CN115849880B - 基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，包括将低分子量聚乙二醇、高分子量聚乙二醇和陶瓷原料混合，并加入聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚乙烯醇缩丁醛，加热搅拌，得熔融喂料；将部分熔融喂料倒入模具内进行第一次压铸成型，得热压铸半坯体；将型芯材料加工成气道形状放于热压铸半坯体上方，再将另一部分熔融喂料倒入进行第二次压铸成型，得带有型芯的热压铸坯体，加工成陶瓷手臂结构，得到带有型芯的陶瓷手臂坯体，经埋粉烧结和精细加工，得到陶瓷手臂。本发明的方法制备的陶瓷手臂力学性能优异、气密性好、使用寿命长，制备工艺简单且成本低、适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法。
背景技术
半导体产业在全球科技和经济的发展中具有着无可替代的地位，是现代科技的象征，衡量一个国家经济发展、政治和国防实力的重要标志之一就是半导体产业的技术水平和产业规模。传输机器人集成设备是半导体产业加工工序中极为重要的设备之一，在传输晶圆时，陶瓷手臂的抓取和放置动作一般通过真空的吸附和释放来实现，要保证快速柔和、不能产生冲击和振动，吸取装置在抓取料片过程中不会损坏晶圆，且不能给整个生产操作间带入任何污染。
先进陶瓷材料由于具有优异的耐磨、耐腐蚀、低膨胀系数等性能，被广泛用于制备泛半导体领域用陶瓷手臂。目前的陶瓷手臂制备方法主要分为两种：一种是首先对陶瓷板进行精加工，随后依靠陶瓷板组合以形成气道，陶瓷板之间通常使用粘结剂进行固定，但是粘结剂会随着使用时间的增加逐渐老化且难以在高温、腐蚀等苛刻环境中使用，导致陶瓷手臂的使用寿命较短。另一种是引入内模型芯共成型制备陶瓷素坯，随后通过物理或化学方法将型芯去除，最终烧结后得到具有密闭气道的陶瓷手臂。如专利文献CN201910558171.9公开了一种具有气道的陶瓷手臂制备方法，其使用石蜡为内模型芯，并以凝胶注模工艺得到了陶瓷素坯，随后使用有机溶剂将石蜡去除并高温烧结素坯得到氧化铝陶瓷手臂。然而，凝胶注模的湿坯中含有大量水分，干燥大尺寸湿坯时容易出现坯体变形、开裂的现象且耗时较长；另一方面，由于石蜡力学性能较差且与陶瓷素坯的收缩不一致，在干燥过程中极易导致坯体开裂或气道变形；此外，大量使用有毒的有机溶剂会对人体以及环境产生不利影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种力学性能优异、气密性好、使用寿命长、制备工艺简单且成本低、适合工业化生产的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将低分子量聚乙二醇、高分子量聚乙二醇和陶瓷原料混合，并加入聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚乙烯醇缩丁醛，加热搅拌，得到熔融喂料；其中，所述低分子量聚乙二醇选自聚乙二醇200至聚乙二醇600中的一种或多种，所述高分子量聚乙二醇选自聚乙二醇2000至聚乙二醇8000中的一种或多种；
(2)将部分熔融喂料倒入模具内进行第一次压铸成型，压铸成型的温度为40℃～80℃，保持压力5MPa～10MPa，冷却后，得到热压铸半坯体；
(3)先将型芯材料加工成预设的气道形状，然后放于所述热压铸半坯体上方，再将另一部分熔融喂料继续倒入模具内，进行第二次压铸成型，压铸成型的温度为40℃～80℃，保持压力5MPa～10MPa，经冷却、脱模卸压，得到带有型芯的热压铸坯体；
(4)将带有型芯的热压铸坯体加工成预设的陶瓷手臂结构，得到带有型芯的陶瓷手臂坯体；
