專利名稱：一種防止注模凝膠成型過(guò)程中氧阻聚的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種陶瓷材料制備工藝領(lǐng)域，涉及一種防止注模凝膠成型過(guò)程中氧阻 聚的方法。
背景技術(shù)：
二十世紀(jì)九十年代初，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了陶瓷坯體的凝膠注模 成型技術(shù)，該技術(shù)將傳統(tǒng)的有機(jī)坯體注漿成型技術(shù)與高分子化學(xué)理論相結(jié)合，將可形成凝 膠體的有機(jī)單體和交聯(lián)劑與有機(jī)溶劑或水配置成預(yù)混液，與陶瓷粉體混合后配置成陶瓷料 漿，澆注入無(wú)滲透的模具中并在一定條件下使之原位聚合，形成交叉鍵結(jié)構(gòu)的凝膠體而使 陶瓷坯體定型，因此可適用于各種復(fù)雜形狀的陶瓷坯體的精密成型。但是作為一種自由基 聚合反應(yīng)，由于單體聚合時(shí)與空氣接觸，空氣中的氧會(huì)阻礙聚合反應(yīng)，因此陶瓷坯體干燥后 表面沒(méi)有聚合反應(yīng)這一層將會(huì)剝落，無(wú)法制備出表面完好的陶瓷坯體。為克服表面氧阻聚 的問(wèn)題，目前采用的方法是將注入模具的陶瓷料漿置于氮?dú)?、氫氣或在真空中進(jìn)行固化，或 者在料漿中加入某些水溶性高分子，由于水溶性高分子中的吸氧電子的吸氧作用優(yōu)于單體 自由基的吸氧作用而避免氧氣對(duì)單體聚合的阻礙。然而，前一種方法不但增加制備成本，而 且工藝復(fù)雜，條件要求苛刻，后一種方法由于向料漿中加入水溶性高分子，必然改變料漿的 特性，會(huì)大大提高料漿的粘度，對(duì)配制高固相含量和良好流動(dòng)性水基陶瓷料漿帶來(lái)困難，從 而增加了制備工藝的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種工藝簡(jiǎn)單的防止注模凝膠成型過(guò)程中料漿出現(xiàn)氧阻聚 的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提出一種防止注模凝膠成型過(guò)程氧阻聚的方法，(1)配料稱取下列物質(zhì)，陶瓷粉體，去離子水或蒸餾水、分散劑、有機(jī)單體和交聯(lián)劑，其中， 每千克陶瓷粉加入去離子水90ml-250ml ；分散劑是下列物質(zhì)之一檸檬酸鹽、碳酸鹽、聚丙 烯酸鹽、聚甲基丙烯酸鹽，其加入量為陶瓷粉體重量的0. 1-2% ；有機(jī)單體是丙烯酰胺或甲 基丙烯酰胺；交聯(lián)劑是亞甲基雙丙烯酰胺或多乙二醇二甲基丙烯酸，有機(jī)單體和交聯(lián)劑的 比例在10 1-30 1之間選取，有機(jī)單體和交聯(lián)劑的總加入量為去離子水量的5-30% ；(2)混合球磨將上述陶瓷粉體、去離子水或蒸餾水、分散劑、有機(jī)單體和交聯(lián)劑放入球磨罐中， 在滾筒磨或行星磨中充分球磨，形成陶瓷料漿，球磨時(shí)間為l_30h，球料比為1 :1-5:1;(3)除氣泡將上述料漿取出，進(jìn)行真空攪拌除氣或振動(dòng)除氣；(4)加入催化劑和引發(fā)劑在上述除氣后的料漿中加入催化劑四甲基乙二胺及引發(fā)劑過(guò)硫酸銨，充分?jǐn)嚢杈鶆颍呋瘎┑募尤肓繛橛袡C(jī)單體重量的0. 1-0. 4%，引發(fā)劑的加入量為有機(jī)單體重量的 0. 2-0. 