[发明专利]一种增韧陶瓷凝胶注模成型方法

说明书

本发明属于陶瓷制备技术领域。目前结构陶瓷在制备过程中存在干燥时易开裂以及不易加工的问题，针对现有技术中的问题，本发明提供一种增韧陶瓷凝胶注模成型方法，包括陶瓷原料的改性、稳定分散陶瓷料浆的制备、陶瓷湿坯的注模成型及干燥和热处理等步骤。本发明通过对陶瓷原料进行预处理以及改进陶瓷坯体的干燥方法等途径，改善了聚合体的微观结构，提高了陶瓷坯体的塑性，大大提高了湿坯的干燥性能和陶瓷干坯的可加工性。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料的制备方法，具体涉及一种增韧陶瓷凝胶注模成型方法，属于陶瓷制备技术领域。

背景技术

目前工业生产中，对材料的要求越来越苛刻，结构陶瓷由于其优良的力学和热学性能，被越来越广泛应用于工业的各个行业。

结构陶瓷大多采用湿法成型制备。湿法成型是一种将陶瓷浆料注入模具中固化形成陶瓷坯体的方法，通过湿法成型很容易制备出各种形状复杂的陶瓷制品，但是传统的湿法成型工艺如注浆成型无法保证成型坯体的密度均匀一致，而且由于液相的存在，在干燥烧结过程中容易发生较大的收缩，导致产品出现开裂等缺陷而无法保证制品的形状和尺寸的精确性。

凝胶注模是一种新型的结构陶瓷湿法成型方法，该方法将陶瓷注浆成型技术与高分子化学聚合理论完美结合，其原理是首先制备具有低粘度、高固相含量的陶瓷浆料，然后在引发剂和催化剂的作用下，有机单体和交联剂发生交联、聚合形成三维网状结构，陶瓷颗粒被三维网状结构锁在坯体内部原位固化成型，最终得到强度高、密度均匀、可以进行精密机加工的陶瓷坯体。凝胶注模技术对于制备形状复杂、成分要求均匀的高性能陶瓷材料具有非常重要的意义。

然而，通过凝胶注模技术得到的聚合物刚性大，陶瓷坯体残余应力大，坯体在干燥过程中易发生开裂、变形等缺陷。此外，所得到的生坯虽然强度高，但韧性较差在加工过程中容易磨损刀具。

发明人之前开发了一种结构陶瓷水基凝胶注模成型方法，该方法通过在原料溶液中添加丙三醇或吐温80作增塑剂，提高了成型坯体的塑性，降低了坯体的残余应力，在一定程度上减轻了干燥过程中的开裂现象提高了坯体的加工性能，但是坯体在干燥时的开裂和干燥后的可加工问题仍有待提高。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种增韧陶瓷凝胶注模成型方法，通过对陶瓷原料进行预处理，改善聚合体的微观结构以提高陶瓷坯体的塑性，避免湿坯在干燥时开裂，增加陶瓷干坯的可加工性。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种增韧陶瓷凝胶注模成型方法，该方法包括以下几个步骤：

(1)将陶瓷原料加入球磨罐中研磨成0.1～1μm的陶瓷粉体，将该陶瓷粉体加入到乙醇和水的混合溶液中，边搅拌边滴加聚吡咯烷酮(PVP)和氨水，然后在室温下超声分散，随后在连续搅拌的条件下将正硅酸乙酯加入到上述溶液中，室温反应4～24h，离心干燥得二氧化硅包覆陶瓷粉体；所述乙醇、水和正硅酸乙酯的体积比为(20～50):1:(1～2)，水和氨水的体积比为(2～10):1，陶瓷粉体占整个体系1～10wt％,PVP占陶瓷粉体1～5wt％；

(2)称取有机单体、交联剂放入烧杯中，加入去离子水使其充分溶解，然后加入分散剂和水性共溶剂充分搅拌，用氨水调节体系pH在8～11，再在上述溶液中加入增塑剂和引发剂搅拌均匀，加入(1)中二氧化硅包覆陶瓷粉体，室温下超声分散10～30min后加入催化剂，快速搅拌后真空除去溶于陶瓷料浆中的气泡；所述有机单体占陶瓷原料的1～3wt％，交联剂和有机单体的质量比为1:(5～30),去离子水占陶瓷原料8～20wt％，分散剂占陶瓷原料0.5～2wt％,水性共溶剂占去离子水的0～10wt％，增塑剂占有机单体的20～50wt％，引发剂占陶瓷料浆的0.01～1wt％，催化剂占陶瓷料浆的0.01～1wt％；