(5)将带有型芯的陶瓷手臂坯体进行埋粉烧结，得到带有气道的陶瓷毛坯，经精细加工，得到陶瓷手臂。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(1)中，按质量分数计，陶瓷原料为60％～90％，低分子量聚乙二醇为2％～7％，高分子量聚乙二醇为7％～28％，聚甲基丙烯酸甲酯为0～5％，聚乙烯醇缩丁醛为0～5％，聚甲基丙烯酸甲酯与聚乙烯醇缩丁醛不同时为0。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，所述低分子量聚乙二醇为聚乙二醇400，所述高分子量聚乙二醇为聚乙二醇2000。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(3)中，所述型芯材料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物泡沫板、聚甲醛泡沫板、聚乙烯泡沫板和聚丙烯泡沫板中的一种或多种。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(2)中，保压时间为2min～10min，热压铸半坯体的厚度为1mm～10mm；步骤(3)中，保压时间为2min～10min。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述加热搅拌的温度为100℃～140℃，所述加热搅拌的时间为2h～5h。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(2)中，保压时间为2min～10min，热压铸半坯体的厚度为1mm～10mm。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(3)中，保压时间为2min～10min。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(5)中，所述埋粉烧结的过程为：先0.1℃/min～0.3℃/min升温至60℃～100℃并保温2h～10h，然后0.2℃/min～1℃/min升温至600℃～1000℃，再2℃/min～5℃/min升温至1300℃～1650℃并保温3h～8h。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(5)中，埋粉为刚玉砂、γ-氧化铝粉或α-氧化铝粉。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(1)中，得到熔融喂料后，进行真空脱泡，以去除熔融喂料中的气泡。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(2)中部分熔融喂料与步骤(3)中另一部分熔融喂料的质量比为0.4～0.6∶0.4～0.6。
上述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，优选的，步骤(1)中，所述陶瓷原料包括氧化铝、氧化锆、氧化锌和氧化钛中的一种或多种。
本发明中，聚乙二醇的分子量通常指数均分子量，即常规商购中记载的分子量，低分子量聚乙二醇选自分子量为200-600的聚乙二醇中的一种或多种，高分子量聚乙二醇选自分子量为2000-8000的聚乙二醇中的一种或多种。
本发明中，气道为陶瓷手臂中的常规气道，其形状包括U形、Y型、I型等，气道的截面宽度在0.5-1mm之间，截面长度为5-20mm，但不限于此。
本发明的思路如下：
本发明通过将低分子量聚乙二醇与高分子量聚乙二醇协同并控制其含量得到相容性好、分散性能优异且具有高固含量的陶瓷喂料；
聚乙二醇的沸点高且稳定性优异，在高温搅拌和除泡过程中不易挥发和分解，一方面，可以有效提高陶瓷喂料的稳定性和均匀性，不会因为长时间搅拌而发生性质变化，另一方面，少的挥发和分解可以使真空脱泡过程更为彻底，从而获得缺陷很少或没有缺陷的陶瓷坯体；
