一種防止注模凝膠成型過程中氧阻聚的方法
2023-10-09 06:40:59
專利名稱：一種防止注模凝膠成型過程中氧阻聚的方法
技術領域：
本發明屬於一種陶瓷材料製備工藝領域，涉及一種防止注模凝膠成型過程中氧阻 聚的方法。
背景技術：
二十世紀九十年代初，美國橡樹嶺國家重點實驗室發明了陶瓷坯體的凝膠注模 成型技術，該技術將傳統的有機坯體注漿成型技術與高分子化學理論相結合，將可形成凝 膠體的有機單體和交聯劑與有機溶劑或水配置成預混液，與陶瓷粉體混合後配置成陶瓷料 漿，澆注入無滲透的模具中並在一定條件下使之原位聚合，形成交叉鍵結構的凝膠體而使 陶瓷坯體定型，因此可適用於各種複雜形狀的陶瓷坯體的精密成型。但是作為一種自由基 聚合反應，由於單體聚合時與空氣接觸，空氣中的氧會阻礙聚合反應，因此陶瓷坯體乾燥後 表面沒有聚合反應這一層將會剝落，無法製備出表面完好的陶瓷坯體。為克服表面氧阻聚 的問題，目前採用的方法是將注入模具的陶瓷料漿置於氮氣、氫氣或在真空中進行固化，或 者在料漿中加入某些水溶性高分子，由於水溶性高分子中的吸氧電子的吸氧作用優於單體 自由基的吸氧作用而避免氧氣對單體聚合的阻礙。然而，前一種方法不但增加製備成本，而 且工藝複雜，條件要求苛刻，後一種方法由於向料漿中加入水溶性高分子，必然改變料漿的 特性，會大大提高料漿的粘度，對配製高固相含量和良好流動性水基陶瓷料漿帶來困難，從 而增加了製備工藝的複雜性。
發明內容
本發明的目的是提出一種工藝簡單的防止注模凝膠成型過程中料漿出現氧阻聚 的方法。本發明的技術解決方案是提出一種防止注模凝膠成型過程氧阻聚的方法，(1)配料稱取下列物質，陶瓷粉體，去離子水或蒸餾水、分散劑、有機單體和交聯劑，其中， 每千克陶瓷粉加入去離子水90ml-250ml ；分散劑是下列物質之一檸檬酸鹽、碳酸鹽、聚丙 烯酸鹽、聚甲基丙烯酸鹽，其加入量為陶瓷粉體重量的0. 1-2% ；有機單體是丙烯醯胺或甲 基丙烯醯胺；交聯劑是亞甲基雙丙烯醯胺或多乙二醇二甲基丙烯酸，有機單體和交聯劑的 比例在10 1-30 1之間選取，有機單體和交聯劑的總加入量為去離子水量的5-30% ；(2)混合球磨將上述陶瓷粉體、去離子水或蒸餾水、分散劑、有機單體和交聯劑放入球磨罐中， 在滾筒磨或行星磨中充分球磨，形成陶瓷料漿，球磨時間為l_30h，球料比為1 :1-5:1;(3)除氣泡將上述料漿取出，進行真空攪拌除氣或振動除氣；(4)加入催化劑和引發劑在上述除氣後的料漿中加入催化劑四甲基乙二胺及引發劑過硫酸銨，充分攪拌均勻，催化劑的加入量為有機單體重量的0. 1-0. 4%，引發劑的加入量為有機單體重量的 0. 2-0. 6% ；(5)澆注將上述加入催化劑和引發劑後的陶瓷料漿澆注進由非滲水材料製成的模具中；(6)覆蓋防氧阻聚劑在上述料漿發生凝膠固化之前，將防氧阻聚劑緩慢添加到暴露於空氣的料漿表 面，防氧阻聚劑的厚度為1 5mm，防氧阻聚劑是下列物質之一 1，3 丁二醇，1，4 丁二醇，乙 二醇，丙三醇；(7)脫模乾燥料漿凝膠固化後，將防氧阻聚劑倒掉，從模具中取出溼凝膠坯體，乾燥後即得到所 需形狀的陶瓷坯體。在陶瓷料漿注入模具後，凝膠固化前，在其與空氣接觸的部分覆蓋上一層不影響 料漿凝膠固化的醇類有機溶劑，此有機溶劑的密度小於料漿的密度且不影響料漿的凝膠固 化。本發明具有的優點和有益效果，本發明通過在凝膠前與空氣接觸部分料漿表面覆 蓋一層不影響料漿凝膠固化反應的醇類有機溶劑，把料漿與空氣隔離，待到料漿凝膠固化 後倒掉表面的有機溶劑，即可得到完整光滑的凝膠坯體而不需要做任何表面處理。經過此 種方法，本發明的優點是，第一，本方法中所使用原材料來源廣泛，無需特殊設備，成本低，操作簡單易行。第二，本方法中用於防止氧阻聚的醇類有機物不參與料漿配置，不會影響料漿的 特性，從而簡化了配置低粘度高固相含量料漿的影響因素。第三，本方法中所用醇類有機物不會影響料漿的凝膠固化反應和坯體的強度，可 進行必要的機加工。第四，本方法製備的陶瓷坯體無任何起皮現象，表面和內部結構性能一致。
