[发明专利]一种结构陶瓷水基凝胶注模成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷制备领域，尤其涉及一种结构陶瓷水基凝胶注模成型方法。 

背景技术

在目前工业生产中，对材料的要求越来越苛刻，结构陶瓷由于其优良的力学和热学性能，被越来越广泛应用于工业的各个行业。但由于结构陶瓷本身的高硬度和高脆性，加工生产结构陶瓷是一件高成本的事情，从而造成其应用受到局限。因此，人们发明创造了很多方法来突破加工成本这个瓶颈，以在尽可能少的加工前提下制备各种形状复杂的陶瓷产品。这些方法可以统称为近净尺寸成型方法，他们大多是基于湿法成型来达到这一目的。但传统的湿法成型方法存在一些问题，如石膏模注浆成型，由于需要通过多孔的石膏模吸收料浆中的水来实现陶瓷坯体成型的目的，容易造成坯体分层而极大降低了陶瓷产品的质量，且对超微细陶瓷原料极难成型。 

凝胶注模是一套全新的结构陶瓷湿法成型工艺，这种方法是将陶瓷成型技术跟高分子聚合化学的完美结合，是有机单体在一定条件下发生原位聚合反应，形成坚固的网状结构而将陶瓷颗粒固定，从而达到陶瓷坯体成型的目的。这种方法是将陶瓷粉末和有机单体一起在水中通过球磨以获得粘度很低的料浆，能有效控制陶瓷颗粒的团聚，减少坯体的缺陷。 

目前国内外做凝胶注模研究的很多，但真正将这套工艺来做结构陶瓷的公司还很少，这其中主要的原因之一就在于因为聚合物刚性太大，造成陶瓷坯体残余应力大，使得坯体在干燥过程中发生开裂、变形等缺陷，且生坯强度虽然高，但加工性能不行，容易磨损刀具，且产品容易开裂。 

发明内容

针对上述生产工艺中存在的问题，本发明提出了一种结构陶瓷水基凝胶注模成型方法，在传统的凝胶注模有机体系的基础上，添加一定量的丙三醇或吐温80（聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯，简称聚山梨酯-80）作为塑化剂，提供一种新的高强度高塑性的陶瓷坯体及其成型方法，改善了聚合体的微观结构，克服现有的技术不足。它可以大大提高陶瓷坯体干燥后的塑性，极大减少了坯体 的残余应力，避免了湿坯在干燥时开裂，增加了陶瓷干坯的可加工性。 

为解决上述问题，本发明提供了如下技术方案：一种结构陶瓷水基凝胶注模成型方法，其特征在于：将有机单体、交联剂和分散剂溶解于去离子水中，制备成具有一定pH值的混合溶液，在混合溶液中加入增塑剂，制成原料溶液； 

在所述原料溶液中加入陶瓷粉体，经球磨得到陶瓷料浆；在陶瓷料浆中加入引发剂和催发剂，搅拌均匀后真空除去溶于陶瓷料浆中的气泡，而后注入模具中成型，得到凝固好的陶瓷湿坯；对凝固好的陶瓷湿坯进行干燥，得到干燥坯，然后对干燥坯进行加工和热处理，制成陶瓷制品。 

作为本发明的一个实施例，该方法具体包括如下步骤： 

（1）将占原料溶液1—3wt%的有机单体和交联剂加入到占原料溶液8—20wt%的去离子水中，制备成有机物溶液，然后在制备的有机物溶液中加入占原料溶液0.5—3wt%的分散剂，搅拌充分混合，并调节pH值为8—11； 

（2）在上述溶液中加入占有机单体20—50wt%增塑剂搅拌均匀制成原料溶液； 

（3）在上述原料溶液中加入占原料溶液30—60wt%的陶瓷粉体，球磨10—20h，得到陶瓷料浆，所述陶瓷粉体粒径为10mm—30mm； 

（4）在10—30℃温度条件下，在上述陶瓷料浆中加入占陶瓷料浆的0.01—1wt%的引发剂和占陶瓷料浆的0.01—1wt%的催化剂，搅拌均匀后真空除去溶于料浆中的气泡； 

（5）将步骤（4）中的料浆注入模具中，并将模具置于50—80℃水浴锅中加热5min—15min，得到凝固好的陶瓷湿坯； 

（6）将步骤（5）中的模具脱模得到陶瓷湿坯，将陶瓷湿坯先后进行两次干燥，得到干燥坯体，然后进行加工和热处理，得到陶瓷制品，最后进行质量检测。 

作为本发明的一个实施例，所述有机单体为丙烯酰胺（AM），或甲基丙烯酰胺（MAM），所述交联剂为亚甲基双丙烯酰胺（MBAM），或聚（乙烯基乙二醇）二甲基丙烯酸（PEGDAM），所述的分散剂为柠檬酸铵(CT)、聚丙烯酸及其共聚物(PAA)或聚乙烯亚胺（PEI），所述有机单体和交联剂的质量比为5—30:1。 

作为本发明的一个实施例，所述pH值的调节采用氨水和醋酸。 

作为本发明的一个实施例，增塑剂占所述有机单体的30—40wt%，所述增塑剂为丙三醇或吐温80。 

作为本发明的一个实施例，所述陶瓷粉体为亚微米级的氧化铝、氧化锆、氮化硅或钛酸铝，所述陶瓷粉体的粒径为0.1—1μm。 

作为本发明的一个实施例，所述除泡时间为10min—30min。