聚乙二醇的热焓较高，融化过程中需要吸收的热量更多，融化更为缓慢，升温过程中，聚乙二醇可以在埋粉的虹吸作用下缓慢排出，产生的应力较小，不会导致坯体开裂，有利于大尺寸陶瓷的制备；另一方面，聚乙二醇的高沸点和稳定性也可以有效避免升温过程中气泡的产生，从而避免坯体开裂，最终获得缺陷少且性能优异的陶瓷产品；
使用高分子聚合物对聚乙二醇进行改性，可以有效提高陶瓷坯体的强度，从而促使其可以直接使用数控机床进行加工，进而得到尺寸精密度高的陶瓷坯体，并且，此工艺可根据产品要求实现特性化定制；
一体成型的方式可以避免了传统陶瓷手臂粘接剂老化的问题，从而延长了陶瓷手臂的使用寿命。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的方法采用热压铸成型工艺一体成型制备陶瓷手臂，工艺简单，成本低，制备的陶瓷手臂力学性能优异，绝缘性能好，耐高温，耐热冲击，化学性能稳定且气密性能好，能适应各种工作环境，使用寿命长。
(2)本发明的方法以聚乙二醇为主体粘结剂、以聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇缩丁醛作为增强剂，和陶瓷原料混合后制备了高固含量且分散性能优异的陶瓷喂料，经两次压铸成型后可以得到高固含量且无缺陷的陶瓷坯体，对坯体进行加工(如使用数控机床)可得到带有型芯的陶瓷手臂坯体，烧结后即可得到陶瓷手臂。本发明的方法以聚乙二醇为基体粘结剂的陶瓷热压铸成型配方，相较于现有石蜡基热压铸成型配方，能够实现大尺寸坯体的安全高效率脱脂，且本发明通过两次热压铸成型工艺制备陶瓷坯体，可以精准定位型芯的位置，为后续的加工降低了难度，提高了生产效率。与传统方法相比，本发明的方法直接对聚乙二醇基陶瓷坯体进行加工，加工难度低，精密度高，烧结后只需进行小量精细加工即可得到陶瓷手臂，节约了大量的加工成本，坯体加工过程中去除掉的喂料也可进行二次熔融重新制备坯体，避免了传统工艺中原料的大量浪费，并且，本发明的工艺可根据产品要求实现特性化定制，容易实现工业化生产。
(3)本发明采用埋粉烧结可以促进热压坯体中的聚乙二醇排除，在升温过程中，聚乙二醇(PEG)不断融化并通过毛细管力逐渐被埋粉吸收，在高温下经热分解过程转化为气体排出，并防止坯体开裂，同样可以抑制烧结变形；另外，烧结还可以促使陶瓷致密化，其中，型芯材料在烧结过程中变为气体排除，在原来的地方留下空位，形成气道。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1
一种本发明的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取150g聚乙二醇400(3.75％)、390g聚乙二醇2000(9.75％)、60g聚乙烯醇缩丁醛(1.5％)以及3400g氧化铝粉(85％)置于加热搅拌机中混合并搅拌，搅拌过程为先在120℃下搅拌3h，得到熔融喂料。
(2)使用真空搅拌脱泡机去除脱除熔融喂料中的气泡，随后将2000g熔融喂料倒入模压机模腔内，进行第一次压铸成型，然后冷却模腔，得到热压铸半坯体；其中模具温度为55℃，保持压力5MPa，保压时间为5min，模具尺寸为400mm×200mm×40mm。
(3)使用线切割机将聚甲醛泡沫薄板(厚度为1mm)加工成预设的气道形状并将其放置在热压铸半坯体上方，随后将剩余熔融喂料继续倒入模压机模腔内，进行第二次压铸成型，然后冷却模腔，脱模卸压，得到带有型芯的热压铸坯体；其中模具温度为55℃，保持压力5MPa，保压时间为5min。
(4)使用CNC加工中心、线切割机以及平面磨床等常规设备将带有型芯的热压铸坯体加工成预设的陶瓷手臂结构，得到带有型芯的陶瓷手臂坯体。
