[发明专利]基于凝胶注模工艺的氧化锆陶瓷工艺品制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷凝胶注摸技术领域，特别是涉及一种基于凝胶注模工艺的氧化锆陶瓷工艺品制备方法。

背景技术

目前，随着现代工业技术飞速发展，对所需材料的性能提出了更高的要求。传统金属材料在硬度、耐磨、耐高温方面已不能适用于高新技术领域，因此很多学者开始向陶瓷材料寻求解决方案。陶瓷材料是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，抗压强度很高。而且，陶瓷材料一般具有高熔点，且在高温环境中化学稳定性好，对酸、碱、盐具有良好的抗腐蚀能力。陶瓷热导率低，是良好的隔热材料。当温度变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。因此，陶瓷材料被广泛用作结构材料。某些陶瓷还具有特殊的电、光、磁学性能，能够用作功能陶瓷。因此，人们十分关注陶瓷材料可靠性的提高及其制造成本的降低

尤其需要指出的是，陶瓷材料制备工艺的可靠性基本决定了其使用性能的可靠性，制备工艺决定制备成本，先进的制备技术不仅可以使产品结构、形状、功能最大限度接近实际使用要求，减少后期加工成本，而且能够减小废品率，从而进一步降低生产成本。成型就是将陶瓷粉末加工制备成具有一定形状和尺寸的坯体。

其中，干法成型主要包括干压成型、热压成型、等静压成型，主要指传统的干压成型。干压成型顾名思义就是采用压力将陶瓷粉料在不加水的情况下压制成具有一定形状的陶瓷坯体。其实质就是使用外力将粉体在模具内压实，使颗粒相互靠近，此时内摩擦力就能够将粉体牢固地结合在一起，使聚集在一起的粉体具有一定的形状。等静压成型作为一种特种成型方法，是以传统干压成型为基础发展起来的。不同在于它传递压力利用的是液体，液体可以向模具内的粉体从各个方向施加压力。由于液体具有均匀性，内部压力具有一致性，因此，粉体在所有方向上所承受的压力具有一致性，因此能够较好的消除坯体内密度的部分差别，但是，其对于大尺寸或大截面的部件仍然无法克服坯体密度不均匀的问题。

针对上述问题，湿法成型工艺相比较而言，设备比较简单且应用比较广泛，成型的要求比较低，湿法成型中浆料混合均匀，使得成型后坯体成分均匀，缺陷少。其中，凝胶注模成型作为一种新型近净尺寸的陶瓷成型技术，浆料具有较好的流动性，可以很好地填充模具，因此很容易制备出复杂形状的坯体，避免了后期机械加工，即可达到合适形状，降低成本。此外，由于单体和交联剂为有机物，在烧结过程中能够完全排除，因此，烧结后的部件纯净度高。相比其它胶体成型方法，凝胶注模成型工艺具有比较明显的优势。由丙烯酰胺聚合成型得到的陶瓷坯体强度较高，不易开裂，脱模时不会变形

然而，传统的凝胶注模成型工艺依然存在如下缺陷：由于单体丙烯酰胺具有毒性，因此，在确保坯体强度的同时，又会对环境产生污染，以及对操作人员的人身健康产生了威胁。此外，单体丙烯酰胺在聚合过程，有可能会受到氧气的影响，使坯体产生开裂或起皮等问题，成型过程可控性较差。

发明内容

基于此，有必要提供一种毒性较低以及可以得到机械强度较高的氧化锆陶瓷的基于凝胶注模工艺的氧化锆陶瓷工艺品制备方法。

一种基于凝胶注模工艺的氧化锆陶瓷工艺品制备方法，包括如下步骤：

提供钇稳定氧化锆粉体、氧化铝粉体、氮化硅粉体、分散剂、凝胶剂、脱模剂；

将所述钇稳定四方相氧化锆粉体、所述氧化铝粉体、氮化硅粉体、所述分散剂和适量去离子水放入球磨罐中进行球磨操作后，制备得到陶瓷粉料悬浮物，其中，调节所述陶瓷粉料悬浮物的pH为9～10；

将所述陶瓷粉料悬浮物进行预热；

将所述凝胶剂加热溶解得到凝胶剂溶液，趁热将所述凝胶剂溶液加入至预热的所述陶瓷粉料悬浮物中，搅拌混合，并进行除泡，得到陶瓷浆料；

在模具内侧壁涂覆脱模剂后，向所述模具内注入所述陶瓷浆料，静置成型，脱模干燥后，得到工艺品生坯；

将所述工艺品生坯进行煅烧，得到所述氧化锆陶瓷工艺品。

在其中一个实施例中，所述钇稳定四方相氧化锆粉体、所述氧化铝粉体和氮化硅粉体的质量比为(80～95)：(5～20)：(5～10)。

在其中一个实施例中，所述钇稳定四方相氧化锆粉体的平均粒径为0.6μm～5μm。

在其中一个实施例中，所述氧化铝粉体的平均粒径为0.5μm～5μm。

在其中一个实施例中，所述氮化硅粉体的平均粒径为0.5μm～5μm。

在其中一个实施例中，所述调节所述陶瓷粉料悬浮物的pH为9～10的操作，采用盐酸溶液和氨水溶液进行调节。

在其中一个实施例中，所述盐酸溶液和所述氨水溶液的摩尔浓度均为2mol/L。