CN1397516A - 热压铸成型陶瓷的超临界流体脱蜡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于陶瓷制品生产工艺中的一种热压铸成型陶瓷的超临界流体脱蜡方法，在陶瓷浆料中加入具有极性分子和非极性分子的混合石蜡粘合剂，在CO2流动气体中低温脱蜡。利用了超临界流体的低临界温度等独特的性质，将陶瓷坯体中部分有机粘合剂(石蜡)萃除而不使陶瓷坯体软化、变形、开裂。超临界流体脱蜡与传统的热脱蜡比较，克服了耗时长，变形大等不足。不仅节约能源，而且大大提高了整个工艺的成品率。尤其对制备薄壁，高精度的陶瓷有着重要的意义。更好地促进了陶瓷热压铸成型技术的推广应用。另外，由于超临界流体脱蜡无毒无污染，对环保也起到了积极的作用。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷材料生产技术范畴，特别涉及能获得陶瓷坯体在短时间内脱蜡而无变形，无缺陷的一种热压铸成型陶瓷的超临界流体脱蜡方法。
技术背景
形状复杂的陶瓷部件的精密成型是近十余年来陶瓷制备科学所关心的问题。陶瓷热压铸成型作为一种近净尺寸成型技术，不仅具有成型复杂形状制品和尺寸精度、表面光洁度高等优点，而且具有自动化程度高，适应大规模生产的特点，对于陶瓷热压铸成型，一般需要加入体积比30％～60％的大量石蜡作为有机载体，因而烧结前必须通过加热的方法将坯体内有机物排除，即进行脱蜡。传统的脱蜡方法是将成型出的陶瓷坯体埋入陶瓷粉中加热。在这一阶段，坯体受热软化后强度低，易发生变形，脱蜡速率直接受温度控制，升温速率较缓，非常耗时；另一方面，这一时期坯体内尚未形成气孔通道，挥发的小分子会因无法排除而在坯体内产生较高压力，坯体产生鼓泡、肿胀，开裂，分层、变形等各种缺陷，不仅会降低整个工艺的成品率，还会进一步影响到坯体的完好烧结。
发明内容
本发明的目的是提供一种热压铸成型陶瓷的超临界流体脱蜡方法，其特征在于：所述超临界流体脱蜡是在陶瓷的热压铸浆料中加入12～18wt％混合石蜡粘合剂，并热压铸成陶瓷坯体，将陶瓷坯体置于超临界CO2流体中进行超临界脱蜡，采用动态萃取工艺，其CO2流量为1～1.5L/hr，操作压力为20Mpa-45Mpa，加热温度为40℃-80℃，时间为1～3小时。
所述混合石蜡粘合剂由低分子量石蜡或非极性分子有机物与高分子有机物或极性分子石蜡组成，如石蜡-蜂蜡(PW-BW)、石蜡-微晶石蜡(PW-MCW)、石蜡-棕榈蜡(PW-Palm Wax)。
本发明的有益效果是1.由于本发明采用了极性分子和非极性分子混合石蜡粘合剂，具有较低的粘度(1～10Pa·S)，较好流动性，因此在成型过程中易于充模，并且可达到较高的固相含量。并且在超临界萃取过程中，低分子量石蜡在陶瓷坯体形成表面开孔或体内相互连通的孔道，而不溶于超临界流体的极性分子蜂蜡，棕榈蜡在陶瓷坯体内支撑保持着陶瓷坯体的形状，在后续的烧结过程中通过体内相互连通的孔道迅速排出，从而达到快速无缺陷的脱蜡。2.本发明所利用的超临界CO2流体，既具有与液体接近的密度，使其具有与液体相当的溶解能力；又具有与气体接近的粘度和扩散系数，使其具有良好的传质传热性能；又由于其临界温度低Tc＝31℃，从而避免了热脱蜡过程中由于产生液相而导致生坯软化，导致因重力、内应力或粘性流动而产生的变形、开裂等缺陷。因此可以在通常排胶时间的十分之一的短时间内获得无变形的陶瓷坯体。3.CO2无毒、不易燃，能出色地代替许多有毒、有害、易挥发燃烧的有机溶剂。萃取能力很容易通过调节T、P来加以控制，且可较快达到平衡。
具体实施方式
本发明为一种热压铸成型陶瓷的超临界流体脱蜡方法，它是在陶瓷的热压铸浆料中再加入混合石蜡粘合剂，并热压铸成坯体，在CO2流体中加温排蜡烧结成陶瓷制品。其具体步骤是：将陶瓷粉加入12～18wt％混合石蜡粘合剂中，制得热压铸陶瓷浆料，热压铸成陶瓷坯体，该混合石蜡粘合剂为由低分子量石蜡或非极性分子有机物与高分子有机物或极性分子石蜡组成，如石蜡-蜂蜡(PW-BW)，石蜡-微晶石蜡(PW-MCW)，石蜡-棕榈蜡(PW-Palm Wax)等。然后将陶瓷坯体置于超临界CO2流体中进行超临界脱蜡，采用动态萃取工艺，其CO2流量为1～1.5L/hr，操作压力为20Mpa-45Mpa，加热温度为40℃-80℃，时间为1～3小时。
下面例举95％Al2O3陶瓷圆柱和ZrO2陶瓷管的脱蜡工艺对本发明予以说明：
(一)5％Al2O3陶瓷圆柱：