(5)将带有型芯的陶瓷手臂坯体置于高温烧结炉中烧结，烧结方式为埋粉烧结，烧结制度为0.1℃/min升温至80℃并保温5h，0.3℃/min升温至600℃，2℃/min升温至1650℃并保温3h，埋粉为刚玉砂，得到带有气道的陶瓷毛坯，使用CNC加工中心、平面磨床以及数控抛光机等精细加工设备对陶瓷毛坯进行精细加工，得到氧化铝陶瓷手臂。
实施例2
一种本发明的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取100g聚乙二醇200(2.5％)、480g聚乙二醇2000(12％)、60g聚乙烯醇缩丁醛(1.5％)以及3360g氧化铝粉(84％)置于加热搅拌机中混合并加热搅拌，得到熔融喂料，其中搅拌过程为120℃×3h；
(2)使用真空搅拌脱泡机去除脱除熔融喂料中的气泡，随后将2000g熔融喂料倒入模压机模腔内，进行第一次压铸成型，然后冷却模腔，得到热压铸半坯体；其中模具温度为60℃，保持压力6MPa，保压时间为5min，模具尺寸为400mm×200mm×40mm；
(3)使用线切割机将乙烯-醋酸乙烯共聚物泡沫板加工成气道形状并将其放置在热压铸成型坯体上方，随后将剩余熔融喂料继续倒入模压机模腔内，进行第二次压铸成型，然后冷却模腔，脱模卸压，得到带有型芯的热压铸坯体；其中模具温度为60℃，保持压力6MPa，保压时间为5min；
(4)使用CNC加工中心、线切割机以及平面磨床等加工设备对带有型芯的热压铸坯体进行加工，得到带有型芯的陶瓷手臂坯体；
(5)将带有型芯的陶瓷坯体置于高温烧结炉中烧结，其中，烧结方式为埋粉烧结，烧结制度为0.2℃/min升温至60℃并保温10h，0.2℃/min升温至600℃，2℃/min升温至1650℃并保温3h，埋粉为刚玉砂，得到带有气道的陶瓷毛坯，使用CNC加工中心、平面磨床以及数控抛光机等精细加工设备对陶瓷毛坯进行精细加工，得到氧化铝陶瓷手臂。
实施例3
一种本发明的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取150g聚乙二醇400(3.75％)、360g聚乙二醇2000(9％)、90g聚甲基丙烯酸甲酯(2.25％)以及3400g氧化铝粉(85％)置于加热搅拌机中混合并加热搅拌，得到熔融喂料，其中加热搅拌过程为120℃×5h；
(2)使用真空搅拌脱泡机去除脱除熔融喂料中的气泡，随后将2000g熔融喂料倒入模压机模腔内，进行第一次压铸成型，然后冷却模腔，得到热压铸半坯体；其中模具温度为55℃，保持压力5MPa，保压时间为5min，热压铸成型坯体的厚度为3mm，模具尺寸为400mm×200mm×40mm；
(3)将聚丙烯泡沫板加工成气道形状并将其放置在热压铸成型坯体上方，随后将剩余熔融喂料继续倒入模压机模腔内，进行第二次压铸成型，然后冷却模腔，脱模卸压，得到带有型芯的热压铸坯体；其中模具温度为55℃，保持压力5MPa，保压时间为5min；
(4)使用CNC加工中心，线切割机以及平面磨床等设备对带有型芯的热压铸坯体进行加工，得到带有型芯的陶瓷手臂坯体；
(5)将带有型芯的陶瓷坯体置于高温烧结炉中烧结，其中，烧结方式为埋粉烧结，烧结制度为0.1℃/min升温至70℃并保温5h，0.2℃/min升温至600℃，2℃/min升温至1650℃并保温3h，埋粉为刚玉砂，得到带有气道的陶瓷毛坯，使用CNC加工中心、平面磨床以及数控抛光机等精细加工设备对陶瓷毛坯进行精细加工，得到氧化铝陶瓷手臂。
实施例4
一种本发明的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取100g聚乙二醇400(2.47％)、300g聚乙二醇2000(7.43％)、40g聚乙烯醇缩丁醛(1％)以及3600g氧化锆粉(3YSZ)(89.1％)置于加热搅拌机中混合并加热搅拌，得到熔融喂料，其中搅拌过程为120℃×5h；
