CN1251989C - 凝胶注模成型陶瓷浆料真空除气泡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于陶瓷成型技术的一种利用加入阻聚剂以保证浆料在抽真空时不会固化的凝胶注模成型陶瓷浆料真空除气泡的方法。在浆料中加入引发剂、催化剂和以吩噻嗪和邻苯二酚复合使用作为阻聚剂，搅拌均匀后，抽真空除气10-15分钟除气泡，得到流动性良好且基本无气泡的浆料，可直接用于注模。加入的阻聚剂延长浆料固化所需的时间，从而保证真空除气有足够的操作时间，同时适当的加入量又保证了后续工艺中浆料的顺利固化。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷成型技术，特别涉及利用加入阻聚剂以保证浆料在抽真空时不会固化的一种凝胶注模成型陶瓷浆料真空除气泡的方法。
背景技术
高性能陶瓷材料及部件的制备工艺是陶瓷材料开发和应用的前提。而成型工艺在整个陶瓷材料的制备过程中起着承上启下的作用，是保证陶瓷材料及部件的可靠性、成品率及可重复性的关键，与工业化和规模化生产直接相关。进入九十年代之后，围绕着提高陶瓷坯体均匀性和解决陶瓷材料可靠性的问题，胶态原位凝固成型工艺应运而生并成为研究的热点，凝胶注模成型(Gelcasting)、温度诱导絮凝成型(Temperature Induced Floculation)、直接凝固注模成型(DirectCoagulation Casting)等新的成型方法相继出现。
其中，凝胶注模成型是近年来受到广泛关注的一种重要的陶瓷原位凝固胶态成型工艺。它具有近净尺寸成型复杂陶瓷部件、良好的坯体均匀性、高的坯体强度、优异的烧结性能，以及操作简单、坯体中有机物含量低等优点，已广泛应用于各种陶瓷体系的成型。其原理是利用有机单体的交联反应，将陶瓷粉料颗粒原位均匀地凝固在高分子弹性体中，从而制备一定形状的制品。
如果浆料中含有气泡，那么浆料固化后气泡就会保留在坯体内部，影响最终成品的质量，因此在注模前必须经过除气泡的步骤，最常用的方法就是真空除气。但是在实际操作过程中存在一个问题。凝胶注模成型中，浆料在加入引发剂和催化剂后仍会有一段时间保持良好的流动性。这主要是由溶于浆料中的氧气引起的，溶解在浆料中的氧气能起到显著的阻聚作用，它和活性自由基加成后形成反应活性很低的过氧自由基，从而使得聚合停止。直到氧气消耗完毕后浆料才开始固化。因为往浆料中加入催化剂、引发剂时必须搅拌，而搅拌会在浆料中引入新的气泡，所以真空除气通常是在加入催化剂、引发剂后进行的。陶瓷浆料中含水量仅为20wt％左右，溶于其中的氧气一方面要和引发剂分解产生的自由基反应，另一方面又由于抽真空而迅速挥发。因此如果抽真空的时间较长，氧很容易全部消耗掉，使得浆料在真空除气的过程中就提前固化；如果抽真空的时间太短，又会使得浆料中的气泡未除尽。而且，某些陶瓷粉料中含有微量的还原性离子，这些离子会与引发剂发生氧化还原反应，使得浆料更容易固化，这样允许的操作时间就更短了。要解决这一问题，可以往陶瓷浆料中加入无挥发性的阻聚物质，以保证浆料在氧气消耗完毕后也不会固化。其中的关键就在于寻找合适的阻聚物质，既有较高的阻聚效率，又不影响注模后浆料的固化。
发明内容
本发明的目的是提出一种凝胶注模成型陶瓷浆料真空除气泡的方法，其特征在于：所述凝胶注模成型陶瓷浆料真空除气泡的方法，依次按如下步骤进行：
1).将丙烯酰胺和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以150∶1-5∶1的重量配比溶于去离子水中配成预混液，丙烯酰胺浓度为6-35wt％，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺浓度为0.1-1wt％，加入陶瓷粉料和分散剂球磨得到30-60wt％的陶瓷浆料；
2)在搅拌条件下往陶瓷浆料中加入引发剂，加入后引发剂在浆料中浓度为0.2-10mmol/L，和加入2-3mmol的催化剂，再加入阻聚剂，继续搅拌1-10分钟待分散均匀后，抽真空除气10-15分钟除气泡，得到流动性良好且基本无气泡的浆料，可直接用于注模。
所述阻聚剂是将浓度为5～50mmol/L的吩噻嗪和浓度为5～500mmol/L的邻苯二酚按摩尔比2∶1～1∶10溶于乙醇中配成。
所述阻聚剂加入浆料后使吩噻嗪和邻苯二酚在浆料中的浓度分别为0.01mmol/L～0.2mmol/L和0.1mmol/L～3.0mmol/L。
所述引发剂可用过硫酸铵、过硫酸钾或过氧化氢
所述催化剂为N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。
本发明的有益效果是在浆料中加入引发剂、催化剂后又加入了阻聚剂，利用加入的阻聚剂延长浆料固化所需的时间，从而保证真空除气足够的操作时间，又保证了后续工艺中浆料的顺利固化。
具体实施方式
本发明提出了一种凝胶注模成型陶瓷浆料真空除气泡的方法，在浆料中加入引发剂、催化剂和以吩噻嗪和邻苯二酚复合使用作为阻聚剂，可以保证浆料在抽真空除气时不会固化，依次按如下步骤进行：
