一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法
2023-07-27 12:26:51
專利名稱：一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法
技術領域：
一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，涉及一種陶瓷材料製備，特別含氧化鋁的陶瓷製備過程中的成型方法。
背景技術：
現代精密陶瓷材料由於其特有的力學、電磁學等方面的優異的性能成為目前越來越重要的一種新型無機非金屬材料，廣泛應用在電子、機械製造、新能源、生物工程、航空航天等領域。因此，各國投入大量人力、財力、物力在這一領域，先後相繼開發出幹壓、冷等靜壓、注漿、軋膜、流延、熱壓鑄以及注射、壓濾等成型技術應用到實際生產中。特別是美國橡樹嶺國家實驗室的M.A.Janney教授發明的一種水基凝膠注模成型工藝，與上述的成型工藝相比有很大的優越性，受到廣泛關注，並逐步應用到陶瓷材料的生產和研究中。
水基凝膠注模成型工藝的核心是配置高固相體積含量且有較好流動性的水料漿。料漿中含有一定量的有機單體和交聯劑，在料漿中加入引發劑，然後注入模中，在加熱或催化劑作用下，有機單體膠聯聚合，使陶瓷粉料原位固化成型，脫模乾燥後即的所需形狀的坯體。
在已有的關於凝膠注模成型工藝研究中，專利CN1370758A採用水溶性亞硫酸鹽和過硫酸鹽組成的氧化還原體系作引發劑，以N，N-亞甲基雙丙稀醯胺、二烯炳基酒石酸二醯胺等為交聯劑，引發有機單體丙稀醯胺、丙稀酸、甲基丙稀醯胺等膠聯；專利CN1456535採用凝膠注成型製備多孔陶瓷，其採用的單體為丙稀醯胺、甲基丙稀醯胺等，交聯劑為亞甲基雙丙稀醯胺，引發劑為硫酸銨，催化劑為N，N，N，N-四甲基乙二胺；專利CN1448365A提供了一種凝膠注成型製備陶瓷鋼套內襯的方法，工藝步驟為以丙稀醯胺為單體，亞甲基雙丙稀醯胺為交聯劑，引發劑為過硫酸銨，丙稀酸型陰離子分散劑，所成型坯體二次燒結成產品；CN1215711涉及一種精密陶瓷部件的無毒性凝膠注成型工藝，其特徵在以聚丙稀酸、聚甲基丙稀酸銨、檸檬酸銨、四甲基氫氧化銨中的一種作分散劑，凝固反應催化劑為碘酸鈣、磷酸氫鈣、碳酸鈣十己二酸中的任何一種，以海藻酸鈉為凝膠物質，成型製備陶瓷部件。專利CN1748914採用價廉、無毒性的水溶性高分子聚合物烷基纖維素醚如甲基纖維素及其羥烷基改性衍生物羥乙基甲基纖維素HEMC、羥丙基甲基纖維素HPMC水溶液的熱凝膠性質來實現凝膠注模成型。
在上述已有技術中，應用的有機單體均有不同程度的毒性，對人體和環境不友好；在成型過程中添加的3wt％～8wt％的有機物，最後在燒結過程中全部揮發掉；由於添加的物種較多，使得工藝過程複雜且難以控制；其中用到的部分有機物價格較高，在大規模生產中無疑會提高成本。
發明內容
本發明的目的就是針對上述已有技術存在的不足，提供一種對人體和環境友好、工藝過程簡單且易於控制、大規模生產中成本低的水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，其特徵在於是採用可與水逐漸反應而凝固硬化的無機物質水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥作為陶瓷料漿原位固化的固化劑。
本發明的一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，其特徵在於其成型過程的步驟如下(1)採用機械攪拌法製備料漿；首先配製均勻含有緩凝劑和分散劑的水溶液，然後加入水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥，攪拌均勻；再加入陶瓷乾粉攪拌均勻，製得料漿；其水溶液中的水量為料漿總質量的15％-25％；(2)將製得的料漿注入模具中，然後在室溫下養護12～36小時，脫模後在110℃烘乾24小時。
本發明的一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，其特徵在於水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥等的總加入量為陶瓷原料乾粉重量的1％～15％，其中水硬性氧化鋁的添加量為陶瓷原料乾粉重量的0％～15％，相對應的鋁酸鈣水泥的添加量陶瓷原料乾粉重量的15～0％。