6% ；(5)澆注將上述加入催化劑和引發(fā)劑后的陶瓷料漿澆注進(jìn)由非滲水材料制成的模具中；(6)覆蓋防氧阻聚劑在上述料漿發(fā)生凝膠固化之前，將防氧阻聚劑緩慢添加到暴露于空氣的料漿表 面，防氧阻聚劑的厚度為1 5mm，防氧阻聚劑是下列物質(zhì)之一 1，3 丁二醇，1，4 丁二醇，乙 二醇，丙三醇；(7)脫模干燥料漿凝膠固化后，將防氧阻聚劑倒掉，從模具中取出濕凝膠坯體，干燥后即得到所 需形狀的陶瓷坯體。在陶瓷料漿注入模具后，凝膠固化前，在其與空氣接觸的部分覆蓋上一層不影響 料漿凝膠固化的醇類有機(jī)溶劑，此有機(jī)溶劑的密度小于料漿的密度且不影響料漿的凝膠固 化。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，本發(fā)明通過(guò)在凝膠前與空氣接觸部分料漿表面覆 蓋一層不影響料漿凝膠固化反應(yīng)的醇類有機(jī)溶劑，把料漿與空氣隔離，待到料漿凝膠固化 后倒掉表面的有機(jī)溶劑，即可得到完整光滑的凝膠坯體而不需要做任何表面處理。經(jīng)過(guò)此 種方法，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，第一，本方法中所使用原材料來(lái)源廣泛，無(wú)需特殊設(shè)備，成本低，操作簡(jiǎn)單易行。第二，本方法中用于防止氧阻聚的醇類有機(jī)物不參與料漿配置，不會(huì)影響料漿的 特性，從而簡(jiǎn)化了配置低粘度高固相含量料漿的影響因素。第三，本方法中所用醇類有機(jī)物不會(huì)影響料漿的凝膠固化反應(yīng)和坯體的強(qiáng)度，可 進(jìn)行必要的機(jī)加工。第四，本方法制備的陶瓷坯體無(wú)任何起皮現(xiàn)象，表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能一致。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。提出一種防止注模凝膠成型過(guò)程氧阻聚的方 法，該方法的操作步驟如下(1)配料稱取下列物質(zhì)，陶瓷粉體，去離子水或蒸餾水、分散劑、有機(jī)單體和交聯(lián)劑，其中， 每千克陶瓷粉加入去離子水90ml-250ml ；分散劑是下列物質(zhì)之一檸檬酸鹽、碳酸鹽、聚丙 烯酸鹽、聚甲基丙烯酸鹽，其加入量為陶瓷粉體重量的0. 1-2% ；有機(jī)單體是丙烯酰胺或甲 基丙烯酰胺；交聯(lián)劑是亞甲基雙丙烯酰胺或多乙二醇二甲基丙烯酸，有機(jī)單體和交聯(lián)劑的 比例在10 1-30 1之間選取，有機(jī)單體和交聯(lián)劑的總加入量為去離子水量的5-30% ；(2)混合球磨將上述陶瓷粉體、去離子水或蒸餾水、分散劑、有機(jī)單體和交聯(lián)劑放入球磨罐中， 在滾筒磨或行星磨中充分球磨，形成陶瓷料漿，球磨時(shí)間為l_30h，球料比為1 :1-5:1;(3)除氣泡將上述料漿取出，進(jìn)行真空攪拌除氣或振動(dòng)除氣；
(4)加入催化劑和引發(fā)劑在上述除氣后的料漿中加入催化劑四甲基乙二胺及引發(fā)劑過(guò)硫酸銨，充分?jǐn)嚢?均勻，催化劑的加入量為有機(jī)單體重量的0. 1-0.4%，引發(fā)劑的加入量為有機(jī)單體重量的 0. 2-0. 6% ；(5)澆注將上述加入催化劑和引發(fā)劑后的陶瓷料漿澆注進(jìn)由非滲水材料制成的模具中；(6)覆蓋防氧阻聚劑在上述料漿發(fā)生凝膠固化之前，將防氧阻聚劑緩慢添加到暴露于空氣的料漿表 面，防氧阻聚劑的厚度為1 5mm，防氧阻聚劑是下列物質(zhì)之一 1，3 丁二醇，1，4 丁二醇，乙 二醇，丙三醇；(7)脫模干燥料漿凝膠固化后，將防氧阻聚劑倒掉，從模具中取出濕凝膠坯體，干燥后即得到所 需形狀的陶瓷坯體。