专利名称：：一种金属陶瓷材料注射成型用粘结剂及其制备方法
技术领域：
：本发明是关于一种金属陶瓷材料注射成型用粘结剂及其制备方法。
背景技术：
：碳氮化钛基金属陶瓷材料具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、化学稳定性和较低的金属摩擦系数，而且还具有一定的韧性和强度，能很好的替代硬质合金材料制作刀具、量具、模具和耐磨部件等。碳氮化钛基金属陶瓷材料通常采用模压的方法来制备，通过模压的方法制备得到的碳氮化钛基金属陶瓷材料的硬度和抗弯曲强度都能够达到要求，但该方法的缺点是无法制备结构复杂的金属陶瓷材料，因而限制了该金属陶瓷材料的应用。为了制备结构复杂的碳氮化钛基金属陶瓷材料，目前常采用注射成型的方法制备该金属陶瓷材料，该方法能够制备出结构更为复杂的金属陶瓷材料，可应用于表壳、喷嘴和异型刀具等。在注射成型中，粘结剂是一种暂时存在的载体，它能够在注射成型时维持坯体的形状，之后去除粘结剂并烧结得到金属陶瓷材料，粘结剂性能的好坏直接影响到最终金属陶瓷材料的性能，例如，CN1814838A公开了一种金属陶瓷材料及其成型工艺，其中，所述粘结剂的组成包括20-30重量％的56#蜡、15-25重量％的微晶蜡、15-25重量％的棕榈蜡、8-12重量％的高密度聚乙烯、6-10重量％的聚丙烯、5-9重量％的乙烯-醋酸乙烯共聚物、5-9重量％的邻苯丙甲酸二丁酯和5-15重量％的硬脂酸。该方法中使用的粘结剂在脱除过程中，容易引起坯体的起泡、变形和开裂等缺陷，从而导致得到的金属陶瓷材料的硬度和抗弯曲强度差，从而限制了该金属陶瓷材料的应用。
发明内容本发明的第一个目的是为了克服现有金属陶瓷材料注射成型用粘结剂在脱去粘结剂时，由于引起坯体的起泡、变形和开裂等缺陷，从而导致得到的金属陶瓷材料的硬度和抗弯曲强度差的问题，提供一种能够使得到的金属陶瓷材料具有较高硬度和抗弯曲强度的金属陶瓷材料注射成型用粘结剂。本发明的第二个目的是为了提供一种金属陶瓷材料注射成型用粘结剂的制备方法。本发明提供了一种金属陶瓷材料注射成型用粘结剂，该粘结剂含有固体石蜡、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸，其中，该粘结剂还含有液体石蜡和邻苯二甲酸二异辛酯。本发明还提供了一种金属陶瓷材料注射成型用粘结剂的制备方法，其中，该方法包括将固体石蜡、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸、液体石蜡和邻苯二甲酸二异辛酯混合均匀，得到粘结剂。本发明通过在粘结剂中加入液体石蜡和邻苯二甲酸二异辛酯提高了注射成型的塑性，并且使得粘结剂更容易溶解，脱去粘结剂的效果更好，能够避免在脱脂过程中坯体的起泡、变形和开裂等缺陷，从而提高得到的金属陶瓷材料的硬度和抗弯曲强度。例如，使用实施例l-4得到粘结剂Al-A4制得的金属陶瓷材料制品D1-D4的硬度和抗弯曲强度均高于使用对比例1得到参比粘结剂CA1制得的参比金属陶瓷材料制品CD1，说明使用本发明提供的粘结剂能够大幅度的提高制得的金属陶瓷材料的硬度和抗弯曲强度。具体实施例方式本发明提供了一种金属陶瓷材料注射成型用粘结剂，该粘结剂含有固体石蜡、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸，其中，该粘结剂还含有液体石蜡和邻苯二甲酸二异辛酯。本发明所述的粘结剂中，固体石蜡、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸、液体石蜡和邻苯二甲酸二异辛酯的含量可以在很大范围内改变，优选情况下，以所述粘结剂的总重量为基准，固体石蜡的含量为50-70重量。％、高密度聚乙烯的含量为5-15重量％、乙烯-醋酸乙烯共聚物的含量为10-20重量Q/^、硬脂酸的含量为1-10重量％、液体石蜡的含量为1-10重量％和邻苯二甲酸二异辛酯的含量为1-10重量％;进一步优选为，以所述粘结剂的总重量为基准，固体石蜡的含量为60-70重量％、高密度聚乙烯的含量为5-10重量％、乙烯-醋酸乙烯共聚物的含量为15-20重量％、硬脂酸的含量为1-5重量％、液体石蜡的含量为2-8重量％和邻苯二甲酸二异辛酯的含量为2-8重量％。