(2)使用真空搅拌脱泡机去除脱除熔融喂料中的气泡，随后将2000g熔融喂料倒入模压机模腔内，进行第一次压铸成型，然后冷却模腔，得到热压铸半坯体；其中模具温度为60℃，保持压力6MPa，保压时间为5min，模具尺寸为400mm×200mm×40mm；
(3)使用线切割机将聚甲醛泡沫板加工成气道形状并将其放置在热压铸成型坯体上方，随后将除泡后的熔融喂料继续倒入模压机模腔内，进行第二次压铸成型，然后冷却模腔，脱模卸压，得到带有型芯的热压铸坯体；其中模具温度为60℃，保持压力6MPa，保压时间为5min；
(4)使用CNC加工中心、线切割机以及平面磨床等设备对带有型芯的热压铸坯体进行加工，得到带有型芯的陶瓷手臂坯体；
(5)将带有型芯的陶瓷坯体置于高温烧结炉中烧结，其中，烧结方式为埋粉烧结，烧结制度为0.1℃/min升温至70℃并保温9h，0.2℃/min升温至600℃，2℃/min升温至1450℃并保温3h，埋粉为γ-氧化铝粉，得到带有气道的陶瓷毛坯，使用CNC加工中心、平面磨床以及数控抛光机等精细加工设备对陶瓷毛坯进行精细加工，得到氧化锆陶瓷手臂。
实施例5
一种本发明的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取120g聚乙二醇400(2.94％)、300g聚乙二醇2000(7.37％)、50g聚乙烯醇缩丁醛(1.23％)、3000g氧化锆粉(5YSZ)(73.71％)以及600g氧化锌粉(14.75％)置于加热搅拌机中混合并加热搅拌，得到熔融喂料，其中加热搅拌过程为120℃×5h；
(2)使用真空搅拌脱泡机去除脱除熔融喂料中的气泡，随后将2000g熔融喂料倒入模压机模腔内，进行第一次压铸成型，然后冷却模腔，得到热压铸半坯体；其中模具温度为60℃，保持压力6MPa，保压时间为5min，热压铸成型坯体的厚度为3mm，模具尺寸为400mm×200mm；
(3)将聚乙烯泡沫板加工成气道形状并将其放置在热压铸成型坯体上方，随后将剩余熔融喂料继续倒入模压机模腔内，进行第二次压铸成型，然后冷却模腔，脱模卸压，得到带有型芯的热压铸坯体；其中模具温度为60℃，保持压力6MPa，保压时间为5min；
(4)使用数控机床对带有型芯的热压铸坯体进行加工，得到带有型芯的陶瓷手臂坯体；
(5)将带有型芯的陶瓷坯体置于高温烧结炉中烧结，其中，烧结方式为埋粉烧结，烧结制度为0.1℃/min升温至80℃并保温6h，0.2℃/min升温至600℃，2℃/min升温至1350℃并保温3h，埋粉为γ～氧化铝粉，得到带有气道的陶瓷毛坯，使用CNC加工中心、平面磨床以及数控抛光机等精细加工设备对陶瓷毛坯进行精细加工，得到氧化锆防静电陶瓷手臂。
对比例1
一种氧化铝陶瓷手臂的常规制备方法，包括以下步骤：
(1)称取10000g氧化铝粉、10000g去离子水、50g聚乙烯醇以及30000g氧化锆球置于滚筒式球磨罐中进行球磨后得到陶瓷浆料，球磨时间为24小时；
(2)将陶瓷浆料经喷雾造粒、干燥后得到球形氧化铝原料颗粒，其中喷雾干燥塔的温度为230℃，烘箱温度为50℃，颗粒尺寸分布为50～150微米；
(3)将球形氧化铝原料颗粒进行干压-等静压成型，得到氧化铝陶瓷素坯，其中干压成型压力为50MPa，保压时间为5分钟，等静压成型压力为150MPa，保压时间为15分钟，坯体尺寸为400×200×20mm；
(4)将氧化铝陶瓷素坯放置于硅钼棒炉中烧结，得到氧化铝陶瓷板，烧结温度为1650℃，保温时间为3h；
(5)使用线切割机将氧化铝陶瓷板切割成5mm的氧化铝陶瓷薄板，随后使用平面磨将其中两块氧化铝陶瓷薄板磨平并使其厚度达到3mm，磨平后使用CNC加工中心、平面磨床以及数控抛光机等精细加工设备对其进行加工，最后使用环氧树脂将两块陶瓷板粘结得到氧化铝陶瓷手臂。
对比例2
