CN1781878A - 通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法 - Google Patents

通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1781878A
CN1781878A CN 200510086724 CN200510086724A CN1781878A CN 1781878 A CN1781878 A CN 1781878A CN 200510086724 CN200510086724 CN 200510086724 CN 200510086724 A CN200510086724 A CN 200510086724A CN 1781878 A CN1781878 A CN 1781878A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gel
cellulose
cellulose ether
ceramic
ceramic powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 200510086724
Other languages
English (en)
Other versions
CN1317234C (zh
Inventor
郭志猛
李艳
郝俊杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CNB2005100867243A priority Critical patent/CN1317234C/zh
Publication of CN1781878A publication Critical patent/CN1781878A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1317234C publication Critical patent/CN1317234C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明提供了一种通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法，属于材料制备技术领域。采用价廉、无毒性的水溶性高分子聚合物烷基纤维素醚甲基纤维素及其羟烷基改性衍生物如羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素水溶液的热凝胶性质来实现凝胶注模成型。本发明的优点在于：可获得形状复杂、密度均匀、有机物含量少、不需专门脱脂工序的大尺寸坯体，并且该法对多种陶瓷粉料的成型均有效。

Description

通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，特别是提供了一种通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法。
背景技术
先进陶瓷材料如氧化铝、氧化锆、氮化硅、氮化铝、碳化硅等因具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损和抗腐蚀等一系列优良的力学性能和化学稳定性，在现代科学技术与工业领域(如航天、信息、化工等)的应用日渐广泛。但陶瓷材料烧结后很难进行机加工，因此复杂形状陶瓷元件的近净尺寸成型方法已成为精密陶瓷部件生产的关键技术。传统的成型制造工艺如压制成型很难获得复杂形状的陶瓷部件，而普通注浆成型只限于薄壁陶瓷件，对于较大尺寸陶瓷成型坯体内部存在密度梯度，烧结时容易产生缺陷和开裂，并且坯体强度低，易于损坏。热压铸或注射成型有机物加入量高，需要专门的脱脂工序，并且脱脂后坯体强度降低，易形成缺陷甚至倒塌。
凝胶注模成型(gelcasting)由美国橡树岭国家实验室M.A.Janney教授等人于20世纪90年代初发明，是近年倍受关注的一种复杂形状陶瓷部件近净尺寸成型方法。其原理是将有机单体与溶剂配制成一定浓度的预混液，陶瓷粉末悬浮于其中制成低粘度、高固相含量的浓悬浮体，加入引发剂及催化剂之后，将这种浓悬浮体浆料注入非多孔模具中，在一定的温度条件下，有机聚合物单体交联聚合成三维网络状聚合物凝胶，并使粉末颗粒原位粘结而固化形成坯体。凝胶注模成型工艺的优点是易成型复杂形状，成型坯体组份均匀、密度均匀、缺陷少。主要缺点是目前获得广泛应用的有机单体均有一定毒性，如丙烯酰胺具有神经毒性且具有致癌危险；并且成型坯体中含有3～4wt％的有机物，烧结前需要专门的脱脂工序，难以生产大尺寸制品且增加生产周期和成本。
发明内容
本发明的目的是提出一种通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法，克服传统陶瓷部件成型工艺及现有凝胶注模成型方法的上述问题。
本发明利用价廉、无毒性的水溶性高分子聚合物烷基纤维素醚如甲基纤维素及其羟烷基改性衍生物如羟乙基甲基纤维素(HEMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)水溶液的热凝胶性质来实现凝胶注模成型。
纤维素醚是以天然纤维素为原料经化学改性制得的一类半合成型高分子聚合物。甲基纤维素(MC)及其衍生物分子式为[C6H7O4(OH)3-X(OR)X]m，式中R为取代基，X为取代度，m为聚合度。本发明所用纤维素醚参数见表1。
                   表1实验用纤维素醚特性
  Parameter   MC          HEMC           HPMC
  R   CH3   CH3   CH2CH2OH   CH3   CH2CH(OH)CH3
  X   1.6～1.9   1.7～1.9   0.1～0.2   1.8～2.0   0.2～0.3
水溶性非离子型烷基纤维素醚及其羟烷基改性衍生物的水溶液加热时，在特定的温度下发生相分离，形成三维网状结构的凝胶析出；冷却时，当达到凝胶形成的特定温度以下，凝胶消失恢复原始溶液状态。这种溶液-凝胶转变是一种可逆过程，其特性是由于聚合物分子链含有大量憎水性取代基的特殊性和分子间相互作用的结果。在较低温度下，聚合物大分子被水化分散而成为溶液状态；当温度升高时分子水化作用减弱而链间水被逐渐逐出，当去水化作用足够充分时出现大分子聚集体，最终导致形成结构胶体。
本发明的通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法包括以下各步骤：
1、将MC、HPMC、HEMC单独或以重量比1∶(1～5)∶(1～3)混合，制成1～6重量％均一稳定的水溶液；
2、将上述溶液与陶瓷粉料、分散剂混合；陶瓷粉料为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氮化铝、氮化硅、碳化硅中的一种；使用的分散剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸胺中的任何一种，分散剂用量占陶瓷粉料重量的0.2～2.0％；
3、将第二步骤所得混合料球磨8～48小时；
4、上述浆料室温真空除泡10～30分钟；
5、将浆料注入模具中，模具材料为非孔材料玻璃、金属、橡胶、塑料等；之后加热模具至40～80℃，30～120分钟后脱模，10～30℃真空干燥2～3天即可得到陶瓷坯体。
本发明的优点在于：可获得形状复杂、密度均匀、有机物含量少、不需专门脱脂工序的大尺寸坯体，并且该法对多种陶瓷粉料的成型均有效。
具体实施方式
实施例1：甲基纤维素凝胶注模成型氧化铝陶瓷部件
氧化铝为市售工业粉，纯度为99.7％；纤维素醚为西安惠安化学工业有限公司生产，为白色粉末。
将3克甲基纤维素溶入100毫升水中制成溶液，加入400克氧化铝粉和5克聚丙烯酰胺分散剂，球磨24小时后真空除泡20分钟，制得固相体积分数约为50％的陶瓷浆料。将所得浆料注入玻璃模具，在60℃保温120分钟，模具内浆料固化为坯体，脱模后真空干燥2天即可得到氧化铝陶瓷坯体。
实施实例2：羟乙基甲基纤维素凝胶注模成型氧化锆部件
氧化锆为市售工业粉，平均粒度0.8μm；纤维素醚为西安惠安化学工业有限公司生产，为白色粉末。
将4克羟乙基甲基纤维素溶于100毫升水中，加入500克氧化锆粉和10克聚丙烯酸分散剂，球磨48小时后真空除泡30分钟，将所得浆料注入金属模具后将模具移入80℃恒温箱中保温120分钟，脱模后真空干燥3天即可得到凝胶注模成型氧化锆陶瓷坯体。
实施实例3：羟丙基甲基纤维素凝胶注模成型氧化钛陶瓷部件
市售氧化钛粉，平均粒度0.4μm；纤维素醚为西安惠安化学工业有限公司生产，为白色粉末。
将5克羟丙基甲基纤维素溶入100毫升水中制成溶液，加入400克氧化钛粉和5克聚甲基丙烯酸胺分散剂，球磨24小时后真空除泡20分钟，制得固相体积分数约为50％的陶瓷浆料。将所得浆料注入橡胶模具，在60℃保温120分钟，模具内浆料固化为坯体，脱模后真空干燥2天即可得到氧化钛陶瓷部件坯体。
实施实例4：甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素凝胶注模成型氮化硅部件
氮化硅为市售工业粉，平均粒度0.8μm；纤维素醚为西安惠安化学工业有限公司生产，为白色粉末。
将3克甲基纤维素、3克羟乙基甲基纤维素溶于100毫升水中，加入350克氮化硅粉和10克聚丙烯酸分散剂，球磨48小时后真空除泡30分钟，将所得浆料注入金属模具后将模具移入80℃恒温箱中保温120分钟，脱模后真空干燥3天即可得到凝胶注模成型氮化硅陶瓷坯体。
实施例5：羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素凝胶注模成型碳化硅陶瓷部件
碳化硅为市售工业粉，平均粒径为1.5μm；纤维素醚为西安惠安化学工业有限公司生产，为白色粉末。
将2克羟乙基甲基纤维素、2克羟丙基甲基纤维素溶入100毫升水中制成溶液，加入320克碳化硅粉和5克聚丙烯酰胺分散剂，球磨24小时后真空除泡20分钟，制得固相体积分数约为50％的陶瓷浆料。将所得浆料注入玻璃模具，在60℃保温120分钟，模具内浆料固化为坯体，脱模后真空干燥2天即可得到碳化硅陶瓷坯体。

