專利名稱：一種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種利用凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，屬于透明陶瓷材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
所謂透明陶瓷，是指既具有陶瓷固有的耐高溫、耐腐蝕、高絕緣、高強(qiáng)度等特性，又具有良好光學(xué)透明性能的ー類多晶陶瓷材料。透明陶瓷材料以其優(yōu)異的性能在透明燈管、激光器、透明裝甲、光學(xué)窗口和照相機(jī)鏡頭等復(fù)雜形狀器件方面顯現(xiàn)巨大的應(yīng)用潛力，正日益受到研究者的廣泛關(guān)注。其中非氧化物氧氮化鋁系(A10N、MgA10N、LiA10N等)透明陶瓷因具有各向同性的光學(xué)性能、寬的透光范圍(0. 2飛.Oy m)、比單晶藍(lán)寶石更容易制得大尺寸和形狀復(fù)雜的透明部件，使其越來(lái)越引起人們的興趣和重視。 從目前透明陶瓷制備エ藝來(lái)看，獲得均勻的坯體結(jié)構(gòu)對(duì)燒結(jié)制備接近完全致密其微觀結(jié)構(gòu)可控的透明陶瓷以及復(fù)雜形狀器件的制作均非常重要，而透明陶瓷成型處于材料制備エ藝中承上啟下的關(guān)鍵位置，是獲得高品質(zhì)坯體的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)陶瓷成型方法在均勻坯體結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜形狀坯體制備方面存在著一定的問(wèn)題，如模壓成型中由于本身エ藝限制，顆粒易團(tuán)聚、坯體均勻性差；傳統(tǒng)的注射成型和注漿成型由于采用大量有機(jī)物，在后期脫脂過(guò)程中エ藝周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)加大、成本提高。因此發(fā)展先進(jìn)的成型エ藝是透明陶瓷制備急需解決的問(wèn)題之一。凝膠注模成型(Gel-casting)是繼注漿成型、注射成型之后發(fā)展起來(lái)的又ー種近凈尺寸成型エ藝。凝膠注模成型周期短、坯體均勻性好、性能穩(wěn)定可靠，不需要昂貴的成型模具；一般以水作分散介質(zhì)，有機(jī)物含量少；可制備復(fù)雜形狀的部件、坯體強(qiáng)度高、易于機(jī)械加工，在陶瓷成型方面顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。低粘度、高均勻性、高穩(wěn)定性及高固相含量漿料的制備是采用膠態(tài)成型獲得高質(zhì)量坯體的關(guān)鍵。而這一目標(biāo)主要是通過(guò)控制粉體在介質(zhì)中的膠體特性、漿料的PH值以及使用分散劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。高固相含量、低粘度陶瓷漿料制備完成后，需經(jīng)過(guò)漿料真空除氣、凝膠固化、干燥和脫脂過(guò)程才得到陶瓷坯體，其中干燥是凝膠注模成型エ藝的重要環(huán)節(jié)之一，它對(duì)素坯形狀、結(jié)構(gòu)均勻性等均產(chǎn)生直接的影響。國(guó)內(nèi)外對(duì)于透明陶瓷成型的研究工作，目前主要集中在Al2O3和MgAl2O4兩個(gè)體系。Xiaojian Mao等人(Geicasting and Pressureless Sintering of Translucent AluminaCeramics, Journal of the American Ceramic Society, 2008, 91 (5) : 1700-1802.)采用凝膠注模成型和無(wú)壓燒結(jié)制備透明Al2O3陶瓷，所得0. 5mm厚的樣品在19(Tll00nm波段內(nèi)的直線透過(guò)率為 9 10%。Ibram Ganesh 等人(Gelcasting of Magnesium AluminateSpinel Powder, Journal of the American Ceramic Society, 2009, 92 (2): 350-357.)采用凝膠注模成型和無(wú)壓燒結(jié)制備MgAl2O4尖晶石陶瓷，材料致密度達(dá)99. 55%，硬度為800. 26±13kg/mm2，彎曲強(qiáng)度為183±8. 4MPa。作者沒(méi)有報(bào)道該方法制備MgAl2O4尖晶石陶瓷材料的光學(xué)性能。目前，關(guān)于AlON系透明陶瓷凝膠注模成型エ藝的研究未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，制備得到的MgAlON透明陶瓷素坯形狀完好、顯微結(jié)構(gòu)均勻、表面光滑，并且干坯彎曲強(qiáng)度大。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預(yù)混液按照有機(jī)単體與交聯(lián)劑的質(zhì)量比為(5 20): I稱取有機(jī)単體與交聯(lián)劑溶解于去離子水，配制成單體濃度為8 20wt%的溶液，在溶液中加入分散劑，分散劑的加入量為待成型MgAlON粉體質(zhì)量的0. 4 0. 6wt%，攪拌均勻后，用濃氨水將溶液pH值調(diào)節(jié)為8 11,得到預(yù)混液； 2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預(yù)混液和MgAlON粉體混合后球磨2 8h后，得到固相含量為48 54vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料放入真空干燥箱中真空除氣，攪拌均勻后，分別加入引發(fā)劑和催化劑，引發(fā)劑與催化劑的加入量相等，且質(zhì)量均為MgAlON粉體質(zhì)量的
