[發(fā)明專利]一種環(huán)保型凝膠注膜成型制備氧化鋁基陶瓷材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910186550.6
• 申請日: 2009-11-20
• 公開（公告）號: CN101698607A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張濤;蔣丹宇;陸黎明;馮濤;陳家凡;徐兵;毛晗君;黃德信;徐海芳
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州創(chuàng)元投資發(fā)展(集團(tuán))有限公司;中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/624
• 分類號: C04B35/624;C04B35/10
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛(wèi)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種凝膠注膜成型制備氧化鋁基陶瓷材料的方法。

背景技術(shù)

氧化鋁基陶瓷材料是具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨、絕緣、耐熱等優(yōu)異性 能的先進(jìn)陶瓷，在航空航天、能源、生物、冶金、電子、化學(xué)、化工等領(lǐng)域有 非常廣泛的應(yīng)用。廣泛的應(yīng)用必將給氧化鋁基陶瓷的形狀帶來要求，復(fù)雜形狀 的氧化鋁陶瓷的成型工藝有很多種，其中凝膠注模成型技術(shù)就是一種新發(fā)展起 來的技術(shù)。

凝膠注模成型(Gel-casting)技術(shù)是由美國橡樹嶺國家實驗室M.A.Jenny 和O.O.Omatete教授等人首先發(fā)明的一種陶瓷凈尺寸成型技術(shù)，是九十年代 以來出現(xiàn)的一種最新的膠態(tài)成型工藝。該法是將陶瓷粉料分散于含有有機(jī)單體 和交聯(lián)劑的水溶液中制備出低粘度高固相體積分?jǐn)?shù)的濃懸浮體，然后加入引發(fā) 劑和催化劑，陶瓷粉料中的有機(jī)單體在交聯(lián)劑、引發(fā)劑和催化劑的共同作用下， 可以形成相互交聯(lián)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物，使?jié)鈶腋◇w形成凝膠而原位固化， 從而獲得密度高、均勻性好、強(qiáng)度高的坯體。目前凝膠注模成型技術(shù)已廣泛地 應(yīng)用于Al₂O₃、ZrO₂、SiC、AlN、Si₃N₄等氧化物或非氧化物的精密陶瓷體系。 但是，由于目前采用的注模成型的原料主要是有毒的有機(jī)單體，因而該方法對 環(huán)境保護(hù)和人體健康非常不利。

專利98119376.5提出了一種精密陶瓷部件的無毒性凝膠注模成型工藝， 該工藝首先將海藻酸鈉制備成水溶液，使其與陶瓷粉料相混，加入分散劑，混 合后球磨，球磨后的漿料中加入凝固反應(yīng)催化劑，真空下除泡，漿料即可注入 模具中，將模具加入到一定溫度，保溫后脫模，即為陶瓷部件。

專利200510086725.8提供了一種復(fù)雜形狀金屬零部件的無毒性凝膠注模 成型方法。采用價廉、無毒性的水溶性高分子聚合物烷基纖維素醚如甲基纖維 素及其羥烷基改性衍生物羥乙基甲基纖維素HEMC、羥丙基甲基纖維素 HPMC水溶液的熱凝膠性質(zhì)來實現(xiàn)凝膠注模成型。優(yōu)點(diǎn)在于：可獲得形狀復(fù) 雜、密度均勻、有機(jī)物含量少、不需專門脫脂工序的大尺寸坯體。

但是這種方法在制備的過程中，采用了有機(jī)物這不僅帶來了金屬離子的污 染，同時由于有機(jī)物的分解產(chǎn)生一些有害氣體的污染，同樣會給環(huán)境帶來壓力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種改進(jìn)的凝膠注膜成型制備氧化鋁 基陶瓷材料的方法。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

一種凝膠注膜成型制備氧化鋁基陶瓷材料的方法，該方法以勃姆石為原 料，包括如下步驟：

(1)、將勃姆石分散在去離子水中，其中，勃姆石與水的重量比為1∶2～ 20，然后加入酸調(diào)節(jié)pH至2～5，攪拌至得到勃姆石的溶膠；

(2)、向上述溶膠中添加氧化釔、氧化鎂及氧化硅其中的一種，繼續(xù)攪拌 得到均勻的漿體；

(3)、將所述漿體注入成型模具中，靜置至漿體固化；

(4)、對固化的漿體進(jìn)行干燥、燒結(jié)，得到所述的氧化鋁基陶瓷材料。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，作為原料的勃姆石的純度大于等于98.5％。步驟 (1)中，勃姆石與水的重量比優(yōu)選為1∶4～5，并且加入酸調(diào)節(jié)所述pH為3～ 4。所述的酸為可以為選自硝酸、鹽酸、草酸及氫氟酸中的一種或多種。這些 酸可以為直接購買所得的工業(yè)級酸或者經(jīng)過稀釋的酸。本領(lǐng)域技術(shù)人員為了調(diào) 節(jié)pH的目的，可以選擇合適的酸的濃度。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，步驟(2)中，添加物選自氧化鎂、氧化硅及氧 化釔中的一種，選擇不同的制備陶瓷必需的其他原料可以獲得不同的氧化鋁基 陶瓷材料，例如當(dāng)選擇MgO時可獲得MgAl2O4陶瓷材料；當(dāng)選擇Y2O3時 可獲得Y3Al5O12陶瓷材料；當(dāng)選擇SiO2時可獲得3Al2O3-2SiO2陶瓷材料。

所述制備陶瓷必需的其他原料的加入量根據(jù)材料本身來確定，一般情況 下，制備陶瓷必需的其他原料的加入量為所需材料的化學(xué)計量比。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，步驟(3)中，靜置優(yōu)選在溫度20-45℃的環(huán)境 下進(jìn)行。步驟(4)中，所述的干燥溫度為70-100℃，燒結(jié)溫度為1300-1750℃。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：