[发明专利]一种环保型凝胶注膜成型制备氧化铝基陶瓷材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种凝胶注膜成型制备氧化铝基陶瓷材料的方法。

背景技术

氧化铝基陶瓷材料是具有高熔点、高硬度、高耐磨、绝缘、耐热等优异性 能的先进陶瓷，在航空航天、能源、生物、冶金、电子、化学、化工等领域有 非常广泛的应用。广泛的应用必将给氧化铝基陶瓷的形状带来要求，复杂形状 的氧化铝陶瓷的成型工艺有很多种，其中凝胶注模成型技术就是一种新发展起 来的技术。

凝胶注模成型(Gel-casting)技术是由美国橡树岭国家实验室M.A.Jenny 和O.O.Omatete教授等人首先发明的一种陶瓷净尺寸成型技术，是九十年代 以来出现的一种最新的胶态成型工艺。该法是将陶瓷粉料分散于含有有机单体 和交联剂的水溶液中制备出低粘度高固相体积分数的浓悬浮体，然后加入引发 剂和催化剂，陶瓷粉料中的有机单体在交联剂、引发剂和催化剂的共同作用下， 可以形成相互交联三维网状结构的高聚物，使浓悬浮体形成凝胶而原位固化， 从而获得密度高、均匀性好、强度高的坯体。目前凝胶注模成型技术已广泛地 应用于Al₂O₃、ZrO₂、SiC、AlN、Si₃N₄等氧化物或非氧化物的精密陶瓷体系。 但是，由于目前采用的注模成型的原料主要是有毒的有机单体，因而该方法对 环境保护和人体健康非常不利。

专利98119376.5提出了一种精密陶瓷部件的无毒性凝胶注模成型工艺， 该工艺首先将海藻酸钠制备成水溶液，使其与陶瓷粉料相混，加入分散剂，混 合后球磨，球磨后的浆料中加入凝固反应催化剂，真空下除泡，浆料即可注入 模具中，将模具加入到一定温度，保温后脱模，即为陶瓷部件。

专利200510086725.8提供了一种复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模 成型方法。采用价廉、无毒性的水溶性高分子聚合物烷基纤维素醚如甲基纤维 素及其羟烷基改性衍生物羟乙基甲基纤维素HEMC、羟丙基甲基纤维素 HPMC水溶液的热凝胶性质来实现凝胶注模成型。优点在于：可获得形状复 杂、密度均匀、有机物含量少、不需专门脱脂工序的大尺寸坯体。

但是这种方法在制备的过程中，采用了有机物这不仅带来了金属离子的污 染，同时由于有机物的分解产生一些有害气体的污染，同样会给环境带来压力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的凝胶注膜成型制备氧化铝 基陶瓷材料的方法。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种凝胶注膜成型制备氧化铝基陶瓷材料的方法，该方法以勃姆石为原 料，包括如下步骤：

(1)、将勃姆石分散在去离子水中，其中，勃姆石与水的重量比为1∶2～ 20，然后加入酸调节pH至2～5，搅拌至得到勃姆石的溶胶；

(2)、向上述溶胶中添加氧化钇、氧化镁及氧化硅其中的一种，继续搅拌 得到均匀的浆体；

(3)、将所述浆体注入成型模具中，静置至浆体固化；

(4)、对固化的浆体进行干燥、烧结，得到所述的氧化铝基陶瓷材料。

根据本发明的一个方面，作为原料的勃姆石的纯度大于等于98.5％。步骤 (1)中，勃姆石与水的重量比优选为1∶4～5，并且加入酸调节所述pH为3～ 4。所述的酸为可以为选自硝酸、盐酸、草酸及氢氟酸中的一种或多种。这些 酸可以为直接购买所得的工业级酸或者经过稀释的酸。本领域技术人员为了调 节pH的目的，可以选择合适的酸的浓度。

根据本发明的另一方面，步骤(2)中，添加物选自氧化镁、氧化硅及氧 化钇中的一种，选择不同的制备陶瓷必需的其他原料可以获得不同的氧化铝基 陶瓷材料，例如当选择MgO时可获得MgAl2O4陶瓷材料；当选择Y2O3时 可获得Y3Al5O12陶瓷材料；当选择SiO2时可获得3Al2O3-2SiO2陶瓷材料。

所述制备陶瓷必需的其他原料的加入量根据材料本身来确定，一般情况 下，制备陶瓷必需的其他原料的加入量为所需材料的化学计量比。

根据本发明的又一方面，步骤(3)中，静置优选在温度20-45℃的环境 下进行。步骤(4)中，所述的干燥温度为70-100℃，烧结温度为1300-1750℃。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：