[发明专利]一种用于陶瓷或玻璃陶瓷的无机粘结剂

说明书

本发明提供一种用于陶瓷或玻璃陶瓷的无机粘结剂，包括至少一种平均粒径100nm的纳米无机化合物和至少一种溶剂；纳米无机化合物是指过渡金属、ⅢA族金属、ⅣA族金属或ⅤA族金属的氧化物、混合氧化物、硫化物、硒化物和碲化物中的一种或多种，金属元素Zr、Al、B、Zn、Si、Cd、Ti、Ce、Fe、Sn、In、La、Cu、Ta、Nb、V、Mo或W的碳化物或氮化物的纳米级粉末中的一种或多种，或者它们的磷酸盐、硅酸盐、锆酸盐、铝酸盐和锡酸盐的纳米级粉末中的一种或多种。本发明的无机粘结剂具有高曲率半径及极高的表面能，能与粉末颗粒有效结合，可生产出多孔结构的大面积无裂纹的成型体和涂层。

技术领域

本发明属于无机粘结剂技术领域，具体涉及一种用于陶瓷或玻璃陶瓷的无机粘结剂。

背景技术

在现有技术中，有机粘结剂（例如酚醛树脂）和无机粘结剂（例如水泥）都用于在材料生产中结合各种物质。在溶胶-凝胶工艺的基础上生产的混合材料用作粘结剂也是众所周知的。

有机粘结剂与混合材料用于将所需结构固定在一起。然而，以这种方式粘结的材料不能在高温下使用，因为有机粘结剂和混合材料都会燃烧，从而失去强度。此外，在大多数情况下，使用这种粘结剂时形成的吡咯解产物是有毒的。如果要将材料粘结在一起以使合成的复合材料具有热稳定性，则应使用无机粘结剂。

无机粘结剂有两种类型，即需要水凝结的粘合剂（如水泥、石灰和灰泥）和需要除水凝结外的其他添加剂的粘结剂（如水玻璃、氧化镁粘结剂、磷酸盐粘结剂）。

最著名的无机粘合剂必须是水泥、石灰和灰泥。与水混合，在砂浆和混凝土生产中这些物质用作无机粘结建筑材料，作为过滤器和硬化剂。它们可以实现几乎任何可模塑性，但只能维持有限的时间，并在低温下凝固或固化。水泥、石灰和灰泥都对水有反应。这些无机材料与水混合后，会发生化学转变，产生或多或少的结晶产物。在凝结过程中，区分了三种类型：水化凝固、水力凝固和碳酸盐形成凝固。在水化凝固过程中，加入的水以分子形式结合（例如，硫酸钙转化为水合硫酸钙）；在水力凝固过程中，材料开始发生水解（例如，氧化钙转化为氢氧化钙）；在碳酸盐形成凝固过程中，二氧化碳被吸收并发生化学结合（例如，氧化钙转化为氢氧化钙，第二步转化为碳酸钙）。在实践中单一的凝固类型很少见，通常会出现两种或全部三种凝固类型的组合。还需要说明的是，这些无机粘结剂的凝固过程总是放热的。

除了水泥，石灰和灰泥，还有一类无机粘结剂，除了水还需要添加剂进行凝固。氧化镁粘结剂（MgO）的凝固取决于由于添加氯化镁或硫酸镁溶液而形成的难溶碱性镁盐水合物。磷酸盐粘结剂由于Al(OH)₃与磷酸（H₃PO₄）混合或由于Al(OH)₃与Al(H₂PO₄)₃溶液混合形成磷酸叔铝而凝固。在水玻璃（Na₂O和SiO₂的水溶液）的情况下，由于添加了添加剂，如有机酸酯类、一般酸或添加氧化物或氢氧化物而发生凝固。在添加氧化物（例如ZnO）或氢氧化物后凝固的情况下，会形成难溶的硅酸盐水合物（例如ZnSiO₃）。在后三种情况下，水不会直接导致化学反应，但水作为反应介质是发生化学反应的基本条件。

将矿物层，特别是陶瓷层应用于金属、玻璃、搪瓷或陶瓷基底陶瓷的生产通常需要使用粘结剂，因为矿物起始材料，特别是陶瓷起始材料是粉末形式的。这里使用的几乎完全是有机粘结剂，在烧成（烧结）之前使层或成型体具有足够的强度。在烧结过程中，有机粘结剂被热分解，留下成型陶瓷体或陶瓷层作为气体降解产物；但是有机粘结剂的燃烧导致烧结过程，这反过来又导致层或成型体中的应力和裂纹。因此，理想的做法是使用无机粘结剂生产成型陶瓷体，在材料的固化/强化过程中，尤其是在烧结或烧成过程中，无机粘结剂应留在材料层中或成型体中，并且在烧结/烧成过程中尽可能地发生较小的收缩，以便避免产生应力和裂纹。