[發明專利]氧化鋁或ZTA陶瓷的注凝成型方法

在審

• 申請號: 201510486576.8
• 申請日: 2015-08-10
• 公開（公告）號: CN105084874A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 萬維;楊建;馮永寶;丘泰
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/622
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域：

本發明涉及無機非金屬材料制備領域，具體涉及的是氧化鋁或ZTA陶瓷的注凝成型方法。

背景技術：

陶瓷材料一般具有硬度大、脆性高、難加工等特點，故難以制成精密及形狀復雜的部件，這在一定程度上限制了其在許多領域中的應用，因此，實現陶瓷材料近凈尺寸成型和制備對先進陶瓷的發展具有重要意義。注漿成型、熱壓鑄成型是目前主流的復雜形狀陶瓷濕法成型技術，受其原理限制，制備的陶瓷氣孔率較高、內部缺陷相對較多、致密度較低，制品力學性能和性能穩定性相對較差。注凝成型是自20世紀90年代發展起來的將膠態成型與有機聚合化學相結合的新型陶瓷膠態成型技術(A.C.Young,O.O.Ornatete,M.A.Janney,P.A.Menchhofer,注凝成型制備氧化鋁陶瓷[J]，美國陶瓷學會雜志，1991,74(3):612-618)，其工藝是先制備出含有溶劑、陶瓷粉料、有機單體、交聯劑及分散劑的低粘度高固相體積分數的漿料，然后在催化劑和引發劑的作用下，使漿料中的有機單體交聯聚合成三維網狀結構，從而使陶瓷漿料原位固化成型。此工藝過程和設備簡單，凝膠固化時間快，成型效率高，對模具材料適應性廣，生坯強度高、收縮小，生坯和陶瓷顯微結構均勻、性能優異，易近凈尺寸制造各種復雜形狀的陶瓷部件，是一種實用性強、應用前景十分廣闊的成型工藝。目前注凝成型中最常用的有機單體為丙烯酰胺，其適用陶瓷粉料廣、制得的生坯性能優良，但其具有神經毒性，屬二級致癌物質，嚴重阻礙了注凝成型這一陶瓷材料先進制備技術在工業生產中的推廣應用。近年來，一些低毒甚至無毒的凝膠劑已被開發出來，低毒凝膠劑如N’N-二甲基丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酸酰胺等(ZhangT.,ZhangJ.X.,JiangD.L.,水基注凝成型結合無壓燒結制備SiC陶瓷[J],材料科學與工程雜志A,2007,443:257-261；郭文利,徐廷獻,燕青芝,等,N-羥甲基丙烯酰胺聚合體系注凝成型納米氮化硅陶瓷[J],硅酸鹽學報,2006,2:147-151.)具有和丙烯酰胺體系類似的優良特性，但這些凝膠體系仍有一定的毒性，長期接觸對身體不利，仍然難以工業化推廣。無毒凝膠劑如海藻酸鹽、蛋白、角叉膠及葡萄糖提取物等已被報道用于陶瓷材料的注凝成型(H.Akhondi,E.Taheri-Nassaj,A.Taavoni-GilanS.Dhara,海藻酸鈉凝膠系統注凝成型納米ZTA陶瓷[J],合金化合物雜志,2009,484:452-457；OlaLyckfeldt,JesperBrandt,SilviaLesca,蛋白成型，一種陶瓷材料的先進制備技術[J],歐洲陶瓷學會雜志，2000,20:2551-2559；A.J.Millan,M.I.Nieto,R.Moreno,角叉膠用于氧化鋁的近凈尺寸成型[J]，歐洲陶瓷學會雜志，2002,22:297-303；PaulinaBednarek,Szafran,YoshioSakka,葡萄糖提取物用于氧化鋁陶瓷的注凝成型[J]，歐洲陶瓷學會雜志，2010,30:1795-1801)。這些凝膠體系雖然無毒，但制得的生坯機械強度偏低，彎曲強度通常只有0.5～3MPa，甚至更低，同時這些凝膠劑多需要從原料中提取，成本較高。因此工程技術人員仍在積極探索開發無毒、來源廣泛且生坯具有足夠強度的凝膠劑。

發明內容：

本發明的目的是為了改進現有技術的不足而提供一種氧化鋁或ZTA陶瓷的注凝成型方法。本發明中所述的氧化鋁或ZTA陶瓷無毒注凝成型工藝過程簡單，漿料中無需加入交聯劑、引發劑及催化劑，通過密封后適當加熱，漿料中均勻分散的糯米粉凝膠劑吸水膨脹而使漿料可原位固化。由于不需要通過有機單體的聚合反應形成網狀高分子鏈來固化漿料，因此坯體表面不存在由于氧阻聚所引起的起皮或開裂現象，坯體表面非常光滑。采用本發明方法所制得的氧化鋁及ZTA坯體性能優良，燒結得到的陶瓷結構均勻、強度較高。

本發明的具體技術方案為：一種氧化鋁或ZTA陶瓷的注凝成型方法，其特征在于采用天然無毒的食品級糯米粉作為凝膠劑，通過漿料磨制、漿料脫泡及注模、坯體固化及陶瓷燒結制備得到氧化鋁或ZTA陶瓷。其具體制備步驟如下：

A、將氧化鋁粉或者是將氧化鋁和氧化鋯的混合粉即ZTA粉、燒結助劑、分散劑、去離子水和研磨球(一般是氧化鋯球)加入尼龍罐中，然后在行星式球磨機上球磨后再加入糯米粉繼續球磨；

B、將球磨得到的漿料經真空脫泡后注入不銹鋼模具中，將模具蓋上蓋子并密封后置于水浴環境中保溫使漿料固化；