一種新型陶瓷注射料及其應用的製作方法
2023-05-13 14:46:51 2
專利名稱：一種新型陶瓷注射料及其應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於陶瓷注射成型技術領域，涉及到一種新型陶瓷注射料。
背景技術：
陶瓷注射成型技術是一種快速成型技術，其特點是適於製備形狀複雜、尺寸精度要求高的零件，能夠實現自動化連續生產。該技術的生產過程包括如下幾個主要步驟混料、注射、脫脂和燒結。其中，混料一步可以簡單描述為將陶瓷粉末和粘結劑在一定儀器和操作條件下混合均勻得到滿足後續加工性能的陶瓷注射料。能否採用快速高效的工藝進行脫脂、並且陶瓷注射零件是否會在脫脂過程中產生任何缺陷是考核陶瓷注射料性能的重要因素。
發明內容
本發明的目的是提出一種新型陶瓷注射料，該注射料利用陶瓷粉末與粘結劑製備，由該陶瓷注射料製備的陶瓷注射零件採用水脫脂工藝進行脫脂，填補了陶瓷注射成型技術領域中的一項空白。
本發明的另一個目的是提出新型陶瓷注射料的一種應用。
本發明提出了一種新型陶瓷注射料，其特徵在於，所述陶瓷注射料利用陶瓷粉末和粘結劑混合製備，原料的組成和含量為，按照質量計算，總量為1000份陶瓷粉末800-900份，間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉與聚乙二醇進行高溫縮聚反應得到的聚酯30-100份，非水溶性聚合物30-100份，表面活性劑5-20份，增塑劑10-30份，潤滑劑10-40份；具體製備步驟如下首先，將所述陶瓷粉末與上述粘結劑中的表面活性劑在高速攪拌器中充分混合均勻；然後，將處理得到的陶瓷粉末與上述粘結劑中的其它組分在混煉器或螺杆擠出機中混合均勻，操作溫度為160℃-180℃，最終得到本發明所述的陶瓷注射料。
本發明所述的陶瓷粉末為氧化鋁、氧化鋯、氮化矽或碳化矽。所述聚乙二醇的聚合度範圍是200-2000；所述非水溶性聚合物採用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯丙烯酸乙酯共聚物(EEA)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的一種；所述增塑劑採用甘油、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸二辛酯中的一種；所述潤滑劑採用石蠟、聚乙烯蠟、N，N-乙撐雙硬脂醯胺或植物油中的一種；所述表面活性劑採用鋁酸酯、矽烷、鈦酸酯或硬脂酸中的一種。
本發明所述的陶瓷注射料在製備陶瓷製品中的應用，即利用本發明所述的陶瓷注射料進行陶瓷注射成型，得到所需的陶瓷注射零件，然後採用水脫脂工藝對陶瓷注射零件進行脫脂，再經過熱脫脂和燒結，得到陶瓷製品。
利用本發明中的陶瓷注射料製備的陶瓷注射零件採用環境友好的水脫脂工藝進行脫脂，脫脂速度快，並且在脫脂過程中注射樣品不會產生裂縫、鼓泡、脹裂等缺陷。
具體實施例方式
下面來具體說明本發明的具體實施方式
。
在下文中，間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉與聚乙二醇進行高溫縮聚反應得到的聚酯用SIPM-PEG表示，SIPM代表間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉，PEG代表聚乙二醇。
本發明中用到的原料，除粘結劑中SIPM-PEG以外的其它組分，都可以購買到工業品。
粘結劑中的SIPM-PEG可由SIPM與PEG經過現有技術中的高溫縮聚反應得到。所說的PEG的聚合度範圍是200-2000。這種高溫縮聚反應可分兩步加料和三步反應第一步，將摩爾比為1∶2的SIPM與PEG以及催化劑鈦酸四丁酯加入反應器中，鈦酸四丁酯的加入量為反應物總質量的0.2％-2％，反應溫度為180℃-210℃，在氮氣保護下反應2-3小時，副產物甲醇的收集量為完全反應理論值的80％-90％；第二步，補加SIPM使反應物SIPM與PEG總的原料摩爾比(SIPM∶PEG)為1∶1，並補加催化劑鈦酸四丁酯，加入量與第一步相同，同時加入抗氧劑1010或亞磷酸三苯酯，加入量為反應物總質量的0.5-1％，升溫至220-230℃，反應至甲醇的收集量達到完全反應理論值的80％；第三步，抽真空至產物爬杆，得到具有良好水溶性和熱穩定性的聚合物SIPM-PEG。
根據多年研究發現，陶瓷注射料的原料的配比關係嚴格控制在下述範圍內，才可獲得注射料的良好流動性，並有效防止在脫脂過程中注射樣品不會產生裂縫、鼓泡、脹裂等缺陷。
原料的組成和含量為，按照質量計算，總量為1000份陶瓷粉末800-900份，間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉與聚乙二醇進行高溫縮聚反應得到的聚酯30-100份，非水溶性聚合物30-100份，表面活性劑5-20份，增塑劑10-30份，潤滑劑10-40份。
