用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具及其製作方法

2023-05-03 21:51:46

專利名稱：用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具及其製作方法。
背景技術：
注漿成型是一種簡便而又實用的陶瓷成型工藝，通常以石膏作為成型的 模具。石膏模具具有成本低、加工工藝簡單、吸水性能好、易脫模等優點； 但不足之處是力學強度低，耐磨性能差，易阻塞，使用壽命短。此外，石膏 模具在注漿、乾燥過程中極易受損，而成為雜質進入陶瓷素坯。這些微量的 雜質不會對傳統陶瓷造成明顯的影響。但是先進陶瓷(特別是透明陶瓷)對 於純度的要求很高，對雜質成分非常敏感，由石膏引入的微量雜質足以造成 其物理、化學性質的變化。例如在透明氧化鋁陶瓷注漿成型工藝中，石膏模 具中的鈣離子汙染會引起氧化鋁晶粒異常長大，導致透光率下降，無法滿足 正常的使用要求。雖然，在成型以後可以通過一定的方法除去其中的汙染物， 但無疑會增加工序，提高成本。
為了解決上述問題，許多科研工作者致力於開發新的材料取代石膏模 具。近年來多孔陶瓷和多孔塑料逐漸得到應用。但是用這兩種材料製造的模 具工藝複雜，成本昂貴，所以難以推廣應用。
對石膏模具進行改進處理是另一種可行的辦法。比如在石膏模具中添加 纖維可以在一定程度上提高石膏模具的力學強度。中國專利CN1088149提出 在石膏模具的工作面上塗布一層塗料提高石膏模具的使用壽命，但所述塗料 主要是油性物質，與水不浸潤，從而會降低石膏模具的吸水性能。更為重要 的是，現有的改進處理技術並未能從根本上解決石膏模具汙染產品的問題。

發明內容
為了解決現有石膏模具強度低、汙染產品等問題，本發明目的在於提供 一種改進的石膏模具及其製作方法，所提供的模具適用於現代陶瓷特別是透 明陶瓷的注漿成型。本發明是在普通石膏模具的工作表面塗覆一層親水性多 孔表面隔離層，不僅將模具表面和坯體隔離開來，而且提高了模具表面的強 度，同時不會影響石膏模具的吸水性。
本發明通過以下技術方案實現
(1) 按照傳統的方法製備石膏模具，待用。
(2) 製備親水性混合液。該混合液經過一定的物理或者化學變化能形成 凝膠。該混合液可以是含有乙烯基或者烯丙基官能團的水溶液，通過自由基 聚合反應生成凝膠；也可以是含有水性環氧樹脂或者水性環氧化合物的水溶 液或者乳濁液，加入固化劑後形成凝膠；也可以是含有澱粉、纖維素、瓊脂 或者明膠等多糖類聚合物的水溶液或者懸浮液，通過改變溫度或者改變pH 值形成凝膠；還可以是含有蛋白質的水溶液或者懸浮液，通過改變溫度或者 改變pH值形成凝膠。
(3) 在上述水性混合液中外加加入0. 5-15wt% (相對於水性混合液的重 量)的固體顆粒，形成懸浮塗覆液。該固體顆粒的顆粒尺寸不大於10 um。 固體顆粒加入的時間與上述水性混合液的製備可以同時進行或者交叉進行。 該固體顆粒與模具所要成型的陶瓷是相同的材料，或者不會對所要成型的陶 瓷性能帶來影響。
(4) 將上述懸浮塗覆液按照一定的量塗覆在石膏模具的工作表面，依靠 石膏的吸水性將先前加入的固體顆粒沉積在石膏的表面，形成厚度不大於 0.5mm的表面隔離層；而水性混合液滲透至石膏內部。所述塗覆工藝可以是 霧化噴淋、高壓噴塗、靜電噴塗、浸漬、刷子塗覆等。(5)在一定的條件下水性混合液發生變化，形成凝膠，將石膏和沉積在 其表面的固體顆粒粘結在一起。適當乾燥後，揮發的水分在表面隔離層留下 孔隙，就得到本發明所述的注漿成型模具。所形成的凝膠與固體顆粒結合在 一起，覆蓋在石膏表面，增加了模具的表面強度。此外，滲透至石膏內部的 水性混合液形成凝膠後還可以增強石膏模具內部的強度。