本发明中，所述液体石蜡可以通过商购得到，例如，广州新杰化工专业提供液体石蜡公司生产的液体石蜡300弁；所述邻苯二甲酸二异辛酯可以通过商购得到，例如，广州市广联津化工有限公司生产的邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)。根据本发明，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物是指由乙烯与醋酸乙烯聚合生成的聚合物，优选情况下，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的重均分子量为2000-20000，醋酸乙烯占乙烯-醋酸乙烯共聚物的10-25重量％;符合上述条件的乙烯-醋酸乙烯共聚物可以通过商购得到，例如，温州华特热熔胶有限公司产的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。本发明中，所述高密度聚乙烯是指由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃，优选情况下，所述高密度聚乙烯的密度为0.94-0.98克/立方厘米，符合上述条件的高密度聚乙烯(HDPE)可以通过商购得到，例如，兰州石化公司生产的HDPE5000S。本发明还提供了一种金属陶瓷材料注射成型用粘结剂的制备方法，其中，该方法包括将固体石蜡、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂6酸、液体石蜡和邻苯二甲酸二异辛酯混合均匀，得到粘结剂。本发明中，固体石蜡、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸、液体石蜡和邻苯二甲酸二异辛酯的用量可以在很大范围内改变，优选情况下，以得到的粘结剂的总重量为基准，固体石蜡的用量为50-70重量％、高密度聚乙烯的用量为5-15重量％、乙烯-醋酸乙烯共聚物的用量为10-20重量％、硬脂酸的用量为1-10重量％、液体石蜡的用量为1-10重量。％和邻苯二甲酸二异辛酯的用量为1-10重量％;进一步优选为，以得到的粘结剂的总重量为基准，固体石蜡的用量为60-70重量％、高密度聚乙烯的用量为5-10重量％、乙烯-醋酸乙烯共聚物的用量为15-20重量％、硬脂酸的用量为l-5重量Q/^、液体石蜡的用量为2_8重量％和邻苯二甲酸二异辛酯的用量为2-8重量Q^。根据本发明，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物是指由乙烯与醋酸乙烯聚合生成的聚合物，优选情况下，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的重均分子量为2000-20000，符合上述条件的乙烯-醋酸乙烯共聚物可以通过商购得到，例如，温州华特热熔胶有限公司产的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。本发明中，所述高密度聚乙烯是指由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃，优选情况下，所述高密度聚乙烯的密度为0.94-0.98克/立方厘米，符合上述条件的高密度聚乙烯(HDPE)可以通过商购得到，例如，兰州石化公司生产的HDPE5000S。本发明中，所述液体石蜡可以通过商购得到，例如，广州新杰化工专业提供液体石蜡公司生产的液体石蜡300#;所述邻苯二甲酸二异辛酯可以通过商购得到，例如，广州市广联津化工有限公司公司生产的邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)。根据本发明，所述混合的条件没有特别的限制，只要能够将固体石蜡、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸、液体石蜡和邻苯二甲酸二异辛酯混合均匀即可，优选情况下，所述混合的条件包括混合温度为130-160°C，混合时间为10-30小时；所述混合的设备可以为各种常规的混合设备，例如，启东市华立石化设备厂生产的单螺旋混合机。下面通过实施例更详细地对本发明进行说明。