在陶瓷料漿注入模具后，凝膠固化前，在其與空氣接觸的部分覆蓋上一層不影響 料漿凝膠固化的醇類有機(jī)溶劑，此有機(jī)溶劑的密度小于料漿的密度，所以只漂浮在料漿表 面而以液-液界面取代原來(lái)的液-氣界面，使料漿與空氣隔離而達(dá)到防氧阻聚效果。實(shí)施例實(shí)施例1 氧化鋯陶瓷圓柱坯體的成型稱取500g平均粒徑為0. 5 μ m的部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷粉體，加入60ml去離子水， 12ml的丙烯酸和甲基丙烯酸胺共聚物分散劑，13g丙烯酸胺有機(jī)單體，Ig亞甲基雙丙烯酰 胺交聯(lián)劑，用氨水調(diào)節(jié)PH = 9。加入750g磨球，置于滾筒式球磨機(jī)中球磨18小時(shí)后取出 料漿，真空攪拌除氣后加入0.8ml四甲基乙二胺催化劑和1.0m 1濃度為7%的過(guò)硫酸銨水 溶液引發(fā)劑，攪拌均勻，澆注進(jìn)鋼制的尺寸為Φ60πιπιΧ43πιπι的圓柱形模具中并留出3mm高 度的模具空間，然后加入丙三醇將表面料漿覆蓋，丙三醇的厚度為1. 5mm在室溫中放置10 分鐘，料漿凝膠化。倒掉表面的丙三醇，打開(kāi)模具，將坯體放置于空氣自然條件下干燥M小 時(shí)，然后置于烘箱中于80°C烘干直到坯體重量不再減少，所得坯體表面光滑無(wú)剝落，燒結(jié)成 瓷后亦無(wú)表面開(kāi)裂或起皮現(xiàn)象。實(shí)施例2 :96%氧化鋁陶瓷坯體的成型稱取2000g由α -Al2O3、高嶺土、滑石和碳酸鈣組成的96%氧化鋁陶瓷粉末，加入 280ml去離子水，50g丙烯酰胺單體，3. Og亞甲基雙丙烯酸銨交聯(lián)劑，20ml乙二醇、30ml丙 烯酸銨分散劑，同時(shí)加入3000g磨球，置于滾筒式球磨機(jī)中，混磨22小時(shí)后取出料漿，真空 除氣泡后加入3ml四甲基乙二胺催化劑和濃度為5%的過(guò)硫酸銨引發(fā)劑水溶液，攪拌 均勻，加入到300mmX250mmX IOmm的玻璃板模具中，然后在模具開(kāi)口一側(cè)的料漿表面加入 2mm厚的乙二醇，在室溫下放置15分鐘，料漿凝膠化。將表面的乙二醇倒出，開(kāi)模后即得到 表面光滑，無(wú)起皮現(xiàn)象坯體。實(shí)施例3 氮化硅陶瓷圓柱坯體的成型稱取200g平均粒徑為L(zhǎng)Oym的氮化硅粉，15g氧化釔和15g氧化鑭粉體，加入 40ml去離子水，3ml聚甲基丙烯酸銨分散劑，6g丙烯酰胺單體，0. 6g亞甲基雙丙烯酸銨交聯(lián) 劑，用四甲基氫氧化銨調(diào)節(jié)料漿的PH = 10，加入250g磨球，置于行星磨中球磨4個(gè)小時(shí)后將料漿取出，經(jīng)真空攪拌除氣后加入1. 5ml四甲基乙二胺催化劑和2ml濃度為8%的過(guò)硫酸 銨水溶液引發(fā)劑，攪拌均勻，然后將料漿平均分成兩份，并分別澆注進(jìn)鋼制的Φ20πιπιΧ80πιπι 的圓柱形模具中并留出3ml高度的模具空間，在其表面分別覆蓋1，4 丁二醇和1，3 丁二醇， 放置15分鐘，料漿凝膠化。將表面的1，4 丁二醇和1，3 丁二醇倒掉，從模具中取出凝膠坯 體，均得到表面光滑無(wú)氧阻聚現(xiàn)象的坯體。
權(quán)利要求
