CN1390808A - 一种水基流延制备陶瓷薄片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开属于陶瓷材料一种水基流延制备陶瓷薄片的方法。该方法首先将海藻酸钠水溶液和乳胶以一定比例混合配成预混液，然后将陶瓷粉和分散剂加入预混液制成陶瓷浆料。将配置好的陶瓷浆料球磨混合后加入凝胶剂，然后抽真空除泡并在流延机上进行流延。该流延工艺容易实现，适用于多种陶瓷粉料，干燥快速，成型的坯膜强度高，柔韧性好，内部均匀。

Description

一种水基流延制备陶瓷薄片的方法

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，特别涉及一种水基流延制备陶瓷薄片的方法。

技术背景

流延成型是一种能够获得高质量、超薄型陶瓷基片的成型方法。其特点是设备简单，工艺稳定，可连续操作，生产效率高，可实现高度自动化。按所用的溶剂来分，流延工艺可分为非水系列和水溶性系列两类。从实际应用来看，非水系列的流延工艺比较成熟，制备的陶瓷薄片结构均匀，强度高，柔韧性好，便于储存和加工，已经得到广泛的应用。但由于非水系列流延工艺使用的溶剂中有的带有苯环，具有一定的毒性，污染环境，而且成本较高。而水基流延采用水作为溶剂，有机物含量低，成本低，对人体健康无害，环境相容性好。因此，研究以水作为溶剂代替有机溶剂体系日益受到人们的重视。目前的水基流延工艺专利不多，大多数采用水溶性的高分子作为粘结剂。成型时通过溶剂水的挥发，使粘结剂在陶瓷颗粒间形成网络结构，形成具有一定强度和柔韧性的薄片。但是由于水的蒸发速率较慢，干燥困难，工艺过程对干燥环节依赖性强，干燥过程中易造成坯体收缩开裂，并产生有机物成分梯度分布，浆料中的固相含量较低，而且不能显著降低粘结剂、增塑剂等中有机物的用量。针对上述缺点，曾有人改进过流延成型机理，通过单体聚合反应形成的高聚物网络结构得到陶瓷薄片的水基凝胶流延成型工艺。该工艺可以避免容易导致成型失败的干燥环节，得到较高质量的流延薄片。但该工艺的主要缺点是单体聚合反应存在氧气阻聚以及采用的单体有毒等，因此该工艺的应用受到限制。

发明内容

本发明的目的是提出一种水基流延制备陶瓷薄片的方法，其特征在于：先将海藻酸钠溶解混入流延浆料中，再加入碘酸钙，用作在混合溶液中引入钙离子诱发海藻酸钠凝胶，从而导致浆料原位固化成膜、成型，并加入适量的乳胶，用于提高陶瓷坯体的强度。

水基流延制备薄片陶瓷材料的成型工艺；主要包括以下步骤：

1).海藻酸钠与水混合溶解制成浓度为1-3wt％溶液，加入适量的乳胶和分散剂，并混合均匀；乳胶用量占海藻酸钠溶液和乳胶总体积的20-40vol％；所使用分散剂用量占陶瓷粉的0.1-1wt％；Wt＝重量百分比；

2).陶瓷粉料加入含分散剂的的水溶液中，然后加入适量的增塑剂，制备出陶瓷浆料。浆料中陶瓷粉体体积百分含量在40-55％之间；增塑剂加入量为浆料总体积的1-3％；

3).将上述陶瓷浆料混合球磨24-60小时，加入约占陶瓷粉的0.5-2wt％的凝胶剂并混合均匀；

4).在3中得到的浆料中加入除泡剂，然后在室温下抽真空除泡；除泡剂加入量为浆料总体积的1-2％；

5).将除泡后的浆料流延，得到流延膜；

6).将流延膜置于在40-80℃下，引发海藻酸钠凝胶，经过30-90分钟可以固化脱膜。

所述乳胶为全丙乳胶、苯丙乳胶和乙丙乳胶三类中的任意一种、两种或三种；

所述分散剂为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、柠檬酸铵、四甲基氢氧化铵中之一种。

所述凝胶剂为碘酸钙。

所述增塑剂为甘油和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或两种复合为增塑剂。

所述除泡剂为磷酸三丁酯，同时用作为成膜助剂以提高乳胶的成膜质量。

本发明的有益效果为：

1).使用水作为溶剂，消除了使用有机溶剂造成的环境污染问题，可以大大降低生产成本并改善工作条件；

2).采用无毒的高分子作为粘结剂，不会对人体造成伤害；

3).用于成型的有机物添加量少，可以免除单独的脱脂工艺，从而缩短工艺周期，降低能耗和生产成本；

4).浆料可以达到较高的固相含量，所得陶瓷薄片密度较高；

5).由于海藻酸钠的原位固化，接近于净尺寸成型，几乎没有体积收缩；

6).降低了工艺对干燥环节的依赖，陶瓷坯体均匀性好；

7).脱模时间较短，提高了工作效率；

具体实施方式

本发明为水基流延制备陶瓷薄片的方法，它是先将海藻酸钠溶解混入流延浆料中，再加入碘酸钙，用作在混合溶液中引入钙离子诱发海藻酸钠凝胶，从而导致浆料原位固化成膜、成型，并加入适量的乳胶，用于提高陶瓷坯体的强度。本发明的成型工艺，主要包括以下步骤：

1).海藻酸钠与水混合溶解制成浓度为1-3wt％溶液，加入适量的乳胶和分散剂，并混合均匀；乳胶用量占海藻酸钠溶液和乳胶总体积的20-40vol％；所使用分散剂用量占陶瓷粉的0.1-1wt％；Wt＝重量百分比；

