專利名稱：一種超高溫陶瓷的水基流延方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超高溫陶瓷的水基流延方法，屬于流延成型工藝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超高溫陶瓷包括高熔點的硼化物、碳化物及氮化物。由于其具有高熔點，良好的 化學穩(wěn)定性及抗氧化性等性能，可作為熱防護體系材料應用于高超音速飛行、大氣層再入 等極端環(huán)境和機翼前緣、鼻錐等關(guān)鍵部件。目前，超高溫陶瓷的成型方法主要是干壓成型， 干壓成型具有操作簡單、低成本等優(yōu)點，但是干壓容易使得素坯成型不均勻(尤其是大部 件)，不利于最終的產(chǎn)品性能。而與干壓成型相比，膠態(tài)成型通過對漿料的初始“結(jié)構(gòu)”及其 在制備過程中的演化進行精細控制，可得到更加均勻的素坯結(jié)構(gòu)。作為膠態(tài)成型的一種，流延成型被廣泛的應用于制備電路基板和電容器等，已成 為陶瓷膜的普遍方法，適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。另外，流延成型還可用于制備具有高韌性 和良好的抗熱震性能的層狀結(jié)構(gòu)陶瓷。對超高溫陶瓷進行層狀結(jié)構(gòu)設計，可滿足其在空間 領(lǐng)域應用的要求。流延成型工藝包括水基和非水基流延兩種。非水基流延往往需使用大量 的有毒有機溶劑，不僅制作成本高，而且危害人體健康，造成環(huán)境污染。而水基流延采用水 作為溶劑，成本低，環(huán)境污染小，對人體健康無害，因此越來越被人們所關(guān)注和研究。由于硼 化物與傳統(tǒng)的水基流延成型粘結(jié)劑聚乙烯醇(PVA)會發(fā)生化學反應，因此聚乙烯醇(PVA) 不可用于超高溫陶瓷的水基流延成型。因此需開發(fā)一種新的粘結(jié)劑用于超高溫陶瓷的水基 流延成型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超高溫陶瓷的水基流延成型的方法，其特征在于采用 水作為流延工藝中的唯一溶劑，將陶瓷粉體加入到含分散劑的水溶液中，調(diào)制成均勻的懸 浮漿料，并加入適量的分散劑、粘結(jié)劑、成膜助劑，制備出適合流延成型的漿料，經(jīng)脫泡、流 延、干燥后制得均勻光滑的流延膜。超高溫陶瓷的水基流延成型，主要包括以下步驟(1)將超高溫陶瓷粉體(0. 1-0. 5 μ m)加入含分散劑的水溶液中，球磨20_24h， 然后加入粘結(jié)劑和成膜助劑，球磨8-15h，然后再次加入適量的超高溫陶瓷粉體，球磨 20-24h，兩次加入陶瓷粉體可進一步增大漿料的固含量，并可避免高濃度漿料出現(xiàn)剪切增 稠現(xiàn)象；再次加入的超高溫陶瓷粉體與起初的超高溫陶瓷粉體為同一種類或不同種類，所 述的超高溫陶瓷粉體為硼化物(!^乂鳴等)碳化物(SiC、B4C或WC等)、或氮化物(Si3N4、 A1N、賽隆等)。不同種類超高溫陶瓷的加入構(gòu)筑成復相流延膜；再次加入超高溫陶瓷粉體為起初加入的粉體的20wt% _80wt%以及所述的不同 種類的超高溫陶瓷粉體為碳化物、硼化物或氮化物中不同組份組成的復相流延膜；或為碳 化物、硼化物和氮化物中兩種或兩種以上組份組成的復相流延膜；(2)將上述所得的漿料真空10_20Pa脫泡后流延成型；(3)上述所得到的流延膜在室溫下自然干燥3-5小時即可從Mylar膜帶上剝離，所得的流延膜厚度為0. 2-0. 5mm。所述分散劑為聚丙烯酸鹽，分散劑的加入質(zhì)量百分含量為1_2%。