以平均粒径为2μm的Al2O3陶瓷粉体为原料，加入5％的SiO2，CaO，粘土等助烧剂，详细配方见表一，在配好的料中加入无水乙醇，经48小时球磨混合后，按常规的陶瓷制备工艺经烘干、过筛后，加入12～14wt％混合石蜡粘结剂(详细配方见表一)，再经混合，真空搅拌，热压铸成直径φ＝8mm，长L＝40mm的95％Al2O3陶瓷圆柱坯体试样1，2，3，4。将试样1，2，3置于超临界CO2流体2小时，流体压力为20～25MPa，温度T＝40℃～70℃，流量为1L/hr；将试样3再按常规方法进行短时间热脱蜡至1100℃；试样4则由常规热压铸脱蜡方法进行脱蜡。最后将所有试样在硅 棒炉中进行烧结，1650℃，保温1hr。性能指标如表一。
表一，Al2O3陶瓷圆柱热压铸浆料配方及性能
注：SD：超临界流体脱脂；TD：热脱脂
| 试样号 | Al2O3(wt％) | CaCO(wt％) | SiO2(wt％) | 苏州土(wt％) | PW(wt％) | BW(wt％) | 油酸(wt％) | 脱蜡时间(小时) | 变形(mm) | 密度(g/cm3) |
| 1 | 78.54 | 2.73 | 1.076 | 1.638 | 7 | 7 | 2 | 2(SD) | δ＝7.046±0.004 | 3.70 |
| 2 | 79.475 | 2.763 | 1.088 | 1.6575 | 7 | 6 | 2 | (SD) | δ＝7.041±0.005 | 3.72 |
| 3 | 80.41 | 2.795 | 1.101 | 1.677 | 7 | 5 | 2 | 12(SD：2，TD：10) | δ＝7.039±0.003 | 3.72 |
| 4 | 79.475 | 2.763 | 1.088 | 1.6575 | 13 | / | 2 | 22(TD) | δ＝7.04±0.04 | 3.71 |
(二)ZrO2陶瓷管：
以平均粒径为0.5μm的ZrO2陶瓷超细粉为原料，加入12～14wt％混合石蜡粘结剂(详细配方见表二)，经混合，真空搅拌，热压铸成外径φ外＝4.8mm，内径φ内＝3.2mm，长L＝15mm的ZrO2陶瓷管坯体试样1，2，3，4。将试样1，2，3置于超临界CO2流体1.5小时，流体压力为20MPa-25MPa，温度T为40℃-70℃，流量为1L/hr；将试样3再按常规方法进行短时间热脱蜡至1100℃；试样4则由常规热压铸脱蜡方法进行脱蜡。最后将所有试样在硅 棒炉中进行烧结，1450℃，保温2hr。性指标如表二。
表二，ZrO2陶瓷管热压铸浆料配方及性能
注：SD：超临界流体脱脂；TD：热脱脂
| 试样号 | ZrO2(wt％) | PW(wt％) | 棕榈蜡(wt％) | 油酸(wt％) | 脱蜡时间(小时) | 变形(mm) | 密度(g/cm3) |
| 1 | 82 | 8 | 8 | 2 | 1.5(SD) | δ内＝2.44±0.005δ外＝3.671±0.002 | 6.05 |
| 2 | 84 | 9 | 7 | 2 | 1.5(SD) | δ内＝2.461±0.005δ外＝3.691±0.002 | 6.07 |
| 3 | 83 | 9 | 6 | 2 | 6.5(SD：1.5，TD：5) | δ内＝2.453±0.005δ外＝3.682±0.002 | 6.06 |
| 4 | 82 | 16 | / | 2 | 20(TD) | δ内＝2.44±0.02δ外＝3.67±0.02 | 6.01 |
从表1、表2中对比试验结果看出普通热脱法的尺寸变形为丝级，本发明在μm级。
Claims (2)
1.一种热压铸成型陶瓷的超临界流体脱蜡方法，其特征在于：所述超临界流体脱蜡是在陶瓷的热压铸浆料中加入12～18wt％混合石蜡粘合剂，并热压铸成陶瓷坯体，将陶瓷坯体置于超临界CO2流体中进行超临界脱蜡，采用动态萃取工艺，其CO2流量为1～1.5L/hr，操作压力为20Mpa-45Mpa，加热温度为40℃-80℃，时间为1～3小时。
2.根据权利要求1所述热压铸成型陶瓷的超临界流体脱蜡方法，其特征在于：所述混合石蜡粘合剂由低分子量石蜡或非极性分子有机物与高分子有机物或极性分子石蜡组成，如石蜡-蜂蜡(PW-BW)、石蜡-微晶石蜡(PW-MCW)、石蜡-棕榈蜡(PW-Palm Wax)。
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