[發明專利]一種非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法

有效

• 申請號: 201410130619.4
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103922757A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 楊金龍;許杰;渠亞男;張笑妍;齊飛;王亞利;席小慶
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C04B35/632
• 分類號: C04B35/632;C04B35/622
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明屬于無機非金屬陶瓷固化方法技術領域，特別涉及一種非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法。

背景技術

直接凝固成型（Direct?Coagulation?Casting，DCC）是利用尿素酶或自身催化反應，使漿料內部發生化學反應來增加漿料中的鹽離子濃度（ΔI法）或調節漿料的pH值至等電點（ΔpH法），從而實現陶瓷漿料的固化。由于不同種陶瓷的等電點不一樣，需要尋找不同的反應體系及相對應的酶，導致調節漿料pH值至等電點的方法難于適用所有體系。另外，酶的價格比較昂貴，很難實現工業化生產。而增加離子強度的方法是通過尿素酶催化分解尿素增加一價離子（NH4+,HCO₃^-）的濃度實現陶瓷漿料的固化，此方法需要比較高的尿素濃度才能使漿料固化，而且固化時間很長（1～3天），陶瓷濕坯容易產生裂紋，從而影響陶瓷的性能。

本發明提供一種非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，通過酯類水解生成的酸與陶瓷漿料中的分散劑發生反應，使陶瓷漿料發生失穩而直接固化成型。本發明采用的方法具有固化時間短、適用于所有非氧化物陶瓷體系及性能優異等優點，有效地解決了ΔpH法中尋找反應體系難及ΔI法中固化時間長，容易產生裂紋等問題。

發明內容

為了克服現有的直接凝固成型方法固化時間長、成本高、普適性不強等缺點，本發明的目的在于提供一種非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法。

一種非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，其具體步驟如下：

（1）將分散劑、水與非氧化物陶瓷粉體混合均勻，球磨混合均勻，得到固相體積分數為50%～55%的非氧化物陶瓷漿料，其中分散劑的質量為非氧化物陶瓷粉體質量的0.1%～2.5%；

（2）向非氧化物陶瓷漿料中添加固化劑，真空條件下攪拌，以除去氣泡，所述固化劑的添加量為非氧化物陶瓷漿料體積的1%～5%；

（3）將經步驟（2）真空除氣處理的非氧化物陶瓷漿料注入無孔模具中，在15℃～70℃下處理15～60分鐘，脫模得到非氧化物陶瓷濕坯，干燥后得到非氧化物陶瓷干坯；

（4）將步驟（3）所得非氧化物陶瓷干坯置于電爐中，以每分鐘5℃～15℃的升溫速率升溫至1700℃～2100℃，保溫1～3小時，完成非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型，得到非氧化物陶瓷燒結體。

步驟（1）中所述分散劑為四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨和四丙基氫氧化銨中的一種或多種。

步驟（1）中所述非氧化物陶瓷粉體為氮化硅、氮化硼、塞隆、碳化硅、碳化鎢和碳化硼中的一種或多種。

步驟（1）中所述球磨的球磨時間為24～48小時。

步驟（2）中所述固化劑為酯類化合物，所述酯類化合物為二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯、葡萄糖酸內脂、乙酸乙酯和己酸乙酯中的一種或多種。

步驟（2）中所述攪拌的攪拌時間為10～30分鐘。

步驟（3）中所述干燥的干燥溫度為80℃～100℃，干燥時間為24～48小時。

本發明的有益效果為：

（1）固化時間短，適用于所有非氧化物陶瓷體系；

（2）操作簡單，便于工業化生產；

（3）成型陶瓷坯體內應力小、表面光潔、尺寸精度高；

（4）與傳統直接凝固注模成型工藝相比，固化劑用量少；

（5）陶瓷微觀結構均勻，相對密度為95～99%，具有較高的機械性能。

具體實施方式

本發明提供了一種非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，下面結合具體實施方式對本發明做進一步說明。

實施例1

二乙酸甘油酯固化氮化硅陶瓷漿料的直接凝固注模成型方法：

將160克氮化硅陶瓷粉體、3克四甲基氫氧化銨和50克水混合，球磨48小時后，得到固相體積分數為50%的陶瓷漿料；再添加2克二乙酸甘油酯脂，真空攪拌10分鐘，以除去氣泡；然后注入金屬模具中，在50℃溫度下放置20分鐘后脫模，在80℃溫度下干燥24小時，再在1800℃溫度下燒結2小時獲得陶瓷燒結體。

實施例2

三乙酸甘油酯固化碳化硅陶瓷漿料的直接凝固注模成型方法：

將161克碳化硅陶瓷粉體、4克四乙基氫氧化銨和50克水混合，球磨36小時后，得到固相體積分數為50%的陶瓷漿料；再添加4克三乙酸甘油酯，真空攪拌10分鐘，以除去氣泡，注入塑料模具中，在40℃溫度下放置30分鐘后脫模，在80℃溫度下干燥24小時，再在2000℃溫度下燒結2小時獲得陶瓷燒結體。

實施例3