0.25 lwt% ;再抽真空除氣，然后注入模具中，在30 60°C下發(fā)生聚合反應(yīng)I 5h促使?jié){料凝膠，然后脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體干燥、高溫脫脂、自然冷卻后，得到MgAlON陶瓷素還。上述技術(shù)方案中，所述MgAlON粉體為單ー MgAlON相、平均粒徑小于600nm、純度不低于98%，是由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76. 45 88. 77wt%的a -氧化鋁、3. 79 18. 53wt%的氮化鋁以及4 10wt%氧化鎂固相反應(yīng)合成得到的。按上述方案，所述有機(jī)單體為甲基丙烯酰胺，交聯(lián)劑為N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，分散劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42. 8wt%聚丙烯酸銨水溶液，引發(fā)劑為10wt%的過(guò)硫酸銨水溶液，催化劑為四甲基こニ胺。按上述方案，所述步驟2)中，每IOOml預(yù)混液中加入MgAlON陶瓷粉體的質(zhì)量為364 391g，混合并球磨后所得陶瓷漿料的粘度小于SOOmPa S。按上述方案，所述步驟3)中第一次真空除氣的時(shí)間為5 20min，真空度為(0. 8 I. 2) X IO4Pa0按上述方案，所述步驟3)中第二次真空除氣的時(shí)間為I lOmin，真空度為(0. 8 I. 2) X IO4Pa0按上述方案，所述步驟4)的干燥分為三步，第一步在聚こニ醇PEG200溶液中室溫下干燥8 12h ;第二步在空氣中干燥24 48h ;第三步在恒溫干燥箱中于110°C空氣中干燥12 24h。按上述方案，所述步驟4)的干燥分為三步，第一歩在化學(xué)純的聚こニ醇PEG200溶液中室溫下干燥8 12h，聚こニ醇PEG200溶液用量為坯體體積的5 10倍；第二步在空氣中室溫下干燥24 48h ;第三步在恒溫干燥箱中于110°C空氣中干燥12 24h。按上述方案，所述步驟4)中所述的高溫脫脂是將干燥后的坯體在空氣中以1°C /min速率升溫至400°C并保溫I 2h，再以I 2°C /min速率升溫至500 600で并保溫I 2h，然后隨爐冷卻。
本發(fā)明的原理是將MgAlON粉末分散在有機(jī)単體溶液中，制備出高固相含量(體積分?jǐn)?shù)> 50%)、低粘度(〈IPa s)的穩(wěn)定漿料，然后抽真空除氣防止氧氣對(duì)聚合反應(yīng)的影響，避免注漿過(guò)程中氣泡進(jìn)入坯體中形成缺陷；加入引發(fā)劑和催化劑，使有機(jī)單體發(fā)生原位聚合反應(yīng)固化形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；最后經(jīng)過(guò)脫模、干燥、脫脂得到MgAlON透明陶瓷素坯，其中坯體的可控干燥原理是利用凝膠坯體中的水分與液體干燥劑中水分的化學(xué)勢(shì)差異來(lái)控制干燥速率，有效避免坯體不一致干燥收縮導(dǎo)致的開裂等問(wèn)題。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
I、本發(fā)明制備的MgAlON透明陶瓷素坯形狀完好、顯微結(jié)構(gòu)均勻、表面光滑，并且干坯彎曲強(qiáng)度大，高樣品的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能優(yōu)于干壓及其它傳統(tǒng)陶瓷成型方法制備的陶瓷素坯。2、本發(fā)明采用的預(yù)混液和漿料制備エ藝，可制備固相含量高于50vol%、表觀粘度低于SOOmPa s的高流動(dòng)性和穩(wěn)定性MgAlON漿料，非常適合于復(fù)雜形狀非氧化物透明陶瓷素坯的成型；
3、本發(fā)明在制備MgAlON素坯過(guò)程中采用液體干燥法，有效避免了干燥過(guò)快或不均勻造成的坯體起皮、開裂等問(wèn)題，得到形狀完好、顯微結(jié)構(gòu)均勻的高強(qiáng)度，并在高溫下脫除有機(jī)成型劑后獲得結(jié)構(gòu)均勻的素坯；干燥和脫脂收縮變形小，素坯彎曲強(qiáng)度大于lOMPa，十分有利于非氧化物透明陶瓷的進(jìn)ー步燒結(jié)制備。


圖I為本發(fā)明使用的MgAlON粉體及加入分散劑后MgAlON粉體的pH_Zeta電位關(guān)系。圖2為本發(fā)明實(shí)施例3所得MgAlON素坯的斷面的掃描電子顯微鏡SEM照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例5所得MgAlON素坯的斷面掃描電子顯微鏡SEM照片。圖4中左側(cè)、右側(cè)分別為本發(fā)明中實(shí)施例3、實(shí)施例5所得的MgAlON坯體樣品的表觀照片。圖5為本發(fā)明MgAlON坯體的脫脂エ藝曲線。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖、實(shí)施例進(jìn)ー步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。本發(fā)明采用的MgAlON陶瓷粉體按照中國(guó)發(fā)明專利公開號(hào)CN101700977A (—種快速制備MgAlON透明陶瓷粉末的方法)，由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76. 45 88. 77wt%的a -氧化鋁、
3.79 18. 53wt%的氮化鋁以及4 10wt%_化鎂固相反應(yīng)合成，粉體為單ーMgAlON相、平均粒徑小于600nm、純度不低于98wt. %。下述實(shí)施例所用的試劑均為化學(xué)純。下述實(shí)施例中步驟2)所述陶瓷漿料固相含量的測(cè)定按如下公式計(jì)算
固相含量=MgAlON粉體的體積/ (MgAlON粉體的體積+去離子水的體積),其中去離子水的體積為步驟I)中去離子水的體積，MgAlON粉體的體積由其質(zhì)量和密度計(jì)算所得。本發(fā)明使用的MgAlON粉體及加入分散劑后MgAlON粉體的pH_Zeta電位關(guān)系如附圖I所示，說(shuō)明陶瓷漿料在pH為8 11時(shí)穩(wěn)定性好，MgAlON粉體不易團(tuán)聚；加入分散劑聚丙烯酸銨水溶液后陶瓷漿料的穩(wěn)定性得到進(jìn)ー步提高。因此，本發(fā)明選取聚丙烯酸銨水溶液作為分散劑，并在步驟I)中將預(yù)混液的pH調(diào)至8 11。實(shí)施例I :