本發明所述的陶瓷注射料可以採用如下方法製備首先，將陶瓷粉末與粘結劑中的表面活性劑在高速攪拌器中充分混合均勻；然後，將處理得到的陶瓷粉末與粘結劑中的其它組分在混煉器或螺杆擠出機中混合均勻，操作溫度為160℃-180℃，最終得到本發明所述的陶瓷注射料。
表1為製備本發明所述的陶瓷注射料的原料的組成和含量，即原料的配比關係。
表1原料的組成和含量(說明按質量計算，總量為1000份。) 採用上述表1中編號1-8的配比製得的陶瓷注射料製備的陶瓷注射零件(直徑10mm，厚度2mm圓片)，在40℃水溶脫脂8小時，水溶性組分脫除量均為85％以上。與現有技術相比，利用本發明中的陶瓷注射料製備的陶瓷注射零件水脫脂速率高，並且在脫脂過程中不會產生任何裂縫、鼓泡和脹裂等缺陷。
表2中列舉了本發明原料配比的兩個對比例，來說明本發明的技術效果。表3給出了按實例1-8及對比例1的原料配比製得的陶瓷注射料在混合器中混合時的扭矩。
表2對比例的原料的組成和含量(說明按質量計算，總量為1000份。)
表3按實例1-8及對比例1的原料配比製得的陶瓷注射料在混合器中混合時的扭矩
從表3可以看到，按照實例編號1-8的配比製備的注射料在混合過程中的扭矩值均小於10，說明注射料具有良好的流動性，而按照上述對比例1的配比製備的陶瓷注射料流動性差，扭矩值為20，不能滿足注射成型的工藝要求，並且脫脂速率慢，在50℃的水中脫脂12小時，水溶性組分的脫除量僅為50％。
按照上述對比例2的配比製備的陶瓷注射料在脫脂過程中產生裂縫，破壞了陶瓷注射製品的完整形狀，無法滿足陶瓷注射成型的工藝要求。
本發明所述的陶瓷注射料在製備陶瓷製品中的應用，即利用本發明所述的陶瓷注射料進行陶瓷注射成型，得到所需的陶瓷注射零件，然後採用水脫脂工藝對陶瓷注射零件進行脫脂，再經過熱脫脂和燒結，得到陶瓷製品。
權利要求
1.一種新型陶瓷注射料，其特徵在於，所述陶瓷注射料利用陶瓷粉末和粘結劑混合製備，原料的組成和含量為，按照質量計算，總量為1000份陶瓷粉末 800-900份，間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉與聚乙二醇進行高溫縮聚反應得到的聚酯30-100份，非水溶性聚合物30-100份，表面活性劑5-20份，增塑劑10-30份，潤滑劑10-40份；具體製備步驟如下首先，將所述陶瓷粉末與上述粘結劑中的表面活性劑在高速攪拌器中充分混合均勻；然後，將處理得到的陶瓷粉末與上述粘結劑中的其它組分在混煉器或螺杆擠出機中混合均勻，操作溫度為160℃-180℃，最終得到本發明所述的陶瓷注射料。
2.根據權利要求1所述的陶瓷注射料，其特徵在於所述的陶瓷粉末為氧化鋁、氧化鋯、氮化矽或碳化矽。
3.根據權利要求1所述的陶瓷注射料，其特徵在於所述聚乙二醇的聚合度範圍是200-2000。
4.根據權利要求1所述的陶瓷注射料，其特徵在於所述非水溶性聚合物採用聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯丙烯酸乙酯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
5.根據權利要求1所述的陶瓷注射料，其特徵在於所述增塑劑採用甘油、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二丁酯或鄰苯二甲酸二辛酯中的一種。
6.根據權利要求1所述的陶瓷注射料，其特徵在於所述潤滑劑採用石蠟、聚乙烯蠟、N，N-乙撐雙硬脂醯胺或植物油中的一種。
7.根據權利要求1所述的陶瓷注射料，其特徵在於所述表面活性劑採用鋁酸酯、矽烷、鈦酸酯或硬脂酸中的一種。
8.權利要求1所述的陶瓷注射料在製備陶瓷製品中的應用。
全文摘要
一種新型陶瓷注射料及其應用，屬於陶瓷注射成型技術領域。本發明公開了一種新型陶瓷注射料，利用陶瓷粉末和粘結劑混合製備；所述粘結劑包括間苯二甲酸二甲酯－5－磺酸鈉與聚乙二醇進行高溫縮聚反應得到的聚酯、非水溶性聚合物、表面活性劑、增塑劑和潤滑劑，具體製備步驟如下將陶瓷粉末與表面活性劑在高速攪拌器中充分混合均勻；然後將處理得到的陶瓷粉末與粘結劑中的其它組分在混煉器或螺杆擠出機中混合均勻得到所述陶瓷注射料。利用本發明中的陶瓷注射料製備的陶瓷注射零件採用環境友好的水脫脂工藝進行脫脂，脫脂速度快，並且在脫脂過程中注射樣品不會產生裂縫、鼓泡、脹裂等缺陷。
文檔編號C04B35/63GK1594220SQ20041000926
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月25日 優先權日2004年6月25日
發明者郭寶華, 張嬌月, 徐軍, 司文捷 申請人:清華大學