[发明专利]一种低温诱导分散剂失效固化非水基陶瓷悬浮体的方法及陶瓷成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机非金属陶瓷悬浮体固化技术领域，特别涉及一种低温诱导分散剂失效固化非水基陶瓷悬浮体的方法。

背景技术

传统陶瓷制备工艺中，将陶瓷坯料制成具有一定形状和规格的坯体的工作过程被称为陶瓷器成型。陶瓷胶态成型可以制备近净尺寸、复杂形状的陶瓷部件，被广泛用于工业陶瓷的制备过程中。传统陶瓷胶态成型工艺中制备陶瓷悬浮体使用的溶剂一般为水，较少使用有机溶剂，但是制备水基陶瓷悬浮体并不适用于所有陶瓷体系。例如氮化铝陶瓷由于在水中会迅速发生水解，所以需要选择非极性有机物作为溶剂制备悬浮体。有机溶剂陶瓷胶态成型，设备和工艺过程较为复杂；而水基陶瓷胶态成型常使用高温处理陶瓷悬浮体，因而易造成开裂、坯体不均匀、收缩大等缺陷。温度诱导成型是新型陶瓷胶态成型方法，是目前研究和使用较少的陶瓷成型方法。温度诱导成型无需添加固化剂，具有悬浮体固化可逆、坯体密度均匀、无需排胶等优点，可成型形状复杂、高可靠性的陶瓷部件。然而由于针对不同的陶瓷体系，需要选用不同的有机溶剂和分散剂，并且湿坯强度较低，不便于脱模及后期处理，普适性不强致使未能够得到广泛应用。

在陶瓷胶态成型方法中，高固相含量、低粘度陶瓷悬浮体的制备是获得高致密度、高均一性坯体的前提；也是降低烧结温度，减少陶瓷内应力，进而提高陶瓷可靠性的行之有效的方法。而无论是水基还是非水基陶瓷悬浮体，分散剂的使用都对制备高固相含量、低粘度陶瓷悬浮体起着决定性作用。现有技术中并没有将分散剂利用于固化高固相含量、低粘度非水基陶瓷悬浮体的报道。

发明内容

因此，本发明为克服现有技术中没有高效、简便的固化高固相含量、低粘度非水基陶瓷悬浮体的报道的缺陷，从而提供一种低温诱导分散剂失效固化非水基陶瓷悬浮体的方法及陶瓷成型方法。

为此，本发明提供如下技术方案：

一种低温诱导分散剂失效固化非水基陶瓷悬浮体的方法，低温下使有机酸类分散剂从溶剂中析出、失效固化陶瓷悬浮体，以实现陶瓷悬浮体的原位凝固。

所述溶剂为非极性有机溶剂。

所述分散剂的熔点高于所述溶剂的熔点。

所述分散剂为油酸、壬酸、癸酸中的一种或一种以上；所述溶剂为乙醇、正庚烷、正辛烷、正癸烷、正十二烷、萘烷中的一种或一种以上；

所述溶剂常温下的饱和蒸气压＜5.8kPa。

所述低温指环境温度为-20～10℃，处理时间为12～48小时。

将陶瓷粉体、溶剂与分散剂混合球磨均匀，制备固相体积含量为50～55％的陶瓷悬浮体，其中分散剂占陶瓷粉体质量的0.5％～2％。

一种陶瓷成型方法，低温下使有机酸类分散剂从溶剂中析出、失效固化陶瓷悬浮体，以实现陶瓷悬浮体的原位凝固。

所述的陶瓷成型方法具体步骤如下：

(1)将陶瓷粉体、溶剂与分散剂混合球磨均匀，制备固相体积含量为50～55％的陶瓷悬浮体，其中分散剂占陶瓷粉体质量的0.5％～2％。

(2)将陶瓷悬浮体注入无孔模具中，于-20～10℃温度下处理12～48小时后，再在真空环境下去除溶剂并脱模得到陶瓷坯体；

(3)将所述陶瓷坯体置于烧结炉中以每分钟5℃的升温速率升温至1250～1950℃保温2～3小时，得到陶瓷烧结体。

所述分散剂熔点高于溶剂的熔点。

所述溶剂为乙醇、正庚烷、正辛烷、正癸烷、正十二烷、萘烷中的一种或一种以上，所述溶剂常温下的饱和蒸气压低于5.8kPa；

所述分散剂为油酸、壬酸、癸酸中的一种或一种以上；

所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氧化硅、氮化铝、氮化硅、碳化硅中的一种或一种以上。

本发明技术方案跟现有技术相比具有如下优点：

1、本发明提供的低温诱导分散剂失效固化非水基陶瓷悬浮体的方法，使分散剂在低温下失效，以实现陶瓷悬浮体的原位凝固，与传统陶瓷胶态成型相比，无需添加固化剂，操作步骤简便，制备坯体均匀，易于工业化生产。

2、本发明提供的陶瓷成型方法可广泛应用于不同陶瓷体系。

3、本发明提供的陶瓷成型方法中的坯体结构均匀，陶瓷微观结构致密，并具有较高的机械性能。

4、本发明提供的陶瓷成型方法通过控制对悬浮体低温处理温度和时间，使分散剂析出、脱附、失效，从而实现陶瓷悬浮体的原位凝固成型。

5、本发明提供的陶瓷成型方法即低温诱导分散剂失效原位凝固成型。

6、本发明提供的陶瓷成型方法，由于使用表面张力较小的非极性有机物作溶剂，所以不需对陶瓷悬浮体进行除泡。