1.一種防止注模凝膠成型過(guò)程中氧阻聚的方法，其特征是，(1)配料稱取下列物質(zhì)，陶瓷粉體，去離子水或蒸餾水、分散劑、有機(jī)單體和交聯(lián)劑，其中，每千 克陶瓷粉加入去離子水90ml-250ml ；分散劑是下列物質(zhì)之一檸檬酸鹽、碳酸鹽、聚丙烯酸 鹽、聚甲基丙烯酸鹽，其加入量為陶瓷粉體重量的0. 1-2% ；有機(jī)單體是丙烯酰胺或甲基丙 烯酰胺；交聯(lián)劑是亞甲基雙丙烯酰胺或多乙二醇二甲基丙烯酸，有機(jī)單體和交聯(lián)劑的比例 在10 1-30 1之間選取，有機(jī)單體和交聯(lián)劑的總加入量為去離子水量的5-30% ；(2)混合球磨將上述陶瓷粉體、去離子水或蒸餾水、分散劑、有機(jī)單體和交聯(lián)劑放入球磨罐中，在滾 筒磨或行星磨中充分球磨，形成陶瓷料漿，球磨時(shí)間為l_30h，球料比為1 :1-5:1;(3)除氣泡將上述料漿取出，進(jìn)行真空攪拌除氣或振動(dòng)除氣；(4)加入催化劑和引發(fā)劑在上述除氣后的料漿中加入催化劑四甲基乙二胺及引發(fā)劑過(guò)硫酸銨，充分?jǐn)嚢杈?勻，催化劑的加入量為有機(jī)單體重量的0. 1-0.4%，引發(fā)劑的加入量為有機(jī)單體重量的 0. 2-0. 6% ；(5)澆注將上述加入催化劑和引發(fā)劑后的陶瓷料漿澆注進(jìn)由非滲水材料制成的模具中；(6)覆蓋防氧阻聚劑在上述料漿發(fā)生凝膠固化之前，將防氧阻聚劑緩慢添加到暴露于空氣的料漿表面，防 氧阻聚劑的厚度為1 5mm，防氧阻聚劑是下列物質(zhì)之一 1，3 丁二醇，1，4 丁二醇，乙二醇， 丙三醇；(7)脫模干燥料漿凝膠固化后，將防氧阻聚劑倒掉，從模具中取出濕凝膠坯體，干燥后即得到所需形 狀的陶瓷坯體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止注模凝膠成型過(guò)程中氧阻聚的方法，其特征在于，在陶 瓷料漿注入模具后，凝膠固化前，在其與空氣接觸的部分覆蓋上一層不影響料漿凝膠固化 的醇類有機(jī)溶劑，此有機(jī)溶劑的密度小于料漿的密度且不影響料漿的凝膠固化。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種陶瓷材料制備工藝領(lǐng)域，涉及一種防止注模凝膠成型過(guò)程中氧阻聚的方法。本發(fā)明提出一種可以在空氣條件下操作而防止注模凝膠成型過(guò)程中料漿出現(xiàn)氧阻聚的方法。通過(guò)在凝膠前與空氣接觸部分料漿的表面覆蓋一層不影響料漿凝膠固化的醇類有機(jī)溶劑，把料漿與空氣隔離，待到料漿凝膠固化后倒掉表面的有機(jī)溶劑，從而得到完整的凝膠體而不需要做任何表面處理。該技術(shù)的步驟是配料-混合球磨-除氣泡-加入催化劑和引發(fā)劑-澆注-在料漿表面覆蓋一層醇類防氧阻聚劑-凝膠固化-倒掉表面防氧阻聚劑-脫模干燥。本發(fā)明操作方便，簡(jiǎn)單實(shí)用，可以有效解決陶瓷料漿注模凝膠成型過(guò)程中的氧阻聚問(wèn)題，獲得表面光亮且和內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全一致的陶瓷坯體。
文檔編號(hào)C04B35/624GK102060543SQ20101056217
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者仝建峰, 李寶偉, 梁艷媛, 焦春榮, 陳大明 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院