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預(yù)混液將3.81g甲基丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱MAM)和0. 76g的N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱MBAM)溶解于20ml去離子水中，配成MAM濃度為16wt%的溶液，加入42. 8wt%聚丙烯酸銨水溶液(簡(jiǎn)稱PAA-NH4) 0. 29g為分散劑(分散劑的添加量為待成型MgAlON粉體質(zhì)量的0. 398wt%,按0. 4wt%計(jì))，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調(diào)至10，得到預(yù)混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預(yù)混液中加入72.8g的MgAlON粉體，按球料質(zhì)量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨8h后，得到固相含量為48vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空IOmin至I.I X IO4Pa,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10wt%過(guò)硫酸銨水溶液(簡(jiǎn)稱APS) 0. 36g作為引發(fā)劑，四甲基こニ胺(簡(jiǎn)稱TMEDA) 0. 36g為催化劑，繼續(xù)抽真空3min至I. OX IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于60°C下聚合反應(yīng)lh，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥12h，然后置于空氣中室溫下干燥48h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內(nèi)以1°C /min升溫至400°C并保溫lh，然后再以1°C /min升溫至500°C并保溫Ih，隨爐冷卻后得到MgAlON陶瓷素坯。通過(guò)步驟2)后獲得固相含量為48vol%、25°C下表觀粘度為126. 83mPa s的高流動(dòng)性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問(wèn)題，進(jìn)一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結(jié)構(gòu)均勻、收縮變形小。實(shí)施例2
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預(yù)混液將3.81g的MAM和0. 38g的MBAM溶解于20ml去離子水中，配成MAM濃度為16wt%的溶液，加入0. 34g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液PH值調(diào)至10，得到預(yù)混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預(yù)混液中加入74.6g的MgAlON粉體，按球料質(zhì)量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量為50vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空20min至0.8 X IO4Pa,加入0. 37g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 37g的TMEDA為催化劑，繼續(xù)抽真空3min至0. 8 X IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于50°C聚合反應(yīng)2h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥12h，然后置于空氣中室溫下干燥24h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內(nèi)以1°C /min升溫至400°C并保溫lh，然后再以1°C /min升溫至550°C并保溫Ih，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。
通過(guò)步驟2)后獲得固相含量為50vol%、25°C下表觀粘度為99. 13mPa-s的高流動(dòng)性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問(wèn)題，進(jìn)一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結(jié)構(gòu)均勻、收縮變形小。實(shí)施例3
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預(yù)混液將3.81g的MAM和0. 25g的MBAM溶解于20ml去離子水中，配成MAM濃度為16wt%的溶液，加入0. 38g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液PH值調(diào)至10，得到預(yù)混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預(yù)混液中加入76.4g的MgAlON粉體，按球料質(zhì)量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨4h后，得到固相含量為52vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空5min至1.2X104Pa，加入0.38g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 38g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空3min至I. OX IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于40°C聚合反應(yīng)3h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥12h，然后置于空氣中室溫下干燥36h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥18h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內(nèi)以1°C /min升溫至400°C并保溫lh，然后以1°C /min升溫至600°C并保溫lh，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過(guò)步驟2)后獲得固相含量為52vol%、25°C下表觀粘度為128. 97mPa s的高流動(dòng)性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問(wèn)題，進(jìn)一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好(見(jiàn)圖4中左圖)、顯微結(jié)構(gòu)均勻(見(jiàn)圖2)、收縮變形小，素坯三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度達(dá)16MPa。實(shí)施例4