本發明的一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，其特徵在於添加的緩凝劑為草酸、硝酸、鹽酸、硼酸、酒石酸、檸檬酸、檸檬酸鈉等的一種或幾種，添加量為水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥總加入量的0.01～0.8％；添加的分散劑為三聚磷酸鈉STPP、六偏磷酸鈉HMP、聚丙稀酸、聚丙稀酸銨、聚羧酸鹽類、丙稀酸-丙稀酸酯-磷酸-磺酸鹽四元共聚物的一種，添加量為陶瓷原料乾粉重量的0.01％～0.8％。
本發明的一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，其特徵在於是將水硬性氧化鋁和鋁酸鈣水泥粉狀均勻加入陶瓷乾粉中；或以加入水溶液中預配成漿液加入陶瓷乾粉中，或者先將陶瓷乾粉、分散劑、水和緩凝劑溼磨成料漿，然後將水硬性氧化鋁和鋁酸鈣水泥等加入料漿中。
本發明的一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，其特徵在於對配置的料漿採用以下方法之一進行除氣泡處理，(1)抽真空；(2)機械振動；(3)加除泡劑。
本發明的方法，利用廉價的水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥等與水發生水化反應而膠凝固化的特點，以水基料漿的凝膠方法，在常溫下以簡單的工藝實現陶瓷料漿的均勻凝膠。與現有的凝膠注模成型工藝相比，具有以下優點首先，本發明加入的水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥本身最終可成為陶瓷的組成部分；其次，工藝路線短，操作簡便，膠凝時不需加熱，減少能量消耗和設備投資；第三，添加物無毒無害，對人體和環境友好。
本發明的思路是利用水硬性氧化鋁和鋁酸鈣水泥可與水進行水化反應而凝固硬化的原理，而氧化鋁和氧化鈣本身可作為陶瓷的組成部分。水硬性氧化鋁與水反應先生成鋁溶膠，然後逐漸老化生成凝膠，從而達到固化的目的；純鋁酸鈣水泥是以CA2礦相為主，兼含CA、C12A7礦相，與水發生水化反應，產生具有結合作用的鋁膠和析出晶體，隨著反應的進一步加深鋁膠向凝膠轉化，坯體開始固化，具有一定強度。
具體實施例方式
一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，包括以下步驟(1)配置分散劑、緩凝劑水溶液。根據配比所需，將緩凝劑和分散劑加入水中，攪拌均勻、溶解；添加的緩凝劑為草酸、硝酸、鹽酸、硼酸、酒石酸、檸檬酸、檸檬酸鈉等的一種或幾種，添加量為水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥等的總加入量的0.01％～0.8％；添加的分散劑為三聚磷酸鈉(STPP)、六偏磷酸鈉(HMP)、聚丙稀酸、聚丙稀酸銨、聚羧酸鹽、聚丙稀-聚丙稀酸-聚磺酸-聚磺酸鹽四元共聚物等的一種，添加量為陶瓷原料乾粉總量0.01～0.6％，所需用水量為料漿總質量的5％-25％；(2)將水硬性氧化鋁和、或純鋁酸鈣水泥加入水溶液中，或者將已均勻混入水硬性氧化鋁和、或純鋁酸鈣水泥的陶瓷乾粉加入水溶液中，機械攪拌5～10分鐘。
(3)將料漿注入模具，常溫下保養12-36小時，也可在40～60℃下保養，時間可縮短至12-18小時，脫模，然後在110℃烘乾。
下面是本發明的實施例，但不作為對權利要求書內容的限制。
實施例1用水硬性氧化鋁作膠凝劑製備氧化鋁料漿以1000克市售氧化鋁陶瓷乾料為原料，粒徑為2.5微米，水硬性氧化鋁微粉50克，粒度為5微米，ρ相含量55％；緩凝劑檸檬酸鈉0.025克；分散劑聚丙稀酸銨3ml。將分散劑和緩凝劑加到250ml水中，溶解完畢，再將水硬性氧化鋁微粉50克加入，迅速攪拌後再將氧化鋁陶瓷乾料加進來，充分攪拌3～5分鐘，然後將料漿注入金屬模具中，在室溫下靜置養護36小時，脫模，在110℃烘乾，即得所需得陶瓷坯體。
實施例2用純鋁酸鈣水泥作膠凝劑製備氧化鋁料漿以1000克市售氧化鋁陶瓷乾料為原料，粒徑為2.5微米，純鋁酸鈣水泥60克，緩凝劑聚丙烯酸銨0.05克；分散劑HC323(丙稀酸-丙稀酸酯-磷酸-磺酸鹽四元共聚物)2ml。將分散劑和緩凝劑加到300ml水中，溶解完畢，再將純鋁酸鈣水泥60克加入，迅速攪拌後再將氧化鋁陶瓷乾料加進來，充分攪拌3～5分鐘，然後將料漿注入金屬模具中，在室溫下靜置養護12小時，脫模，在110℃烘乾，即得所需得陶瓷坯體。
實施例3～7用不同比例的水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥作膠凝劑製備氧化鋁料漿固定960克市售氧化鋁陶瓷乾料和280ml水，改變水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥的添加量，以及使用不同的緩凝劑和分散劑，加入種類和數量見下表按照實施例1的操作步驟分別配置實施例3～7料漿，然後注入模具，各自在室溫下養護24小時，脫模，在110℃烘乾，即得固化完全且表面光潔的陶瓷坯體。