2).陶瓷粉料加入含分散剂的的水溶液中，然后加入适量的增塑剂，制备出陶瓷浆料。浆料中陶瓷粉体体积百分含量在40-55％之间；增塑剂加入量为浆料总体积的1-3％；

3).将上述陶瓷浆料混合球磨24-60小时，加入约占陶瓷粉的0.5-2wt％的凝胶剂并混合均匀；

4).在3中得到的浆料中加入除泡剂，然后在室温下抽真空除泡；除泡剂加入量为浆料总体积的1-2％；

5).将除泡后的浆料流延，得到流延膜；

6).将流延膜置于在40-80℃下，引发海藻酸钠凝胶，经过30-90分钟可以固化脱膜。

在上述工艺中所用乳胶为全丙乳胶、苯丙乳胶和乙丙乳胶三类中的任意一种、两种或三种；所用分散剂为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、柠檬酸铵、四甲基氢氧化铵中之一种；所用凝胶剂为碘酸钙；所用增塑剂为甘油和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或两种的复合剂；所用除泡剂为磷酸三丁酯，同时用作为成膜助剂以提高乳胶的成膜质量。本流延工艺很容易实现，可适用于多种陶瓷粉体(包括Al₂O₃、ZrO₂、SiC、Si₃N₄等)。成型的坯片表面光洁、强度高、柔韧性好，内部均匀性好。下面举例进一步对本发明予以说明。

实施例1

40毫升水中加入1.2克海藻酸钠搅拌溶解制成溶液，在加入10ml苯丙乳胶后加入200克氧化铝粉和1克聚丙烯酸分散剂，加入甘油1.5ml，然后混合球磨24小时制得陶瓷浆料；加入碘酸钙2克，磷酸三丁酯1.5ml，除泡后流延并在60℃下固化，40分钟后得到固化的坯片。

实施例2：

30毫升水中加入0.3克海藻酸钠搅拌溶解制成溶液，然后加入苯丙乳胶20ml、128克碳化硅粉和0.1毫升四甲基氢氧化铵分散剂，加入邻苯二甲酸二丁酯0.9ml，然后混合球磨48小时制得陶瓷浆料；加入碘酸钙2克，磷酸三丁酯1.8ml，除泡后流延并在40℃下固化，90分钟后得到固化的坯片。

实施例3：

30毫升水中加入0.6克海藻酸钠搅拌溶解制成溶液，在加入全丙乳胶20ml后加入128克氮化硅粉和0.2毫升四甲基氢氧化铵分散剂，加入甘油1.2ml，然后混合球磨60小时制得陶瓷浆料；加入碘酸钙1克，磷酸三丁酯1.8ml，除泡后流延并在60℃下固化，60分钟后得到固化的坯片。

实施例4：

40毫升水中加入0.8克海藻酸钠搅拌溶解制成溶液，在加入苯丙乳胶10ml后加入300克氧化锆粉和1.5克柠檬酸铵分散剂，加入甘油2ml，混合球磨36小时制得陶瓷浆料；加入碘酸钙2克，磷酸三丁酯1ml，除泡后流延并在80℃下固化，30分钟后得到固化的坯片。

Claims (6)

1.一种水基流延制备陶瓷薄片的方法，其特征在于：先将海藻酸钠溶解混入流延浆料中，再加入碘酸钙，用作在混合溶液中引入钙离子诱发海藻酸钠凝胶，从而导致浆料原位固化成膜、成型，并加入适量的乳胶，用于提高陶瓷坯体的强度；

水基流延制备薄片陶瓷材料的成型工艺，主要包括以下步骤：

1).海藻酸钠与水混合溶解制成浓度为1-3wt％溶液，加入适量的乳胶和分散剂，并混合均匀；乳胶用量占海藻酸钠溶液和乳胶总体积的20-40vol％；所使用分散剂用量占陶瓷粉的0.1-1wt％；Wt＝重量百分比；

2).陶瓷粉料加入含分散剂的的水溶液中，然后加入适量的增塑剂，制备出陶瓷浆料。浆料中陶瓷粉体体积百分含量在40-55％之间；增塑剂加入量为浆料总体积的1-3％；

3).将上述陶瓷浆料混合球磨24-60小时，加入约占陶瓷粉的0.5-2wt％的凝胶剂并混合均匀；

4).在3中得到的浆料中加入除泡剂，然后在室温下抽真空除泡；除泡剂加入量为浆料总体积的1-2％；

5).将除泡后的浆料流延，得到流延膜；

6).将流延膜置于在40-80℃下，引发海藻酸钠凝胶，经过30-90分钟可以固化脱膜。

2.根据权利要求1所述一种水基流延制备陶瓷薄片的方法，其特征在于：所述乳胶为全丙乳胶、苯丙乳胶和乙丙乳胶三类中的任意一种、两种或三种。

3.根据权利要求1所述一种水基流延制备陶瓷薄片的方法，其特征在于：所述分散剂为聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸铵、柠檬酸铵、四甲基氢氧化铵中之一种。

4.根据权利要求1所述一种水基流延制备陶瓷薄片的方法，其特征在于：所述凝胶剂为碘酸钙。

5.根据权利要求1所述一种水基流延制备陶瓷薄片的方法，其特征在于：所述增塑剂为甘油和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或两种复合为增塑剂。

6.根据权利要求1所述一种水基流延制备陶瓷薄片的方法，其特征在于：所述除泡剂为磷酸三丁酯，同时用作为成膜助剂以提高乳胶的成膜质量。