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預(yù)混液將3.81g的MAM和0. 19g的MBAM溶解于20ml去離子水中，配成MAM濃度為16wt%的溶液，加入0. 47g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑(分散劑的添加量為待成型MgAlON粉體質(zhì)量的0. 601wt%,按0. 6wt%計(jì))，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調(diào)至10’得到預(yù)混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預(yù)混液中加入78.2g的MgAlON粉體，按球料質(zhì)量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨2h后，得到固相含量為54vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空15min至I.OX IO4Pa,加入0. 39g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 39g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空3min至
0.9X IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于30°C聚合反應(yīng)5h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥12h，然后置于空氣中室溫下干燥24h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥12h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內(nèi)以l°c /min升溫至400°C并保溫lh，然后以I. 5°C /min升溫至550°C并保溫Ih，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過(guò)步驟2)后獲得固相含量為54vol%、25°C下表觀粘度為173. 02mPa s的高流動(dòng)性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問(wèn)題，進(jìn)一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結(jié)構(gòu)均勻、收縮變形小。實(shí)施例5
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預(yù)混液將2.5g的MAM和0. 25g MBAM溶解于IOml去離子水中，配成MAM濃度為20wt%的溶液，加入0. Hg的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調(diào)至8，得到預(yù)混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預(yù)混液中加入37.3g的MgAlON粉體，按球料質(zhì)量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量為50vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空5min至I.2X IO4Pa,加入0. 09g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 09g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空Imin至I. 2X IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于50°C聚合反應(yīng)2h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥10h，然后置于空氣中室溫下干燥48h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內(nèi)以1°C /min升溫至400°C并保溫Ih，然后以2V /min升溫至550°C并保溫Ih(エ藝制度見(jiàn)圖5)，隨爐冷卻后得到MgAlON素坯。通過(guò)步驟2)后獲得固相含量為50vol%、25°C下表觀粘度為381. 92mPa s的高流動(dòng)性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問(wèn)題，進(jìn)一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好(見(jiàn)圖4中右圖)、顯微結(jié)構(gòu)均勻(見(jiàn)圖3)、收縮變形小，素坯三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度達(dá)11. 5MPa。實(shí)施例6
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預(yù)混液將I.36g的MAM和0. 14g的MBAM溶解于IOml去離子水中，配成MAM濃度為12wt%的溶液，0. 17g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調(diào)至9，得到預(yù)混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預(yù)混液中加入37.3g的MgAlON粉體，按球料質(zhì)量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量為50vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空IOmin至I.I X IO4Pa,加入0. 09g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 09g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空Imin至