具體實施例方式下面對本發明做進一步詳細說明。提出一種防止注模凝膠成型過程氧阻聚的方 法，該方法的操作步驟如下(1)配料稱取下列物質，陶瓷粉體，去離子水或蒸餾水、分散劑、有機單體和交聯劑，其中， 每千克陶瓷粉加入去離子水90ml-250ml ；分散劑是下列物質之一檸檬酸鹽、碳酸鹽、聚丙 烯酸鹽、聚甲基丙烯酸鹽，其加入量為陶瓷粉體重量的0. 1-2% ；有機單體是丙烯醯胺或甲 基丙烯醯胺；交聯劑是亞甲基雙丙烯醯胺或多乙二醇二甲基丙烯酸，有機單體和交聯劑的 比例在10 1-30 1之間選取，有機單體和交聯劑的總加入量為去離子水量的5-30% ；(2)混合球磨將上述陶瓷粉體、去離子水或蒸餾水、分散劑、有機單體和交聯劑放入球磨罐中， 在滾筒磨或行星磨中充分球磨，形成陶瓷料漿，球磨時間為l_30h，球料比為1 :1-5:1;(3)除氣泡將上述料漿取出，進行真空攪拌除氣或振動除氣；
(4)加入催化劑和引發劑在上述除氣後的料漿中加入催化劑四甲基乙二胺及引發劑過硫酸銨，充分攪拌 均勻，催化劑的加入量為有機單體重量的0. 1-0.4%，引發劑的加入量為有機單體重量的 0. 2-0. 6% ；(5)澆注將上述加入催化劑和引發劑後的陶瓷料漿澆注進由非滲水材料製成的模具中；(6)覆蓋防氧阻聚劑在上述料漿發生凝膠固化之前，將防氧阻聚劑緩慢添加到暴露於空氣的料漿表 面，防氧阻聚劑的厚度為1 5mm，防氧阻聚劑是下列物質之一 1，3 丁二醇，1，4 丁二醇，乙 二醇，丙三醇；(7)脫模乾燥料漿凝膠固化後，將防氧阻聚劑倒掉，從模具中取出溼凝膠坯體，乾燥後即得到所 需形狀的陶瓷坯體。在陶瓷料漿注入模具後，凝膠固化前，在其與空氣接觸的部分覆蓋上一層不影響 料漿凝膠固化的醇類有機溶劑，此有機溶劑的密度小於料漿的密度，所以只漂浮在料漿表 面而以液-液界面取代原來的液-氣界面，使料漿與空氣隔離而達到防氧阻聚效果。實施例實施例1 氧化鋯陶瓷圓柱坯體的成型稱取500g平均粒徑為0. 5 μ m的部分穩定氧化鋯陶瓷粉體，加入60ml去離子水， 12ml的丙烯酸和甲基丙烯酸胺共聚物分散劑，13g丙烯酸胺有機單體，Ig亞甲基雙丙烯醯 胺交聯劑，用氨水調節PH = 9。加入750g磨球，置於滾筒式球磨機中球磨18小時後取出 料漿，真空攪拌除氣後加入0.8ml四甲基乙二胺催化劑和1.0m 1濃度為7%的過硫酸銨水 溶液引發劑，攪拌均勻，澆注進鋼製的尺寸為Φ60πιπιΧ43πιπι的圓柱形模具中並留出3mm高 度的模具空間，然後加入丙三醇將表面料漿覆蓋，丙三醇的厚度為1. 5mm在室溫中放置10 分鐘，料漿凝膠化。倒掉表面的丙三醇，打開模具，將坯體放置於空氣自然條件下乾燥M小 時，然後置於烘箱中於80°C烘乾直到坯體重量不再減少，所得坯體表面光滑無剝落，燒結成 瓷後亦無表面開裂或起皮現象。實施例2 :96%氧化鋁陶瓷坯體的成型稱取2000g由α -Al2O3、高嶺土、滑石和碳酸鈣組成的96%氧化鋁陶瓷粉末，加入 280ml去離子水，50g丙烯醯胺單體，3. Og亞甲基雙丙烯酸銨交聯劑，20ml乙二醇、30ml丙 烯酸銨分散劑，同時加入3000g磨球，置於滾筒式球磨機中，混磨22小時後取出料漿，真空 除氣泡後加入3ml四甲基乙二胺催化劑和濃度為5%的過硫酸銨引發劑水溶液，攪拌 均勻，加入到300mmX250mmX IOmm的玻璃板模具中，然後在模具開口一側的料漿表面加入 2mm厚的乙二醇，在室溫下放置15分鐘，料漿凝膠化。將表面的乙二醇倒出，開模後即得到 表面光滑，無起皮現象坯體。