所述粘結(jié)劑為水溶性苯丙乳液，膠體顆粒平均大小為0. 17 ym，膠體顆粒固含量 為50wt%，pH為8-9，玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg為_6°C，粘結(jié)劑中的固含量與陶瓷粉體的質(zhì)量比為 0. 18-0. 25。所述成膜助劑為商業(yè)成膜助劑Texanol，其與粘結(jié)劑中的固含量的質(zhì)量比為 0. 02。本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明工藝操作簡單、條件易于控制；(2)本發(fā)明所采 用的分散劑、粘結(jié)劑和成膜助劑均為商業(yè)化產(chǎn)品，成本低廉、無毒、易于燒除且不留殘余物， 容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；(3)流延漿料具有良好的潤濕性，可以很好的潤濕Mylar膜帶，制得 的流延膜容易從Mylar膜帶上剝離；(4)由于粘結(jié)劑具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，因此 不需要另外加入塑性劑，可降低流延膜中的有機物含量；(5)流延膜干燥速度較快，室溫下 自然干燥3-5小時即干燥完全，且不容易產(chǎn)生裂紋；(6)制得的流延膜具有較好的強度和柔 韌性，可任意裁減及彎曲。
具體實施例方式下面通過具體的實例，對本發(fā)明予以進一步說明實施例1 將50g平均粒徑為0. 35 ii m的&B2粉體加入到10ml含分散劑的水中， 球磨24h。加入的粘結(jié)劑為水溶性苯丙乳液(膠體顆粒固含量為50wt%，pH為8-9，玻璃轉(zhuǎn) 化溫度)28g，成膜助劑Texanol 0. 28g，球磨12h。再加入11. 2g &B2粉體，球磨 24h。得到的漿料經(jīng)真空脫泡后流延成型，室溫下自然干燥3-5小時即可從基帶上剝離得到 流延膜。實施例2 將50g平均粒徑為0. 35 ii m的&B2粉體加入到10ml含分散劑的水中， 球磨24h。加入粘結(jié)劑水溶性苯丙乳液(膠體顆粒固含量為50wt%，pH為8-9，玻璃轉(zhuǎn)化溫 度Tg為-6°C ) 30g,成膜助劑Texanol 0. 30g,球磨12h。再加入25g ZrB2粉體，球磨24h。 得到的漿料經(jīng)真空脫泡后流延成型，室溫下自然干燥3-5小時即可從基帶上剝離得到流延膜。實施例3 將50g平均粒徑為0. 35 ii m的TiB2粉體加入到10ml含分散劑的水中， 球磨24h。加入的粘結(jié)劑為水溶性苯丙乳液(膠體顆粒固含量為50wt%，pH為8-9，玻璃轉(zhuǎn) 化溫度) 30. 6g，成膜助劑Texanol 0. 31g，球磨12h。再加入35g &B2粉體，球磨 24h。得到的TiB2-ZrB2復合漿料經(jīng)真空脫泡后流延成型，室溫下自然干燥3_5小時即可從 基帶上剝離得到流延膜。實施例4 用3比、84(、513隊、4化取代&82或1182可獲得雷同的結(jié)果。實施例5 再次加入超高溫陶瓷粉料為SiC(粒徑為0. 2iim)，加入量為15g，其余 同實施例1構(gòu)筑成ZrB2-SiC復相陶瓷流延膜。
權(quán)利要求
