[发明专利]用于陶瓷注浆成型的改进的石膏模具及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于陶瓷注浆成型的改进的石膏模具及其制作方法。

背景技术

注浆成型是一种简便而又实用的陶瓷成型工艺，通常以石膏作为成型的模具。石膏模具具有成本低、加工工艺简单、吸水性能好、易脱模等优点；但不足之处是力学强度低，耐磨性能差，易阻塞，使用寿命短。此外，石膏模具在注浆、干燥过程中极易受损，而成为杂质进入陶瓷素坯。这些微量的杂质不会对传统陶瓷造成明显的影响。但是先进陶瓷(特别是透明陶瓷)对于纯度的要求很高，对杂质成分非常敏感，由石膏引入的微量杂质足以造成其物理、化学性质的变化。例如在透明氧化铝陶瓷注浆成型工艺中，石膏模具中的钙离子污染会引起氧化铝晶粒异常长大，导致透光率下降，无法满足正常的使用要求。虽然，在成型以后可以通过一定的方法除去其中的污染物，但无疑会增加工序，提高成本。

为了解决上述问题，许多科研工作者致力于开发新的材料取代石膏模具。近年来多孔陶瓷和多孔塑料逐渐得到应用。但是用这两种材料制造的模具工艺复杂，成本昂贵，所以难以推广应用。

对石膏模具进行改进处理是另一种可行的办法。比如在石膏模具中添加纤维可以在一定程度上提高石膏模具的力学强度。中国专利CN1088149提出在石膏模具的工作面上涂布一层涂料提高石膏模具的使用寿命，但所述涂料主要是油性物质，与水不浸润，从而会降低石膏模具的吸水性能。更为重要的是，现有的改进处理技术并未能从根本上解决石膏模具污染产品的问题。

发明内容

为了解决现有石膏模具强度低、污染产品等问题，本发明目的在于提供一种改进的石膏模具及其制作方法，所提供的模具适用于现代陶瓷特别是透明陶瓷的注浆成型。本发明是在普通石膏模具的工作表面涂覆一层亲水性多孔表面隔离层，不仅将模具表面和坯体隔离开来，而且提高了模具表面的强度，同时不会影响石膏模具的吸水性。

本发明通过以下技术方案实现：

(1)按照传统的方法制备石膏模具，待用。

(2)制备亲水性混合液。该混合液经过一定的物理或者化学变化能形成凝胶。该混合液可以是含有乙烯基或者烯丙基官能团的水溶液，通过自由基聚合反应生成凝胶；也可以是含有水性环氧树脂或者水性环氧化合物的水溶液或者乳浊液，加入固化剂后形成凝胶；也可以是含有淀粉、纤维素、琼脂或者明胶等多糖类聚合物的水溶液或者悬浮液，通过改变温度或者改变pH值形成凝胶；还可以是含有蛋白质的水溶液或者悬浮液，通过改变温度或者改变pH值形成凝胶。

(3)在上述水性混合液中外加加入0.5-15wt％(相对于水性混合液的重量)的固体颗粒，形成悬浮涂覆液。该固体颗粒的颗粒尺寸不大于10μm。固体颗粒加入的时间与上述水性混合液的制备可以同时进行或者交叉进行。该固体颗粒与模具所要成型的陶瓷是相同的材料，或者不会对所要成型的陶瓷性能带来影响。

(4)将上述悬浮涂覆液按照一定的量涂覆在石膏模具的工作表面，依靠石膏的吸水性将先前加入的固体颗粒沉积在石膏的表面，形成厚度不大于0.5mm的表面隔离层；而水性混合液渗透至石膏内部。所述涂覆工艺可以是雾化喷淋、高压喷涂、静电喷涂、浸渍、刷子涂覆等。

(5)在一定的条件下水性混合液发生变化，形成凝胶，将石膏和沉积在其表面的固体颗粒粘结在一起。适当干燥后，挥发的水分在表面隔离层留下孔隙，就得到本发明所述的注浆成型模具。所形成的凝胶与固体颗粒结合在一起，覆盖在石膏表面，增加了模具的表面强度。此外，渗透至石膏内部的水性混合液形成凝胶后还可以增强石膏模具内部的强度。

本发明的一个优选方式是所述悬浮涂覆液至少包括：水；占悬浮涂覆液重量5-35％的单官能单体和双官能单体，所述官能团可以是乙烯基或者烯丙基；自由基引发剂；以及固体颗粒。也可以同时含有：固体颗粒分散剂、表面活性剂或者催化剂等等。

所述单官能单体可以是丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰胺(MAM)、乙烯基吡咯烷酮(NVP)以及甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(MPEGMA)等等。所述双官能单体可以是N，N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)。所述自由基引发剂为N，N，N’，N’，-四甲基乙二胺(TEMED)。所述自由基引发剂可以选用过硫酸铵(APS)或者偶氮二异丁咪盐酸盐(AZAP)。

所述悬浮涂覆液要在氮气、氩气或者真空的条件下，涂覆在石膏模具的表面，直至凝胶变化完成。因为氧气的存在会阻止自由基聚合反应的发生。

本发明的另一个优选方式是所述悬浮涂覆液含有：水；占悬浮涂覆液重量5-45％的双官能或者多官能水性环氧树脂或环氧化合物；固体颗粒；水性环氧树脂固化剂。也可以含有分散剂以及表面活性剂等。