實施例3 氮化矽陶瓷圓柱坯體的成型稱取200g平均粒徑為LOym的氮化矽粉，15g氧化釔和15g氧化鑭粉體，加入 40ml去離子水，3ml聚甲基丙烯酸銨分散劑，6g丙烯醯胺單體，0. 6g亞甲基雙丙烯酸銨交聯 劑，用四甲基氫氧化銨調節料漿的PH = 10，加入250g磨球，置於行星磨中球磨4個小時後將料漿取出，經真空攪拌除氣後加入1. 5ml四甲基乙二胺催化劑和2ml濃度為8%的過硫酸 銨水溶液引發劑，攪拌均勻，然後將料漿平均分成兩份，並分別澆注進鋼製的Φ20πιπιΧ80πιπι 的圓柱形模具中並留出3ml高度的模具空間，在其表面分別覆蓋1，4 丁二醇和1，3 丁二醇， 放置15分鐘，料漿凝膠化。將表面的1，4 丁二醇和1，3 丁二醇倒掉，從模具中取出凝膠坯 體，均得到表面光滑無氧阻聚現象的坯體。
權利要求
1.一種防止注模凝膠成型過程中氧阻聚的方法，其特徵是，(1)配料稱取下列物質，陶瓷粉體，去離子水或蒸餾水、分散劑、有機單體和交聯劑，其中，每千 克陶瓷粉加入去離子水90ml-250ml ；分散劑是下列物質之一檸檬酸鹽、碳酸鹽、聚丙烯酸 鹽、聚甲基丙烯酸鹽，其加入量為陶瓷粉體重量的0. 1-2% ；有機單體是丙烯醯胺或甲基丙 烯醯胺；交聯劑是亞甲基雙丙烯醯胺或多乙二醇二甲基丙烯酸，有機單體和交聯劑的比例 在10 1-30 1之間選取，有機單體和交聯劑的總加入量為去離子水量的5-30% ；(2)混合球磨將上述陶瓷粉體、去離子水或蒸餾水、分散劑、有機單體和交聯劑放入球磨罐中，在滾 筒磨或行星磨中充分球磨，形成陶瓷料漿，球磨時間為l_30h，球料比為1 :1-5:1;(3)除氣泡將上述料漿取出，進行真空攪拌除氣或振動除氣；(4)加入催化劑和引發劑在上述除氣後的料漿中加入催化劑四甲基乙二胺及引發劑過硫酸銨，充分攪拌均 勻，催化劑的加入量為有機單體重量的0. 1-0.4%，引發劑的加入量為有機單體重量的 0. 2-0. 6% ；(5)澆注將上述加入催化劑和引發劑後的陶瓷料漿澆注進由非滲水材料製成的模具中；(6)覆蓋防氧阻聚劑在上述料漿發生凝膠固化之前，將防氧阻聚劑緩慢添加到暴露於空氣的料漿表面，防 氧阻聚劑的厚度為1 5mm，防氧阻聚劑是下列物質之一 1，3 丁二醇，1，4 丁二醇，乙二醇， 丙三醇；(7)脫模乾燥料漿凝膠固化後，將防氧阻聚劑倒掉，從模具中取出溼凝膠坯體，乾燥後即得到所需形 狀的陶瓷坯體。
2.根據權利要求1所述的防止注模凝膠成型過程中氧阻聚的方法，其特徵在於，在陶 瓷料漿注入模具後，凝膠固化前，在其與空氣接觸的部分覆蓋上一層不影響料漿凝膠固化 的醇類有機溶劑，此有機溶劑的密度小於料漿的密度且不影響料漿的凝膠固化。
全文摘要
本發明屬於一種陶瓷材料製備工藝領域，涉及一種防止注模凝膠成型過程中氧阻聚的方法。本發明提出一種可以在空氣條件下操作而防止注模凝膠成型過程中料漿出現氧阻聚的方法。通過在凝膠前與空氣接觸部分料漿的表面覆蓋一層不影響料漿凝膠固化的醇類有機溶劑，把料漿與空氣隔離，待到料漿凝膠固化後倒掉表面的有機溶劑，從而得到完整的凝膠體而不需要做任何表面處理。該技術的步驟是配料-混合球磨-除氣泡-加入催化劑和引發劑-澆注-在料漿表面覆蓋一層醇類防氧阻聚劑-凝膠固化-倒掉表面防氧阻聚劑-脫模乾燥。本發明操作方便，簡單實用，可以有效解決陶瓷料漿注模凝膠成型過程中的氧阻聚問題，獲得表面光亮且和內部結構完全一致的陶瓷坯體。
文檔編號C04B35/624GK102060543SQ20101056217
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者仝建峰, 李寶偉, 梁豔媛, 焦春榮, 陳大明 申請人:中國航空工業集團公司北京航空材料研究院