Claims (2)

1、一种通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法，采用价廉、无毒性的水溶性高分子聚合物烷基纤维素醚甲基纤维素及其羟烷基改性衍生物如羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素水溶液的热凝胶性质来实现凝胶注模成型，其特征在于：具体工艺步骤为：
a、将甲基纤维素MC、羟丙基甲基纤维素HPMC、羟乙基甲基纤维素HEMC单独或以重量比1∶1～5∶1～3混合，制成1～6重量％均一稳定的水溶液；
b、将上述溶液与陶瓷粉料、分散剂混合；陶瓷粉料为氧化铝或氧化锆、氧化钛、氮化铝、氮化硅、碳化硅中的一种；使用的分散剂为聚丙烯酰胺或聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸胺中的任何一种，分散剂用量占陶瓷粉料重量的0.2～2.0％；
c、将第b步骤所得混合料球磨8～48小时；
d、上述浆料室温真空除泡10～30分钟；
e、将浆料注入模具中，加热模具至40～80℃，30～120分钟后脱模，10～30℃真空干燥2～3天得到陶瓷坯体。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：模具材料为非孔材料玻璃或金属、橡胶、塑料。
CNB2005100867243A 2005-10-26 2005-10-26 通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法 Expired - Fee Related CN1317234C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100867243A CN1317234C (zh) 2005-10-26 2005-10-26 通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2005100867243A CN1317234C (zh) 2005-10-26 2005-10-26 通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1781878A true CN1781878A (zh) 2006-06-07
CN1317234C CN1317234C (zh) 2007-05-23