一种氧化锆陶瓷手臂的常规制备方法，包括以下步骤：
(1)称取10000g氧化锆粉、8000g去离子水、50g聚乙烯醇以及30000g氧化锆球置于滚筒式球磨罐中进行球磨后得到陶瓷浆料，球磨时间为24小时；
(2)将陶瓷浆料经喷雾造粒、干燥后得到球形氧化锆原料颗粒，其中喷雾干燥塔的温度为230℃，烘箱温度为50℃，颗粒尺寸分布为50～150微米；
(3)将球形氧化锆原料颗粒进行干压-等静压成型，得到氧化锆陶瓷素坯，其中干压成型压力为50MPa，保压时间为5分钟，等静压成型压力为150MPa，保压时间为15分钟，坯体尺寸为400×200×20mm；
(4)将氧化锆陶瓷素坯放置于硅钼棒炉中烧结，得到氧化锆陶瓷板，烧结温度为1450℃，保温时间为3h；
(5)使用线切割机将氧化锆陶瓷板切割成5mm的氧化锆陶瓷薄板，随后使用平面磨将其中两块氧化锆陶瓷薄板磨平并使其厚度达到3mm，磨平后使用CNC加工中心、平面磨床以及数控抛光机等精细加工设备对其进行加工，最后使用环氧树脂将两块陶瓷板粘结得到氧化锆陶瓷手臂。
对比例3
一种氧化锆防静电陶瓷手臂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取7500g氧化锆(5YSZ)粉、1500g氧化锌粉、7500g去离子水、50g聚乙烯醇以及27000g氧化锆球置于滚筒式球磨罐中进行球磨后得到陶瓷浆料，球磨时间为24小时；
(2)将陶瓷浆料经喷雾造粒、干燥后得到球形防静电陶瓷原料颗粒，其中喷雾干燥塔的温度为230℃，烘箱温度为50℃，颗粒尺寸分布为50～150微米；
(3)将球形防静电原料颗粒进行干压-等静压成型，得到防静电陶瓷素坯，其中干压成型压力为50MPa，保压时间为5分钟，等静压成型压力为150MPa，保压时间为15分钟，坯体尺寸为400×200×20mm；
(4)将防静电陶瓷素坯放置于硅钼棒炉中烧结，得到防静电陶瓷板，烧结温度为1350℃，保温时间为3h；
(5)使用线切割机将氧化锆防静电陶瓷板切割成5mm的氧化锆防静电陶瓷薄板，随后使用平面磨将其中两块氧化锆防静电陶瓷薄板磨平并使其厚度达到3mm，磨平后使用CNC加工中心、平面磨床以及数控抛光机等精细加工设备对其进行加工，最后使用环氧树脂将两块陶瓷板粘结得到氧化锆防静电陶瓷手臂。
采用阿基米德排水法测试实施例1-5及对比例1-3的陶瓷致密度，采用三点弯曲法测试实施例1-5及对比例1-3的陶瓷的抗弯强度，采用维氏硬度计测试实施例1-5及对比例1-3的陶瓷的维氏硬度，测试实施例1-5和对比例1-3提供的陶瓷手臂在使用90天后的气密性，结果如表1所示。
表1实施例1-5、对比例1-3的陶瓷手臂性能测试表
上述实施例和对比例中，实施例1-3和对比例1制备了氧化铝陶瓷，实施例4和对比例2制备了氧化锆陶瓷，实施例5和对比例3制备了氧化锆防静电陶瓷。从表1中可以看出，实施例1-3的氧化铝陶瓷的致密度至少为99.2％，抗弯强度至少为420MPa，维氏硬度至少为16.7GPa，实施例4的氧化锆陶瓷致密度为99.4％，维氏硬度为12.4GPa，抗弯强度达到894MPa，实施例5提供的氧化锆防静电陶瓷的致密度为97.3％，硬度为9.3GPa，抗弯强度为382MPa，相较于对比例1-3分别提供的氧化铝、氧化锆以及氧化锆防静电陶瓷，实施例1-5提供的陶瓷的力学性能没有出现明显下降，表明本发明提供的方法可以制备性能优异的陶瓷材料，适合工业生产，同时，对比实施例1-5和对比例1-3提供的陶瓷手臂在使用90天后的气密性，可以发现实施例1-5使用90天后仍具有优良的气密性，而对比例1-3提供的陶瓷手臂由于粘结剂失效，使用90天后气密性较差。因此，本发明提供陶瓷手臂一体成型方法可以制备出同时具有优异力学性能和长期优异的气密性的陶瓷手臂。