[发明专利]一种采用Isobam凝胶体系注模成型制备熔融石英陶瓷的方法

说明书

本发明公开了一种采用Isobam凝胶体系注模成型制备熔融石英陶瓷的方法，包括：步骤(1)、将改性剂与超纯水以一定的质量比搅拌混合均匀，然后将改性剂溶液和熔融石英粉混合后球磨；出料后干燥，研磨过筛，得到改性石英粉；步骤(2)、将Isobam溶液、四甲基氢氧化铵与超纯水按一定比例混合制备预混溶液；将预混液与改性石英粉和磨球放入球磨罐球磨，得到混合浆料；步骤(3)、经真空除泡后注入模具固化成型，脱模后干燥得到熔融石英陶瓷生坯；步骤(4)、干燥固化后排胶，空气中烧结，得到熔融石英陶瓷材料。本发明采用Isobam凝胶体系无毒无害，环境友好，而且工艺简单，能够获得分散性好的浆料，所制备熔融石英陶瓷强度高。

技术领域

本发明涉及石英陶瓷的制备，具体涉及一种采用Isobam凝胶体系注模成型制备熔融石英陶瓷的方法，属于无机非金属材料领域。

背景技术

石英陶瓷又称熔融石英陶瓷、石英玻璃陶瓷、石英玻璃烧结制品，具有低的线膨胀系数0.54×10^-6/℃，体积稳定性好；其热传导率较低，仅为2.09W/m·K，且在1000℃以下的温度范围内几乎不变，是一种极好的隔热材料；具有优良的热稳定性；具有良好的耐化学侵蚀性；可制成形状复杂、加工性能优良的制品，有较好的适用性。所以，其制品常被作为工业陶瓷材料、耐火材料广泛应用于玻璃、化工、钢铁及航空、航天领域。

凝胶注模成型技术是由美国橡树岭国家实验室研制开发成功的一种陶瓷近尺寸成型技术，与传统注浆成型依靠石膏模吸浆的原理不同，凝胶注模成型是通过浆料内部的化学反应形成大分子网络结构或陶瓷网络结构，以使浇入非孔模具内的陶瓷泥浆快速凝固成陶瓷坯体。相对于注浆成型来说，凝胶注模周期短，制品的结构与密度均匀，性能可靠，完全可以采用原先注浆成型的生产设备，因此可以减少设备投资，坯体强度高，可以进行较复杂的成型加工。

目前报道的凝胶注模成型熔融石英陶瓷，如CN111517770A与CN114014641A均采用有毒或低毒的凝胶体系，该体系有很强的神经毒性，对人体有害，且陶瓷强度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用Isobam凝胶体系注模成型制备熔融石英陶瓷的方法，绿色无毒，制得的素坯强度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种采用Isobam凝胶体系注模成型制备熔融石英陶瓷的方法，包括以下步骤：

步骤(1)、熔融石英粉改性：将改性剂与超纯水按一定质量比搅拌混合均匀，然后将改性剂溶液和熔融石英粉以1:1的质量比混合后球磨，出料后干燥，研磨过筛，得到改性石英粉；

步骤(2)、熔融石英陶瓷浆料制备：将Isobam溶液、四甲基氢氧化铵与超纯水按一定比例混合制备预混液，将预混液与步骤(1)得到的改性石英粉、磨球一起放入球磨罐球磨，得到混合浆料；

步骤(3)、凝胶固化成型：将步骤(2)得到的混合浆料经真空除泡后注入模具固化成型，脱模后干燥得到熔融石英陶瓷生坯；

步骤(4)、烧结成型：将步骤(3)得到的陶瓷生坯干燥固化后排胶，将排胶后的素坯在空气中烧结，得到改性石英陶瓷材料。

优选的，步骤(1)中，所述改性剂为氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、钛酸酯偶联剂中的一种或几种，与超纯水的质量比为10～30％；所述的干燥机制为55～80℃条件下干燥12～24h。

优选的，步骤(2)中，所述Isobam溶液为Isobam104、Isobam600中一种或几种粉体充分溶解在超纯水中配制得到的浓度为10～25wt％的溶液；所述Isobam溶液、四甲基氢氧化铵与超纯水按混合比例为1:(2-3):(140-160)。

优选的，步骤(2)中，所述磨球为石英球，球料比为1：1～3。