實施例8～13用不同種類、不同比例的緩凝劑和分散劑，先和氧化鋁陶瓷乾粉、水磨成料漿，然後在注模前加入水硬性氧化鋁微粉和純鋁酸鈣水泥，攪拌3～5分鐘，再注模。
固定1000克市售氧化鋁陶瓷乾料和260ml水，水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥的添加量各35克，以及使用不同的緩凝劑和分散劑，加入種類和數量見下表。先將除水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥外的其餘物料和添加劑一起溼磨2小時，然後在注模前將水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥的添加量各35克加入料漿，攪拌3～5分鐘再注模。在60℃養護20小時，110℃烘乾，脫模即得坯體。
權利要求
1.一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，其特徵在於是採用可與水逐漸反應而凝固硬化的無機物質水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥作為陶瓷料漿原位固化的固化劑。
2.根據權利要求1所述的一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，其特徵在於其成型過程的步驟如下(1)採用機械攪拌法製備料漿；首先配製均勻含有緩凝劑和分散劑的水溶液，然後加入水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥，攪拌均勻；再加入陶瓷乾粉攪拌均勻，製得料漿；其水溶液中的水量為料漿總質量的15％-25％；(2)將製得的料漿注入模具中，然後在室溫下養護12～36小時，脫模後在110℃烘乾24小時。
3.根據權利要求2所述的一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，其特徵在於水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥等的總加入量為陶瓷原料乾粉重量的1％～15％，其中水硬性氧化鋁的添加量為陶瓷原料乾粉重量的0％～15％，相對應的鋁酸鈣水泥等的添加量陶瓷原料乾粉重量的15～0％。
4.根據權利要求1或2所述一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，其特徵在於添加的緩凝劑為草酸、硝酸、鹽酸、硼酸、酒石酸、檸檬酸、檸檬酸鈉等的一種或幾種，添加量為水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥總加入量的0.01～0.8％；添加的分散劑為三聚磷酸鈉STPP、六偏磷酸鈉HMP、聚丙稀酸、聚丙稀酸銨、聚羧酸鹽類、丙稀酸-丙稀酸酯-磷酸-磺酸鹽四元共聚物的一種，添加量為陶瓷原料乾粉重量的0.01％～0.8％。
5.根據權利要求1或2所述的一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，其特徵在於是將水硬性氧化鋁和鋁酸鈣水泥粉狀均勻加入陶瓷乾粉中；或以加入水溶液中預配成漿液加入陶瓷乾粉中，或者先將陶瓷乾粉、分散劑、水和緩凝劑溼磨成料漿，然後將水硬性氧化鋁和鋁酸鈣水泥等加入料漿中。
6.根據權利要求1或2所述的成型方法，其特徵在於對配置的料漿採用以下方法之一進行除氣泡處理，(1)抽真空；(2)機械振動；(3)加除泡劑。
全文摘要
一種水系含氧化鋁陶瓷料漿凝膠成型方法，涉及一種陶瓷材料製備，特別含氧化鋁的陶瓷製備過程中的成型方法。其特徵在於是採用可與水逐漸反應而凝固硬化的無機物質水硬性氧化鋁和純鋁酸鈣水泥作為陶瓷料漿原位固化的固化劑。本發明的方法與現有的凝膠注模成型相比，無需添加昂貴的或對人體有害或汙染環境的有機物和催化劑，具有成本低、操作簡便、環境友好、適用性強等優點，產出的坯體質量高。
文檔編號B28B11/00GK101058511SQ200710099829
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月31日 優先權日2007年5月31日
發明者姚長江, 劉新紅, 李建忠 申請人:中國鋁業股份有限公司