实施例1将70重量份的固体石蜡(河南金华蜡业有限公司，52#)、5重量份的高密度聚乙烯(兰州石化公司，HDPE5000S)、10重量份的乙烯-醋酸乙烯共聚物(温州华特热熔胶有限公司，EVA)、5重量份的硬脂酸、5重量份的液体石蜡(广州新杰化工，液体石蜡300#)和5重量份的邻苯二甲酸二异辛酯(广州市广联津化工有限公司，DIOP)放入单螺旋混合机(启东市华立石化设备厂)中混合，混合的温度为135°C，混合的时间为12小时，得到粘结剂A1。对比例1将20重量。/。的56#蜡、15重量％的微晶蜡、25重量％的棕榈蜡、10重量％的高密度聚乙烯(兰州石化公司，HDPE5000S)、5重量％的乙烯-醋酸乙烯共聚物(温州华特热熔胶有限公司，EVA)、10重量％的聚丙烯、5%的邻苯丙甲酸二丁酯和10重量％的硬脂酸放入单螺旋混合机(启东市华立石化设备厂)中混合，混合的温度为135°C，混合的时间为12小时，得到参比粘结剂CA1。实施例2将50重量份的固体石蜡(河南金华蜡业有限公司，52#)、10重量份的高密度聚乙烯(兰州石化公司，HDPE5000S)、15重量份的乙烯-醋酸乙烯共聚物(温州华特热熔胶有限公司，EVA)、10重量份的硬脂酸、5重量份的液体石蜡(广州新杰化工，液体石蜡300弁)和5重量份的邻苯二甲酸二异辛酯(广州市广联津化工有限公司，DIOP)放入单螺旋混合机(启东市华立石化设备厂)中混合，混合的温度为155°C，混合的时间为25小时，得到粘结剂A2。实施例3将60重量份的固体石蜡(河南金华蜡业有限公司，52#)、IO重量份的高密度聚乙烯(兰州石化公司，HDPE5000S)、12重量份的乙烯-醋酸乙烯共聚物(温州华特热熔胶有限公司，EVA)、2重量份的硬脂酸、8重量份的液体石蜡(广州新杰化工，液体石蜡300#)和8重量份的邻苯二甲酸二异辛酯(广州市广联津化工有限公司，DIOP)放入单螺旋混合机(启东市华立石化设备厂)中混合，混合的温度为155°C，混合的时间为20小时，得到粘结剂A3。将65重量份的固体石蜡(河南金华蜡业有限公司，52#)、5重量份的高密度聚乙烯(兰州石化公司，HDPE5000S)、15重量份的乙烯-醋酸乙烯共聚物(温州华特热熔胶有限公司，EVA)、l重量份的硬脂酸、6重量份的液体石蜡(广州新杰化工，液体石蜡300#)和8重量份的邻苯二甲酸二异辛酯(广州市广联津化工有限公司，DIOP)放入单螺旋混合机(启东市华立石化设备厂)中混合，混合的温度为140°C，混合的时间为22小时，得到粘结剂A4。9实施例5使用实施例1制备得到的粘结剂Al，按照以下方法进行注射成型，制得金属陶瓷材料制品D1。(1)将100重量份含有50重量％的碳化钛(TiC)、15重量％的氮化钛(TiN)、5重量％的碳化钩(WC)、15重量％的钼(Mo)和15重量。/^的镍(Ni)的金属陶瓷原料与10重量份的粘结剂Al放入高混机(张家港市轻工机械厂有限公司，SHR-100A)中混合，所述混合的温度为165°C，混合的时间为2小时，随后将混合后的含有金属陶瓷原料和粘结剂的混合物转入双螺杆挤出机(张家港市轻工机械厂有限公司，CET-35)中混合，混合的温度为165°C，混合的时间为1小时。(2)将在双螺杆挤出机中混合后的含有金属陶瓷原料和粘结剂的混合物，在粉碎机(深圳市立丰工业设备有限公司，ZF-Y75型)中破碎，破碎后的颗粒的平均粒子直径为5毫米。将破碎后的颗粒装入注射成型机(海天机械集团，HTF-80/TJ)中，注射到具有坯件结构的模具中，之后在注射成型条件下注射成型，所述注射成型的条件包括注射成型的温度为155°C，注射成型的压力为8MPa，注射成型的时间为3秒，得到壁厚为5mm的坯件。(3)将得到的坯件放入到正庚烷中进行溶剂脱脂，所述溶剂脱脂的条件包括脱脂温度为55°C，脱脂时间为8小时；之后将溶剂脱脂后的坯件放入到脱脂炉(湘潭市新大粉末冶金设备制造有限公司，卧式脱蜡炉)中，在氮气气氛下进行热脱脂，气体流量为10升/分钟；所述热脱脂的条件包括在400分钟内升温至40(TC，并保持该温度3小时；之后在100分钟内升温至500°C，并保持该温度3小时，得到脱脂后的坯件。(4)将脱脂后的坯件放入到真空炉(北京电炉厂，ZS30-13)中烧结，真空炉中的压力为10—2帕，在700分钟内升温至1450°C，烧结1小时，得到金属陶瓷材料制品D1。10实施例6-8通过与实施例5相同的方法分别制备金属陶瓷材料制品D2-D4，不同在于分别使用实施例2-4制得的粘结剂A2-A4替代实施例1制得的粘结剂Al。对比例2通过与实施例5相同的方法制备参比金属陶瓷材料制品CD1，不同在于使用对比例1制得的粘结剂CA1替代实施例1制得的粘结剂Al。