CN1193076C

CN1193076C - 纳米氧化铝胶体功能陶瓷涂料生产方法

Info

Publication number: CN1193076C
Application number: CNB031178715A
Authority: CN
Inventors: 王达健
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: CN1454943A

Abstract

本发明涉及一种钠米氧化铝胶体功能陶瓷涂料生产方法，将原料氧化铝用水溶解，调整pH至1～4，形成稳定氧化铝胶体，再加入氧化铝、氧化锶或氧化镧作为晶种，经均匀化分散制得晶种化的氧化铝胶体，在该胶体中加入陶瓷填料，再经分散均匀化，得到稳定的陶瓷涂料。该涂料的原料来源广、成本低，经晶化处理的氧化铝胶体能解决厚膜龟裂和微缺陷，低温致密化、涂层自催化等关键技术问题，在后续涂层和薄膜施工中无有害成份释放，能满足各自涂膜需要。可用于耐蚀、耐磨、导电、环境催化等的涂膜。

Description

纳米氧化铝胶体功能陶瓷涂料生产方法

一.技术领域：陶瓷材料制备

二.背景技术：本技术涉及陶瓷涂层和薄膜的一种新的制备方法，即用工业一水氧化铝为原料，制备环境型、高固体份的稳定氧化铝溶胶和功能陶瓷涂料方法。

陶瓷的制备工艺包括粉体制备、成型和烧结。在成型工艺中，有模压(干压)、挤压、滚压、流涎、注射、浇注、压注、冷等静压、热等静压等，在烧结工艺中，发展了如气氛压力烧结、热等静压、微波烧结、等离子烧结等技术。陶瓷坚硬性脆，致密化加工困难，设备要求高，成本需要降低。因此，陶瓷的湿法加工技术得到快速发展。

溶胶-凝胶法是陶瓷表面工程非常重要的技术，具有如下优点：工艺过程温度低、制备的材料非常均匀，产物成分容易控制，用料少，便于产业化。

制备氧化铝溶胶的方法主要有铝醇盐水解法、无机铝盐合成法、铝酸钠溶液晶种分解法等，例如：用100摩尔的水与1摩尔的铝醇盐，水解得到的胶体为透明的水溶胶，颗粒为板状勃姆石结构；铝盐与酸或碱反应；在加热条件下，用一种有机酸比如醋酸与金属铝粉反应；在微量硅酸根离子和硫酸根离子存在下，用盐酸溶液与金属铝反应，得到氢氧化铝胶体。用铝酸钠溶液与二氧化碳反应，加入非晶态的氢氧化铝，在酸性、碱性或混合物中，调节pH为11左右，加热到约90℃约5分钟，进一步加热到90-250℃，得到氧化铝胶体。

上述溶胶-凝胶法存在若干局限性。首先，铝醇盐水解法需要专门制备铝醇盐，有机醇盐的水解于缩聚形成凝胶，有机醇盐制备成本高，有环境危害性；采用铝粉合成及其它方法，需要凝胶，洗涤、脱除电解质、再胶溶，成本高、工艺复杂。其次，现有的溶胶-凝胶薄膜法在干燥时，由于溶剂大量蒸发，产生收缩，导致龟裂和大量微缺陷，因此不能制备厚膜。再次，陶瓷薄膜与基底的结合强度是氧化铝胶体薄膜技术的普遍问题。

与本申请技术相近的文献：(1)作为分散剂的纳米颗粒薄铝石溶胶对氧化铝陶瓷密实化的影响(Ananthakumar-S；Raja-Vijay；Warrier-KGK，MaterialsLetters，2000，43(4)，p174-179)，文中报导了用一水氧化铝(AlOOH)作为分散微米级氧化铝粉的方法。纳米颗粒溶胶分散的氧化铝悬浮浆料，通过加压成一定形状，认为在pH＝6.2时分散性好，固体含量达到80％(重量百分比)，但有部分絮凝。浆料含氧化铝为17.2％(按体积计)时，最大理论素坯密度为63％，最大线性收缩率小于3％，在1450℃时最大理论烧结密度为97％，平均晶粒约2微米。(2)控制活性含氢氧化物化学键合磷酸盐复合陶瓷合陶瓷涂层的制造(Troczynski，Tomasz；Yang，Quanzu，WO2001087798)，专利报导了用醇盐水解法制备陶瓷体材和涂层的方法，重点采用化学键合方法提高陶瓷与基底的结合力。

针对上述问题，本发明发展一种新的陶瓷涂料生产方法，解决溶胶-凝胶有机铝醇盐水解法成本高、厚膜龟裂和基底附着力差几个关键技术问题。

三.发明内容

1.发明目的

本发明涉及环境型、高固体份的稳定氧化铝溶胶和功能陶瓷涂料制备方法。采用工业一水氧化铝为原料，以降低陶瓷加工成本；不采用有机溶剂均匀分散陶瓷颗粒，对环境无危害；通过氧化物晶种化，实现涂膜低温致密化和与基底的强化学键合。

2.技术内容

(1)工艺流程

图1是本发明的工艺流程图。氧化铝原料，用酸调整酸度，形成无沉淀的氧化铝胶体。根据涂膜功能要求，加入晶种，均匀分散后制得稳定的晶种化氧化铝胶体，加入微米级的功能陶瓷填料，再均匀分散，得到稳定的具有流变性能的功能陶瓷涂料。