相较于传统方法制备的陶瓷手臂，本发明提供的陶瓷手臂生产工艺简单，适合工业生产且可以节约大量加工成本，更重要的是，本发明提供的陶瓷手臂可以在更苛刻的环境中使用且具有更长的使用寿命。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将低分子量聚乙二醇、高分子量聚乙二醇和陶瓷原料混合，并加入聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚乙烯醇缩丁醛，加热搅拌，得到熔融喂料；其中，所述低分子量聚乙二醇选自聚乙二醇200至聚乙二醇600中的一种或多种，所述高分子量聚乙二醇选自聚乙二醇2000至聚乙二醇8000中的一种或多种；
(2)将部分熔融喂料倒入模具内进行第一次压铸成型，压铸成型的温度为40℃～80℃，保持压力5MPa～10MPa，冷却后，得到热压铸半坯体；
(3)先将型芯材料加工成预设的气道形状，然后放于所述热压铸半坯体上方，再将另一部分熔融喂料继续倒入模具内，进行第二次压铸成型，压铸成型的温度为40℃～80℃，保持压力5MPa～10MPa，经冷却、脱模卸压，得到带有型芯的热压铸坯体；
(4)将带有型芯的热压铸坯体加工成预设的陶瓷手臂结构，得到带有型芯的陶瓷手臂坯体；
(5)将带有型芯的陶瓷手臂坯体进行埋粉烧结，得到带有气道的陶瓷毛坯，经精细加工，得到陶瓷手臂；
步骤(1)中，按质量分数计，陶瓷原料为60％～90％，低分子量聚乙二醇为2％～7％，高分子量聚乙二醇为7％～28％，聚甲基丙烯酸甲酯为0～5％，聚乙烯醇缩丁醛为0～5％；
步骤(5)中，所述埋粉烧结的过程为：先0.1℃/min～0.3℃/min升温至60℃～100℃并保温2h～10h，然后0.2℃/min～1℃/min升温至600℃～1000℃，再2℃/min～5℃/min升温至1300℃～1650℃并保温3h～8h。
2.根据权利要求1所述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，所述低分子量聚乙二醇为聚乙二醇400，所述高分子量聚乙二醇为聚乙二醇2000。
3.根据权利要求1所述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述型芯材料包括乙烯-醋酸乙烯共聚物泡沫板、聚甲醛泡沫板、聚乙烯泡沫板和聚丙烯泡沫板中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热搅拌的温度为100℃～140℃，所述加热搅拌的时间为2h～5h；步骤(2)中，保压时间为2min～10min，热压铸半坯体的厚度为1mm～10mm；步骤(3)中，保压时间为2min～10min。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，埋粉为刚玉砂、γ-氧化铝粉或α-氧化铝粉。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，得到熔融喂料后，进行真空脱泡，以去除熔融喂料中的气泡。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中部分熔融喂料与步骤(3)中另一部分熔融喂料的质量比为0.4～0.6∶0.4～0.6。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的基于热压铸成型的陶瓷手臂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述陶瓷原料包括氧化铝、氧化锆、氧化锌和氧化钛中的一种或多种。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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