本發明的一個優選方式是所述懸浮塗覆液至少包括水；佔懸浮塗覆液
重量5-35%的單官能單體和雙官能單體，所述官能團可以是乙烯基或者烯丙 基；自由基引發劑；以及固體顆粒。也可以同時含有固體顆粒分散劑、表 面活性劑或者催化劑等等。
所述單官能單體可以是丙烯醯胺(AM)、甲基丙烯醯胺(MAM)、乙烯基吡 咯垸酮(NVP)以及甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(MPEGMA)等等。所述雙官能單 體可以是N，N，-亞甲基雙丙烯醯胺(MBAM)。所述自由基引發劑為 N，N，N， ，N，，-四甲基乙二胺(TEMED)。所述自由基引發劑可以選用過硫酸銨 (APS)或者偶氮二異丁咪鹽酸鹽(AZAP)。
所述懸浮塗覆液要在氮氣、氬氣或者真空的條件下，塗覆在石膏模具的 表面，直至凝膠變化完成。因為氧氣的存在會阻止自由基聚合反應的發生。
本發明的另一個優選方式是所述懸浮塗覆液含有水；佔懸浮塗覆液重 量5-45%的雙官能或者多官能水性環氧樹脂或環氧化合物；固體顆粒；水性 環氧樹脂固化劑。也可以含有分散劑以及表面活性劑等。
所述雙官能或者多官能水性環氧樹脂或環氧化合物可以是非水溶性環 氧樹脂水乳液、水性化改性環氧樹脂或者水溶性環氧樹脂。例如乙二醇縮 水甘油醚、丙二醇縮水甘油醚、丙三醇縮水甘油醚以及山梨醇縮水甘油醚等 等。
所述的水性環氧樹脂固化劑可以是多胺型或者酸酐型固化劑，也可以是 含有羧基或羥基等能與環氧基團發生加成反應的物質。所述懸浮塗覆液能夠發生聚合反應，從而變成凝膠體。要在凝膠化之前 將其塗覆在石膏模具表面。
本發明的又一個優選方式是在85。C以上的熱水中加入0.5-25% (相對
於水的重量)的澱粉、纖維素、明膠或者瓊脂等多糖類聚合物，並不斷攪拌
使其溶解在水中；適當降低溫度，但不要低於凝膠化溫度；然後加入固體顆 粒，攪拌均勻得到懸浮塗覆液；最後把所得懸浮塗覆液按照一定的量塗覆在 預熱到50-7(TC左右的石膏模具表面，經過冷卻使懸浮塗覆液發生凝膠化。
本發明的又一個優選方式是將5-35% (相對於水的重量)的蛋白質溶 解在水中；加入固體顆粒攪拌均勻後，將其塗覆在石膏模具的表面；然後把 石膏模具放入8(TC左右的高溼度烘箱中加熱；最後取出冷卻即可。所述的蛋 白質可以是雞蛋白、血蛋白或者乳蛋白。
本發明的有益效果是有效地阻止了石膏模具與素坯的接觸，同時增加了 模具的使用壽命。選擇與素坯成分相同或者不會影響素坯質量的固體顆粒， 避免了接觸汙染，適用於對於汙染比較敏感的先進陶瓷的注漿成型，特別適 用於透明陶瓷的成型。相對於多孔陶瓷和多孔塑料模具，本發明在於對石膏 模具進行適當改進，具有工藝簡單、成本低的優點。
具體實施例方式
本發明通過下面的實施例詳細說明。
實施例1:
將12g甲基丙烯醯胺和3g N， N，-亞甲基雙丙烯醯胺加入到85g水中充 分溶解後；再加入5g平均粒度為0.25 um的氧化鋁粉，攪拌均勻；隨後加 入10%的過硫酸銨溶液0. 46 ml和0.05 ml N，N，N， ，N，，-四甲基乙二胺， 並快速攪拌均勻得到所需的懸浮液；將所得懸浮液轉移至充滿氮氣的手套箱 中，按照0.4ml/cm2的用量塗覆在石膏模具的工作表面；放置1小時後取出， 放入45'C的烘箱中乾燥。所得模具的表面隔離層牢固地粘附在石膏表面，不 易脫落，吸水性強。 將45 Wt^的高純氧化鋁漿料澆在上述模具表面，得到片狀素坯。乾燥
後，先在1000。C下煅燒；然後在1850。C的氫氣爐中保溫3小時，可以得到半
