[发明专利]由溶胶-凝胶溶液制造物件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造物件的方法，所述物件例如由涉及溶胶-凝胶方法的陶瓷、玻璃或杂化无机/有机材料制成。

下文将描述该方法，该方法由于其能够制备的物件的多样性而应用在许多领域中。

背景技术

通常，溶胶-凝胶方法包括制备含有基于金属或非金属元素的前体(其可为有机金属化合物或金属盐)和一种或多种有机溶剂的溶液，由此所得到的溶液形成溶胶(其也可被称为溶胶-凝胶溶液)。与环境湿气接触，在该溶胶-凝胶溶液中含有的前体在一定程度经历水解的步骤和缩合的步骤以形成嵌入溶剂的氧化物网状物，从而形成凝胶。随后干燥该溶胶以在所述干燥结束时形成整块物件。

目前，两种干燥技术占主导地位。

蒸发干燥法；以及

超临界干燥法。

蒸发干燥法包括：通过在大气压下或在减压下(即，低于大气压的压力)加热来去除溶胶-凝胶溶液中存在的有机溶剂。在所述干燥结束时，得到多孔整块形式的干燥的凝胶(也被称为干凝胶)，其不利的方面是由于在孔隙水平上的高表面张力的存在而可能存在裂缝和裂隙。此外，当对在对外界开放的模具中浇铸的溶胶-凝胶溶液实施该技术时(当其尤其涉及形成更复杂形状的物件而不是整块物件时)，结果凝胶的干燥并不是在所有方向上都均匀，这可能导致物件的形状不对应于起始模具的形状。最后，此外，非均匀干燥的凝胶导致额外的机械应力，该机械应力促使物件内裂隙的出现。

不受理论的束缚，可通过示出在所附图1中的下列现象来解释这些评论，图1表示包括溶胶-凝胶溶液3的模具1：

首先，通过溶剂向上迁移(该迁移由在图1的部分(a)、(b)、(c)、(d)上的实线上升箭头来表示)，干燥从与大气相接触的面5开始，虚线上升箭头代表有机溶剂的蒸发现象，通过该蒸发，形成弯液面6，该弯液面6反映在干燥期间凝胶的变形(参考图1的部分(a)和(b)))；

其次，干燥在弯液面6的边缘7的侧面上进行(参考图1的部分(c)和(d))。

为了克服与在模具中蒸发干燥的实施相关的不足，专利申请EP0719735提出了一种用于由溶胶-凝胶溶液来制造物件的方法，该方法包括下列步骤：

在液体载体上沉积溶胶-凝胶溶液的步骤，所述溶胶-凝胶溶液含有悬浮在分散介质中的颗粒；

凝胶化所述溶液以形成凝胶体的步骤，所述凝胶体的形状对应于希望制造的物件的形状；以及

干燥所述凝胶体以生产加固的物件的步骤。

由于使用液体载体来代替和替代固体模具，观察到在凝胶化和干燥过程期间由于收缩现象所导致的变形显著降低。

然而，该替代的方法具有下列不足：

其仅能够得到薄膜形式的物件，而不能制备复杂形状的物件；

存在待制造的物件被构成液体载体的液体所污染的风险。

关于超临界干燥法，正如其名称所示，其包括使溶胶-凝胶溶液经受超临界状态，借助于此气相和液相变成不可分辨的。在US7216509中描述的方法中尤其使用了该干燥原理。

尽管该干燥的技术能够实现在物件的模具中没有体积收缩的物件的干燥，然而使用对外界开放的模具使得不能实现对得到的物件的所有面的控制，尤其是，与外部直接接触的面。

有鉴于此，本发明的发明人给自己设定了提出一种由溶胶-凝胶溶液来制造物件的方法，该方法没有上述不足的目标，即：

对于所希望得到的物件的形状的限制；

非均匀的干燥，该非均匀的干燥由与最初想要得到的形状相比物件的变形以及非均匀的微结构所导致。

发明内容

为了克服上述不足，本发明的发明人提出一种用于制造由构成材料制成的物件的方法，所述构成材料由溶胶-凝胶溶液得到，所述方法依次包括以下步骤：

a)将所述溶胶-凝胶溶液引入至待制造的物件的模具中的步骤；

b)使所述溶胶-凝胶溶液凝胶化的步骤；

c)在所述模具中干燥在b)中得到的所述凝胶的步骤，通过该步骤，所述凝胶转化为上述物件的构成材料，其特征在于，所述模具由闭合的腔室组成并且包括适于使在步骤b)和/或步骤c)期间形成的气体排出的材料。

在进行更详细地描述本发明之前，需要明确下列定义。

“在步骤b)和/或步骤c)期间形成的气体”意为源自溶胶-凝胶溶液向凝胶转变的气态分子和/或源自干燥所述凝胶的气态分子(这些分子例如为溶胶-凝胶溶液中所使用的溶剂分子以及源自溶胶-凝胶溶液向凝胶转变的反应产物的分子)。