[發明專利]一種自發泡注模凝膠成型多孔陶瓷的方法

有效

• 申請號: 201410601848.X
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104402456A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 李寶偉;仝建峰;焦春榮;焦建;張冰玉
• 申請（專利權）人: 中航復合材料有限責任公司
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/634;C04B38/02;C04B35/10;C04B35/48
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料領域，涉及一種自發泡注模凝膠成型多孔陶瓷的方法。

背景技術

二十世紀九十年代初，美國橡樹嶺國家重點實驗室發明了陶瓷坯體的凝膠注模成型技術，該技術將傳統的有機坯體注漿成型技術與高分子化學理論相結合，將可形成凝膠體的有機單體和交聯劑與有機溶劑或水配置成預混液，與陶瓷粉體混合后配制成陶瓷料漿，澆注入無滲透的模具中并在一定條件下使之原位聚合，形成交叉鍵結構的凝膠體而使陶瓷坯體定型，因此，可適用于各種復雜形狀的陶瓷坯體的精密成型。但是，作為一種自由基聚合反應，由于單體聚合時與空氣接觸，空氣中的氧會阻礙聚合反應，因此，陶瓷料漿在空氣中發泡的情況下難以聚合。

發明內容

本發明的目在于提出一種陶瓷料漿能夠在自然環境下自發泡凝膠固化成型的方法。本發明的技術解決方案是，

(1)配料

(a)組份A水基陶瓷料漿的配制

按照所制備的多孔陶瓷的類別，選配陶瓷粉體，稱取去離子水，去離子水的加入量介于陶瓷粉體重量的10～50％；稱取聚丙烯酸銨溶液，聚丙烯酸銨溶液的加入量為陶瓷粉體重量的0.5％～2％；稱取有機單體和交聯劑，有機單體是丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，交聯劑是亞甲基雙丙烯酰胺或多乙二醇二甲基丙烯酸，有機單體和交聯劑的比例介于10:1～30:1之間，有機單體和交聯劑的加入量為去離子水重量的10％～30％，用pH值調節劑調節組份A的pH為1～3之間；

(b)組份B水基陶瓷料漿的配制

按照所制備的多孔陶瓷的類別，選配陶瓷粉體，稱取去離子水，去離子水的加入量占陶瓷粉體重量的10～50％；稱取聚丙烯酸銨，其加入量為陶瓷粉體重量的0.5％～2％；稱取發泡劑，發泡劑加入量占去離子水重量的0.1～10％；稱取有機單體和交聯劑，有機單體是丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，交聯劑是亞甲基雙丙烯酰胺或多乙二醇二甲基丙烯酸，有機單體和交聯劑的比例介于10:1～30:1，有機單體和交聯劑的加入量為去離子水重量的10％～30％；

(2)混合球磨

將上述A、B陶瓷料漿分別放入球磨罐中，在滾筒磨或行星磨中充分球磨，球磨時間介于1h～30h范圍內，球料比介于1:1～5:1范圍內；

(3)除氣泡

將上述料漿取出，A組份料漿進行真空攪拌除氣，B組份進行真空攪拌除氣或振動除氣；

(4)加入表面活性劑

將表面活性劑分別加入A組份、B組份懸浮料漿中，表面活性劑的加入量為所加入組份懸浮料漿重量的0.1-10％；

(5)加入催化劑和引發劑

在上述A組份料漿中加入引發劑過硫酸銨水溶液，濃度為3～40％，B組份料漿加入四甲基乙二胺水溶液，濃度10～100％，分別攪拌均勻；

(6)混合攪拌發泡

在攪拌的情況下將A、B組份懸浮料漿混合發泡，攪拌速度控制在50～200r/min；

(7)澆注

將上述泡沫陶瓷料漿澆注到非滲水材料制成的模具中；

(8)脫模干燥

料漿在模具中凝膠固化10～60min后，從模具中取出濕凝膠坯體，干燥10天后即得到所需形狀的多孔陶瓷坯體；

(9)燒結

將干躁完全的多孔陶瓷坯體在空氣環境或惰氣體保護環境條件下進行燒結，得到多孔陶瓷。

所述組份A的pH值調節劑下列物質之一：檸檬酸、乳酸、磷酸、乙酸；組份B發泡劑是下列物質之一：碳酸氫銨、碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸銨。

所述表面活性劑為烷基苯磺酸鹽類陰離子型、植物蛋白類或動物蛋白類，以及各類復合型表面活性劑。

本發明具有的優點和有益效果，本發明通過配制含有檸檬酸、乳酸、乙酸等弱酸性水基料漿A和含有碳酸氫銨、碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽水基料漿B；經過球磨配置得到A、B兩組份水基懸浮料漿；料漿經除氣過程，加入引發劑、催化劑過程，加入表面活性劑過程之后，將組份A、B在攪拌的情況下進行混合發泡，兩者發生化學反應生成無氧阻聚的CO2泡沫料漿；將泡沫料漿澆入非吸水模具中，凝膠固化后形成多孔凝膠坯體；坯體經過脫模、干燥、燒結等工藝過程得到多孔陶瓷。該方法通過A、B組份混合發生化學反應生成二氧化碳氣體，巧妙的利用無機酸與碳酸鹽反應速度快，而有機單體自由基聚合反應速度可調的特點，實現了陶瓷料漿先發泡后凝膠，制備多孔陶瓷的工藝新方法。該發明具有裝置簡單、易操作、適合制備200～5000μm孔徑的多孔陶瓷。另外，本方法中所使用原材料來源廣泛，設備要求低，成本低，無有害氣體釋放等特點。

具體實施方式