一種超高溫陶瓷的水基流延方法，其特征在于采用水作為流延工藝中的唯一溶劑，將陶瓷粉體加入到含分散劑的水溶液中調(diào)制成均勻的懸浮漿料，再加入粘結(jié)劑和成膜助劑，制備出流延成型的漿料，經(jīng)脫泡、流延、干燥后制得均勻光滑的流延膜，具體包括以下步驟(a)將超高溫陶瓷粉體加入含分散劑的水溶液中，球磨20-24h，然后加入粘結(jié)劑和成膜助劑，球磨8-15h，然后再次加入超高溫陶瓷粉體，球磨20-24h，兩次加入陶瓷粉體可進一步增大漿料的固含量，并可避免高濃度漿料出現(xiàn)剪切增稠現(xiàn)象；(b)將步驟a所得的漿料真空脫泡后在Mylar膜帶上流延成型成膜；(c)將步驟b所得到的流延膜在室溫下自然干燥后即可從Mylar膜帶上剝離；所述分散劑為聚丙烯酸鹽，分散劑的加入質(zhì)量百分含量為1％-2％；所述粘結(jié)劑為水溶性苯丙乳液，粘結(jié)劑中的固含量與陶瓷粉體的質(zhì)量比為0.18-0.25；所述的成膜助劑為Texanol，它與粘結(jié)劑中的固含量的質(zhì)量比為0.02；所述的超高溫陶瓷粉體為硼化物、氮化物或碳化物。
2.按權(quán)利要求1所述的超高溫陶瓷的水基流延方法，其特征在于再次加入超高溫陶瓷 粉體與起初加入的超高溫陶瓷粉體為同一種類或不同種類的超高溫陶瓷粉體。
3.按權(quán)利要求2所述的超高溫陶瓷的水基流延方法，其特征在于所述的不同種類的超 高溫陶瓷粉體為碳化物、硼化物或氮化物中不同組份組成的復相流延膜；或為碳化物、硼化 物和氮化物中兩種或兩種以上組份組成的復相流延膜。
4.按權(quán)利要求1、2或3所述的超高溫陶瓷的水基流延方法，其特征在于所述的超高溫 陶瓷粉體的平均粒徑為0. 1-0. 5 μ m。
5.按權(quán)利要求1、2或3所述的超高溫陶瓷的水基流延方法，其特征在于再次加入的陶 瓷粉體質(zhì)量百分數(shù)為起先加入陶瓷粉體的20% -80%。
6.按權(quán)利要求1所述的超高溫陶瓷的水基流延方法，其特征在于所述的苯丙乳液的膠 體顆粒平均大小為0. 17 μ m，固含量為50%，PH為8_9，玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg為_6°C。
7.按權(quán)利要求1所述的超高溫陶瓷的水基流延方法，其特征在于步驟b所述的漿料真 空脫泡的真空度為10-20Pa。
8.按權(quán)利要求1所述的超高溫陶瓷的水基流延方法，其特征在于步驟c自然干燥時間 為3-5小時。
9.按權(quán)利要求1所述的超高溫陶瓷的水基流延方法，其特征在于從Mylar膜上剝離的 流延膜厚度為0. 2-0. 5mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超高溫陶瓷的水基流延方法，屬于流延成型工藝領(lǐng)域。其特征在于采用水作為流延工藝中的唯一溶劑，將陶瓷粉體加入水中調(diào)成均勻的懸浮漿料，以苯丙乳液作為粘結(jié)劑并加入適量的成膜助劑，球磨后再次加入陶瓷粉體，從而制備出適合流延成型的漿料，經(jīng)脫泡、流延、干燥后制得均勻光滑的流延膜。本發(fā)明不僅具有操作簡單、條件易于控制、成本低廉及無毒無害等優(yōu)點，而且由于粘結(jié)劑具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，因此不需要加入塑性劑。另外流延漿料對Mylar膜帶具有良好的潤濕性，流延后流延膜干燥速度快，且具有良好的強度和韌性，且兩次使用的陶瓷粉體可相同也可以不同，從而構(gòu)筑成復相陶瓷流延膜。
文檔編號B28C1/04GK101863071SQ20091004937
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月15日
發(fā)明者呂志翚, 張景賢, 林慶玲, 江東亮, 黃政仁 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所