(2)氧化铝胶体的制备

原料：氧化铝，纯度96-99％，加水溶解

固液比：一水氧化铝/水(重量百分比)＝5-15∶95-85

酸度控制为pH＝1-4。

均匀化分散3-6小时

(3)氧化铝胶体的晶种化

晶种：氧化铝、氧化锶、氧化镧中的一种或两种

晶种纯度：98-99％(百分重量)

晶种大小：平均粒径10-100纳米

加入量：按氧化铝胶体∶晶种＝100∶1-5(重量比)

均匀化分散3-6小时

(4)陶瓷涂料的制备

陶瓷填料：氧化铝、碳化硅或二硼化钛中的一种

陶瓷纯度：98-99％(百分重量)

陶瓷平均粒径：1-10微米

加入量：晶种化氧化铝胶体∶陶瓷填料重量比＝100∶20-50

均匀化分散6-12小时。

3.与公知技术相比本发明具备的优点及积极效果

(1)资源和低成本特色：我国铝土矿资源丰富，水合氧化铝来源便利，克服用铝醇盐或铝无机盐制备氧化铝胶体的成本高、杂质脱除、工艺复杂等局限性。(2)环保特点：用氧化铝胶体取代传统意义的有机溶剂或粘接剂，在涂料制备和后续涂层和薄膜施工过程中，无有害成分污染环境和危害人体；(3)晶种化工艺特点：氧化铝胶体通过氧化铝合稀土氧化物晶种化处理，能解决厚膜龟裂和微缺陷、低温致密化、涂层自催化等传统陶瓷制备中的关键技术问题；(4)应用特点：晶种化和陶瓷填料工艺可调、灵活，设备简单，能满足各种功能涂膜要求。

四.附图说明

本发明工艺流程如附图1。

五.具体实施方式

[实例一]：在室温下，按一水氧化铝∶水＝15∶85的百分重量比，把一水氧化铝溶解于蒸馏水中，机械搅拌3-6小时，使其均匀化。用百分浓度为30％的磷酸溶液调整pH＝1-3，得到透明无沉淀的氧化铝胶体。按氧化铝胶体∶晶种＝100∶1-2(重量比)加入氧化铝晶种，晶种粒度为40-60纳米。机械搅拌3-4小时后，再加入4-6微米的陶瓷填料氧化铝颗粒，加入量为晶种氧化铝胶体∶氧化铝＝100∶20(百分重量)继续机械搅拌6-8小时后，得到稳定氧化铝溶胶分散的氧化铝陶瓷涂料，用于低温致密化氧化铝涂膜。

[实例二]：在室温下，按一水氧化铝∶水＝5∶95的百分重量比，把一水氧化铝溶解于蒸馏水中，机械搅拌3-5小时使其均匀化。用百分浓度为30％的磷酸溶液调整pH＝1-3，得到透明无沉淀的氧化铝胶体；按氧化铝胶体∶晶种＝100∶2-3(重量比)加入氧化铝晶种，晶种大小为70-100纳米，搅拌4-5小时后，再加入1-4微米的碳化硅颗粒，加入量为晶种氧化铝胶体∶碳化硅＝100∶30(百分重量)，球磨8-10小时后，得到具有触变性能的稳定氧化铝溶胶分散的碳化硅陶瓷涂料，用于耐磨、耐蚀碳化硅涂膜。

[实例三]：在室温下，按一水氧化铝∶水＝12∶88的百分重量比，把一水氧化铝溶解于蒸馏水中。机械搅拌4-6小时。用百分浓度为30％的硝酸溶液调整pH＝2-4，得到透明无沉淀的氧化铝胶体；加入10-30纳米的氧化锶和氧化镧，氧化锶和氧化镧的用量分别为氧化铝胶体∶晶种＝100∶4-5(重量比)，搅拌5-6小时后，再加入二硼化钛导电颗粒，用量为晶种化氧化铝胶体∶陶瓷填料重量比＝100∶50，平均粒径8-10微米。继续球磨10-12小时后，得到氧化铝溶胶分散的二硼化钛导电涂料，用于铝电解二硼化钛润湿性阴极和预焙碳阳极抗氧化导电型涂膜。

Claims

1.一种纳米氧化铝胶体功能陶瓷涂料生产方法，方法按以下步骤完成：

(1)氧化铝胶体的制备

将纯度为96-99％的氧化铝原料加水溶解，其重量百分固液比为氧化铝∶水＝5-15∶95-85，调整酸度到pH＝1-4，均匀化分散3-6小时；

(2)氧化铝胶体的晶种化

在氧化铝胶体溶液中加入纯度为98-99％的晶种氧化铝、氧化锶、氧化镧中的一种或两种，晶种平均粒度为10-100纳米，加入量为氧化铝胶体：晶种重量比＝100∶1-5，均匀化分散3-6小时；

(3)陶瓷涂料的制备

在氧化铝胶体晶种化后溶液中加入纯度为98-99％的陶瓷填料氧化铝、碳化硅、二硼化钛中的一种，加入量的重量比为晶种化氧化铝胶体：陶瓷填料＝100∶20-50，陶瓷填料平均粒径为1-10微米，均匀化分散6-12小时。

2.根据权利要求1所述的陶瓷涂料生产方法，其特征是：原料用工业一水氧化铝。

3、根据权利要求1所述的陶瓷涂料生产方法，其特征是：原料溶液酸度用百分浓度为30％的磷酸或硝酸调整。

4、根据权利要求1所述的陶瓷涂料生产方法，其特征是：氧化铝胶体制备和氧化铝胶体晶种化的均匀化方法为机械搅拌，陶瓷涂料的制备均匀化分散方式为机械搅拌或球磨。