I.I X IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于50°C聚合反應(yīng)2h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥10h，然后置于空氣中室溫下干燥48h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內(nèi)以1°C /min升溫至400°C并保溫Ih，然后以2V /min升溫至550°C并保溫I. 5h，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過(guò)步驟2)后獲得固相含量為50vol%、25°C下表觀粘度為738. 94mPa s的高流動(dòng)性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問(wèn)題，進(jìn)一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結(jié)構(gòu)均勻、收縮變形小。實(shí)施例I
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預(yù)混液將0.87g的MAM和0. 09g的MBAM溶解于IOml去離子水中，配成濃度 為8wt%的溶液，0. 17g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調(diào)至11，得到預(yù)混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預(yù)混液中加入37.3g的MgAlON粉體，按球料質(zhì)量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量為50vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空IOmin至I.I X IO4Pa,加入0. 09g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 09g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空5min至
I.OX IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于50°C聚合反應(yīng)4h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥8h，然后置于空氣中室溫下干燥48h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內(nèi)以1°C /min升溫至400°C并保溫lh，然后以2V /min升溫至550°C并保溫2h，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過(guò)步驟2)后獲得固相含量為50vol%、25°C下表觀粘度為328. 93mPa s的高流動(dòng)性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問(wèn)題，進(jìn)一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結(jié)構(gòu)均勻、收縮變形小。實(shí)施例8
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預(yù)混液將I.91g的MAM和0. 19g的MBAM溶解于IOml去離子水中，配成MAM濃度為16wt%的預(yù)混液，0. 2g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調(diào)至10，得到預(yù)混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預(yù)混液中加入36.4gMgA10N粉，按球料質(zhì)量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨4h后，得到固相含量為48vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空IOmin至I.I X IO4Pa,加入0. 36g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 36g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空8min至0.9X104Pa，去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于60°C聚合反應(yīng)lh，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥8h，然后置于空氣中室溫下干燥36h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內(nèi)以1°C /min升溫至400°C并保溫I. 5h，然后以2°C /min升溫至550°C并保溫Ih，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過(guò)步驟2)后獲得固相含量為48vol%、25°C下表觀粘度為141. 68mPa s的高流動(dòng)性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問(wèn)題，進(jìn)一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結(jié)構(gòu)均勻、收縮變形小。實(shí)施例9
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預(yù)混液將3.81g的MAM和0. 38g的MBAM溶解于20ml去離子水中，配成MAM濃 度為16wt%的溶液，0. 4g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調(diào)至10，得到預(yù)混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預(yù)混液中加入72.8gMgA10N粉，按球料質(zhì)量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨4h后，得到固相含量為48vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空IOmin至I.I X IO4Pa,加入0. 73g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 73g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空IOmin至