Family

ID=36772568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100867243A Expired - Fee Related CN1317234C (zh) 2005-10-26 2005-10-26 通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1317234C (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101905973A (zh) * 2010-08-12 2010-12-08 中国人民解放军国防科学技术大学 先进结构陶瓷材料的凝胶注模成型工艺
CN101117558B (zh) * 2007-07-19 2011-03-30 西安明科微电子材料有限公司 铝碳化硅集成电路管壳的凝胶注模材料组合物及制备产品的方法
CN101397210B (zh) * 2007-09-24 2011-08-17 深圳市金科特种材料股份有限公司 制备氮化硅陶瓷发热体的凝胶注模成型工艺方法
CN111978076A (zh) * 2020-09-02 2020-11-24 醴陵市茶山万财坩埚瓷业有限公司 一种凝胶浆料及凝胶注压成型坯体的方法
CN112521161A (zh) * 2020-12-15 2021-03-19 无锡特科精细陶瓷有限公司 一种氧化铝-二氧化锆复相陶瓷的凝胶注模方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1233593C (zh) * 2002-11-26 2005-12-28 北京航空材料研究院 一种薄型陶瓷坯片水基凝胶流延成型方法
US20050115658A1 (en) * 2003-11-04 2005-06-02 Daga Amit K. Joining of ceramic powder pressed components in the green or sintered state with a gelcast joint

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101117558B (zh) * 2007-07-19 2011-03-30 西安明科微电子材料有限公司 铝碳化硅集成电路管壳的凝胶注模材料组合物及制备产品的方法
CN101397210B (zh) * 2007-09-24 2011-08-17 深圳市金科特种材料股份有限公司 制备氮化硅陶瓷发热体的凝胶注模成型工艺方法
CN101905973A (zh) * 2010-08-12 2010-12-08 中国人民解放军国防科学技术大学 先进结构陶瓷材料的凝胶注模成型工艺
CN101905973B (zh) * 2010-08-12 2012-05-30 中国人民解放军国防科学技术大学 先进结构陶瓷材料的凝胶注模成型工艺
CN111978076A (zh) * 2020-09-02 2020-11-24 醴陵市茶山万财坩埚瓷业有限公司 一种凝胶浆料及凝胶注压成型坯体的方法
CN111978076B (zh) * 2020-09-02 2022-08-16 醴陵市茶山万财坩埚瓷业有限公司 一种凝胶浆料及凝胶注压成型坯体的方法
CN112521161A (zh) * 2020-12-15 2021-03-19 无锡特科精细陶瓷有限公司 一种氧化铝-二氧化锆复相陶瓷的凝胶注模方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN1317234C (zh) 2007-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tallon et al. Recent trends in shape forming from colloidal processing: A review
Yang et al. Recent developments in gelcasting of ceramics
CN100482614C (zh) 利用胶态成型工艺制备轻质、高强度陶瓷材料的方法
JP2604592B2 (ja) 金属、セラミック粉末等の成形方法及びそのための組成物
CN1317234C (zh) 通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法
CN1778760A (zh) 高强度陶瓷复合材料凝胶注模坯体及其成型方法
CN102898141B (zh) 一种高导热氮化铝陶瓷异形件的制备方法
CN1065846C (zh) 精密陶瓷部件的无毒性凝胶注模成型方法
CN1078574C (zh) 陶瓷部件的酶催化高分子原位凝固成型的方法
CN105777082B (zh) 一种淀粉预凝胶原位凝固成型制备纳米氧化铝陶瓷的方法
CN104230345A (zh) 一种多孔氮化硅陶瓷材料的制备方法
CN110668813A (zh) 一种纳米氧化锆造粒粉末的制备方法
CN1686945A (zh) 硅溶胶凝固成型陶瓷部件的方法
CN100531968C (zh) 复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法
CN101348376A (zh) 陶瓷材料凝胶浇注成型用的双组份单体体系和使用方法
CN105060867A (zh) 一种高强度熔融石英陶瓷的凝胶注模成型方法
CN103639396A (zh) 利用陶瓷型制备金属钛及钛合金铸件的方法
CN109809802B (zh) 一种氧化铝-氧化钛-氧化锆陶瓷材料的制备方法
Li et al. Gelcasting of metal powders in nontoxic cellulose ethers system
CN1092168C (zh) 陶瓷部件的无氧阻聚凝胶注模成型方法
CN1275905C (zh) 一种制备高热导率和高尺寸精度氮化铝陶瓷零部件的方法
CN101224983A (zh) 一种预还原硬磁铁氧体陶瓷部件凝胶注模成形方法
CN101033128A (zh) 一种陶瓷聚合物复合材料的原料配方及制备方法
CN110540410B (zh) 一种氧化铝陶瓷注射成型用喂料及其制备方法
CN104230316A (zh) 氧化铝陶瓷的制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20070523

Termination date: 20091126