，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，喂料的制备工艺中，混合时间10-30min，混炼时间30-50min。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，注射的工艺中，脱脂的脱出塑料平均为0.3mm/h，烧结温度和时间为1600℃/2h。

10.如权利要求1-6任一项所述的超细氧化铝陶瓷粉体注射成型POM基配方体系的应用，其特征在于，应用于陶瓷氧化传感器或纺织瓷的制备。