透明的氧化鋁片。而用未經處理的石膏作為模具，採用同樣的方法製備的氧 化鋁片有許多白點和微裂紋。
實施例2:
將12g山梨醇縮水甘油醚與88g水混合，得到100g乳液；往其中加入 3g平均粒徑為0.45 um的氧化鋁粉，球磨30分鐘後；再加入6 ml 二丙三 胺，攪拌IO分鐘，得到懸浮塗覆液；將懸浮塗覆液按0.2 ml/cm2的量噴淋 在石膏模具的工作表面，靜置60分鐘後，放入5(TC的烘箱中烘乾。所得模 具的表面隔離層牢固地粘附在石膏表面，不易脫落，吸水性強。
將45wt^的高純氧化鋁漿料澆在上述模具表面；乾燥後，先在100(TC 下煅燒；然後在185(TC的氫氣爐中保溫3小時，可以得到半透明的氧化鋁片。
實施例3:
將2g瓊脂加入98g水中，加熱至開始沸騰；隨後冷卻至7(TC;再加入 5g氧化釔粉，保持在7(TC左右攪拌，得到懸浮塗覆液；同時將石膏模具加熱 至60°C;然後將懸浮塗覆液按0. 1 ml/cm2的量噴塗在石膏模具的工作表面； 冷卻後瓊脂形成凝膠；乾燥後就得到覆蓋有氧化釔隔離層的模具。
將50 wt。/。的高純氧化釔漿料澆在上述模具表面；乾燥後，先在IOO(TC 下煅燒；然後在1850'C的氫氣爐中保溫3小時，得到高純氧化釔陶瓷的相對 密度大於99.9%。
實施例4:
將10g乳蛋白粉加入90g水中充分溶解；再加入lg釔鋁石榴石(YAG) 粉，攪拌均勻得到懸浮塗覆液；將其按0.2ml/cm2的量塗覆在石膏模具的表 面；然後把石膏模具放入8(TC左右的高溼度烘箱中；2小時後轉移至45°C 的烘箱乾燥。所得模具的釔鋁石榴石粉的表面隔離層牢固地粘附在石膏表面， 不易脫落，吸水性強。 將40 wtX的高純釔鋁石榴石漿料澆在上述模具表面；乾燥後，先在1000
"C下煅燒；然後在175(TC的氫氣爐中保溫5小時，得到透明的釔鋁石榴石陶
瓷。而用未經處理的石膏作為模具，釆用同樣的方法製備的釔鋁石榴石陶瓷 不透明。
權利要求
1、一種用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具，其特徵在於普通石膏模具的工作表面塗覆一層懸浮的塗覆液，依靠石膏的吸水性使懸浮塗覆液中的固體顆粒沉積在石膏的表面，形成表面隔離層。
2、 按權利要求1所述的用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具，其特徵在 於所述的表面隔離層的厚度不大於0.5mm。
3、 按權利要求1所述的用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具，其特徵在 於所述的懸浮塗覆液由固體顆粒和親水性混合液組成；在親水性混合液中外 加的質量百分數為0.5_15%固體顆粒。
4、 按權利要求1或3所述的用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具，其特 徵在於所述固體顆粒為氧化鋁、氧化釔、釔鋁石榴石、鎂鋁尖晶石或莫來石 中的任一種。
5、 按權利要求l、 3所述的用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具，其特 徵在於所述的固體顆粒的尺寸不大於l(Him。
6、 按權利要求4所述的用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具，其特徵在 於所述的固體顆粒的尺寸不大於l(Him。