0.8X104Pa，去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于60°C聚合反應(yīng)lh，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥10h，然后置于空氣中室溫下干燥36h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內(nèi)以1°C /min升溫至400°C并保溫2h，然后以2°C /min升溫至550°C并保溫lh，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過(guò)步驟2)后獲得固相含量為48vol%、25°C下表觀粘度為291. 94mPa s的高流動(dòng)性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問(wèn)題，進(jìn)一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結(jié)構(gòu)均勻、收縮變形小。本發(fā)明所列舉的各原料，以及本發(fā)明各原料的上下限、區(qū)間取值，以及エ藝參數(shù)(如溫度、時(shí)間等)的上下限、區(qū)間取值都能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于它包括如下步驟 1)配制預(yù)混液按照有機(jī)単體與交聯(lián)劑的質(zhì)量比為(5 20): I稱取有機(jī)単體與交聯(lián)齊U，加入去離子水，配制成單體濃度為8 20wt%的溶液，在溶液中加入分散劑，分散劑的加入量為待成型MgAlON粉體質(zhì)量的0. 4 0. 6wt%，攪拌均勻后，用濃氨水將溶液pH值調(diào)節(jié)為8 11，得到預(yù)混液； 2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預(yù)混液和MgAlON粉體混合后球磨2 8h后，得到固相含量為48 54vol%的陶瓷漿料； 3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料放入真空干燥箱中真空除氣，攪拌均勻后，分別加入引發(fā)劑和催化劑，引發(fā)劑與催化劑的加入相等，且質(zhì)量均為MgAlON陶瓷粉體質(zhì)量的0. 25 lwt% ;再抽真空除氣，然后注入模具中，在30 60°C下發(fā)生聚合反應(yīng)I 5h促使?jié){料凝膠，然后脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體； 4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體干燥、高溫脫脂、自然冷卻后，得到MgAlON陶瓷素還。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述MgAlON粉體是由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76. 45 88. 77wt%的a-氧化鋁、3. 79 18. 53wt%的氮化鋁以及4 10wt%氧化鎂固相反應(yīng)合成，粉體為單ー MgAlON相、平均粒徑小于600nm、純度不低于98 wt %。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在干，所述有機(jī)單體為甲基丙烯酰胺，交聯(lián)劑為N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，分散劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42. 8被％聚丙烯酸銨水溶液，引發(fā)劑為10wt%的過(guò)硫酸銨水溶液，催化劑為四甲基こニ胺。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步驟2)中，每IOOml預(yù)混液中加入MgAlON陶瓷粉體的質(zhì)量為364 391g，混合并球磨后所得陶瓷漿料的粘度小于SOOmPa S。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步驟3)中第一次真空除氣的時(shí)間為5 20min，真空度為0. 8 I. 2X IO4Pa ’第二次真空除氣的時(shí)間為I lOmin，真空度為0.8 1.2X104Pa。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步驟4)的干燥分為三步，第一歩在化學(xué)純的聚こニ醇PEG200溶液中室溫下干燥8 12h ;第二步在空氣中室溫下干燥24 48h ;第三步在恒溫干燥箱中于110°C空氣中干燥12 24h。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述的聚こニ醇PEG200溶液用量為坯體體積的5 10倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步驟4)中所述的高溫脫脂是將干燥后的坯體在空氣中以1°C /min速率升溫至400°C并保溫I 2h，再以I 2°C /min速率升溫至500 600で并保溫I 2h，然后隨爐冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟1)配制預(yù)混液；2)配制陶瓷漿料；3)注模成型；4)坯體干燥脫脂；最后得到MgAlON陶瓷素坯。本發(fā)明制備得到的MgAlON素坯表面光潔、形狀完好、顯微結(jié)構(gòu)均勻，干坯彎曲強(qiáng)度大于10MPa，樣品的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能優(yōu)于干壓及其它傳統(tǒng)陶瓷成型方法制備的陶瓷素坯。
文檔編號(hào)C04B35/58GK102825649SQ20121024888
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月18日
發(fā)明者王皓, 徐慧琴, 王為民, 傅正義 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)