本发明重点利用加入的阻聚剂延长浆料固化所需的时间，从而保证真空除气有足够的操作时间，同时适当的加入量又保证了后续工艺中浆料的顺利固化。首先按凝胶注模成型法，将浓度为6-35wt％的有机单体丙烯酰胺单体和和浓度为0.1-1wt％的交联剂亚甲基双丙烯酰胺溶于去离子水中配成预混液，再在预混液中加入陶瓷粉料和分散剂配成高固相含量，粘度小于1Pa·s的陶瓷浆料。在搅拌条件下往浆料中加入0.2-10mmol/L的过硫酸铵、过硫酸钾或过氧化氢作引发剂和催化剂N，N，N’，N’-四甲基乙二胺2-3mmol，再加入将浓度为5～50mmol/L的吩噻嗪和浓度为5～500mmol/L的邻苯二酚，按摩尔比2∶1～1∶10溶于乙醇中配成阻聚剂，加入浆料后，使吩噻嗪和邻苯二酚在浆料中的浓度分别为0.01mmol/L～0.2mmol/L和0.1mmol/L～3.0mmol/L，然后对浆料进行真空除气，得到流动性良好且基本无气泡的浆料。
下面再举实施例对本发明予以进一步说明。
实施例1
以市售TiO2为原料，配制成50vol％的浆料。取0.125g吩噻嗪，0.345g邻苯二酚，溶于100ml乙醇配成阻聚剂。取100ml浆料，在搅拌条件下加入0.14mmol过硫酸铵，2mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。在环境温度30℃条件下抽真空除气10分钟后浆料已经固化。再取100ml浆料，在搅拌条件下加入0.14mmol过硫酸铵，2mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺和100μl阻聚剂。在环境温度30℃条件下抽真空除气10分钟后，浆料流动性良好且注模后固化时间基本不变。
实施例2
以市售Al2O3为原料，配制成55vol％的浆料。取0.125g吩噻嗪，0.345g邻苯二酚，溶于100ml乙醇配成阻聚剂。取100ml浆料，在搅拌条件下加入0.25mmol过硫酸钾，3mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。在环境温度30℃条件下抽真空除气15分钟后浆料已经固化。再取100ml浆料，在搅拌条件下加入0.25mmol过硫酸钾，3mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺和200μl阻聚剂。在环境温度30℃条件下抽真空除气10分钟后，浆料流动性良好且注模后固化时间基本不变。
实施例3
以市售Al2O3为原料，配制成55vol％的浆料。取0.125g吩噻嗪，0.345g邻苯二酚，溶于100ml乙醇配成阻聚剂。取100ml浆料，在搅拌条件下加入0.25mmol过氧化氢，3mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。在环境温度30℃条件下抽真空除气15分钟后浆料已经固化。再取100ml浆料，在搅拌条件下加入0.25mmol过氧化氢，3mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺和200μl阻聚剂。在环境温度30℃条件下抽真空除气10分钟后，浆料流动性良好且注模后固化时间基本不变。
Claims (3)
1.一种凝胶注模成型陶瓷浆料真空除气泡的方法，其特征在于：在浆料中加入引发剂、催化剂后再加入以吩噻嗪和邻苯二酚复合使用作为阻聚剂，以保证浆料在抽真空除气时不会固化，依次按如下步骤进行：
1)将丙烯酰胺和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺以150∶1-5∶1的重量配比溶于去离子水中配成预混液，其中丙烯酰胺浓度为6-35wt％，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺浓度为0.1-1wt％，加入陶瓷粉料球磨得到30-60wt％的陶瓷浆料；
2)在搅拌条件下往陶瓷浆料中加入引发剂和2-3mmol的催化剂，加入后引发剂在浆料中浓度为0.2-10mmol/L，再加入阻聚剂，继续搅拌1-10分钟待分散均匀后，抽真空除气10-15分钟除气泡，得到流动性良好且无气泡的浆料，直接用于注模；其中阻聚剂是将浓度为5～50mmol/L的吩噻嗪和浓度为5～500mmol/L的邻苯二酚按摩尔比2∶1～1∶10溶于乙醇中配成，在阻聚剂加入浆料后，继续搅拌1-10分钟分散，使吩噻嗪和邻苯二酚在浆料中的浓度分别为0.01mmol/L～0.2mmol/L和0.1mmol/L～3.0mmol/L。
2.根据权利要求1所述凝胶注模成型陶瓷浆料真空除气泡的方法，其特征在于：所述引发剂选用过硫酸铵、过硫酸钾或过氧化氢。
3.根据权利要求1所述凝胶注模成型陶瓷浆料真空除气泡的方法，其特征在于：所述催化剂为N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。
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