7、 製作如權利要求1所述的用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具的方 法，其步驟在於a) 製作普通石膏模具；b) 製備親水性混和液，有下述幾種中的任一種(i )乙烯基或烯丙基管能團的親水混和液，通過自由基引發劑聚合反 應生成凝膠；官能團在親水混和液中百分含量為5%_35。％;(ii)質量百分含量為5。％—45%的水性環氧樹脂或水性環氧化合物的 水溶液或乳濁液，加入固化劑後形成凝膠；(iii) 澱粉、纖維素、瓊脂或明膠多糖類聚合物的水溶液或懸浮液，通過改變溫度或PH值形成凝膠；多糖類聚合物相對於水的質量的百分含量為 0.5%_25%;(iv) 蛋白質的水溶液或懸浮液，通過改變溫度或PH值形成凝膠；蛋 白質相對於水的質量，蛋白質的質量百分含量為5%—35%;c) 在步驟b形成親水混和液中外加質量百分數為0.5_15%的固體顆粒， 形成懸浮塗覆液；d) 將步驟c形成懸浮塗覆液塗覆在步驟a製作的石膏模具的工作表面， 形成表面隔離層從而製作成用於陶瓷注漿成型改進的石膏模具。
8、 按權利要求7所述的用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具的製作方 法，其特徵在於步驟b中(i)的管能團為單官能單體或雙管能單體；所述 的自由基引發劑為過硫酸銨或者偶氮二異丁咪鹽酸鹽。
9、 按權利要求7所述的用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具的製作方 法，其特徵在於所述的單官能單體是丙稀醯胺、甲基丙稀醯胺、乙烯基吡咯 垸酮或者甲氧基聚乙二醇甲基丙稀酸酯中的一種或幾種；所述的雙官能單體 是N,N' —亞甲基雙丙稀醯胺。
10、 按權利要求7所述的用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具的製作方 法，其特徵在於步驟b中(ii)所述的水性環氧樹脂或者水性環氧化合物是 乙二醇縮水甘油醚、丙二醇縮水甘油醚、丙三醇縮水甘油醚或者山梨醇縮水 甘油醚中的一種或幾種。
11、 按權利要求7所述的用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具的製作方法，其特徵在於步驟b中(iii)所述的水性環氧樹脂固化劑為多胺型或者酸 酐型的固化劑，或者是含有羧基或羥基能與環氧基團發生加成反應的物質。
12、按權利要求7所述的用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具的製作方 法，其特徵在於步驟b中(iv)所述的蛋白質為雞蛋白、血蛋白或乳蛋白。
全文摘要
本發明公開了一種用於陶瓷注漿成型的改進的石膏模具及其製作方法。其特徵在於在普通石膏模具的工作表面塗覆一層親水性多孔表面隔離層，具體是先配製經過一定的物理或者化學變化能變成水凝膠的水性混合液；同時加入0.5-15％(相對於水性混合液的重量)的固體顆粒，形成懸浮塗覆液；將所述懸浮塗覆液塗覆在石膏模具的工作表面；在一定的條件下水性混合液形成凝膠，將石膏和沉積在其表面的固體顆粒粘結在一起；最後適當乾燥。解決了現有石膏模具強度低，不僅提高了模具的表面強度，又避免了石膏與製品直接接觸。本發明提供的改進後的石膏模具製作適用於對純度要求高的先進陶瓷或透明陶瓷的注漿成型。
文檔編號B28B7/36GK101204830SQ200710172520
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月18日 優先權日2007年12月18日
發明者馮明輝, 島井駿藏, 毛小建, 王士維 申請人:中國科學院上海矽酸鹽研究所