实施例9-12将实施例5-8得到的金属陶瓷材料制品Dl-D4按照下列条件进行三点弯曲试验和硬度测试。1、三点弯曲实验按照GB/T3851-1983的方法将实施例5-8得到的金属陶瓷材料制品Dl-D4分别在万能材料实验机(美国英斯特朗公司，3367)上进行测试，跨距40毫米，加载速度为0.5毫米/分钟，结果如表l所示。2、硬度测试将实施例4-8得到的金属陶瓷材料制品Dl-D4分别在洛氏硬度测试机(北京时代科技股份有限公司，TH300)上进行HRA硬度测试，硬度测试的条件包括压头重量为200克，加载时间为10秒，每个样品取5个数值，最后取其算术平均值，测试结果如表1所示。对比例3根据实施例9-12所述的方法，将对比例2得到的参比金属陶瓷材料制品CD1分别进行三点弯曲试验和硬度测试，结果如表1所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>从上表1可以看出，使用实施例1-4得到粘结剂Al-A4制得的金属陶瓷材料制品Dl-D4的硬度和抗弯曲强度均高于使用对比例1得到参比粘结剂CA1制得的参比金属陶瓷材料制品CD1，说明使用本发明提供的粘结剂能够大幅度的提高制得的金属陶瓷材料的硬度和抗弯曲强度。权利要求1、一种金属陶瓷材料注射成型用粘结剂，该粘结剂含有固体石蜡、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸，其特征在于，该粘结剂还含有液体石蜡和邻苯二甲酸二异辛酯。2、根据权利要求1所述的粘结剂，其中，以所述粘结剂的总重量为基准，固体石蜡的含量为50-70重量％、高密度聚乙烯的含量为5-15重量％、乙烯-醋酸乙烯共聚物的含量为10-20重量％、硬脂酸的含量为1-10重量％、液体石蜡的含量为1-10重量％和邻苯二甲酸二异辛酯的含量为1-10重量％。3、根据权利要求2所述的粘结剂，其中，以所述粘结剂的总重量为基准，固体石蜡的含量为60-70重量％、高密度聚乙烯的含量为5-10重量％、乙烯-醋酸乙烯共聚物的含量为15-20重量％、硬脂酸的含量为1-5重量％、液体石蜡的含量为2-8重量％和邻苯二甲酸二异辛酯的含量为2-8重量％。4、根据权利要求1-3中任意一项所述的粘结剂，其中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的重均分子量为2000-20000，醋酸乙烯占乙烯-醋酸乙烯共聚物的10-25重量％;所述高密度聚乙烯的密度为0.94-0.98克/立方厘米。5、权利要求1所述粘结剂的制备方法，其特征在于，该方法包括将固体石蜡、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸、液体石蜡和邻苯二甲酸二异辛酯混合均匀，得到粘结剂。6、根据权利要求5所述的方法，其中，以得到的粘结剂的总重量为基准，固体石蜡的用量为50-70重量％、高密度聚乙烯的用量为5-15重量％、乙烯-醋酸乙烯共聚物的用量为10-20重量％、硬脂酸的用量为1-10重量。％、液体石蜡的用量为1-10重量％和邻苯二甲酸二异辛酯的用量为1-10重量％。7、根据权利要求5所述的方法，其中，以得到的粘结剂的总重量为基准，固体石蜡的用量为60-70重量％、高密度聚乙烯的用量为5-10重量％、乙烯-醋酸乙烯共聚物的用量为15-20重量％、硬脂酸的用量为1-5重量％、液体石蜡的用量为2-8重量％和邻苯二甲酸二异辛酯的用量为2-8重量％。8、根据权利要求5-7中任意一项所述的方法，其中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的重均分子量为2000-20000，所述高密度聚乙烯的密度为0.94-0.98克/立方厘米。9、根据权利要求5所述的方法，其中，所述混合的条件包括混合温度为130-160。C，混合时间为10-30小时。全文摘要本发明提供了一种金属陶瓷材料注射成型用粘结剂，该粘结剂含有固体石蜡、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和硬脂酸，其中，该粘结剂还含有液体石蜡和邻苯二甲酸二异辛酯。本发明还提供了一种金属陶瓷材料注射成型用粘结剂的制备方法。使用本发明提供的粘结剂能够大幅度的提高制得的金属陶瓷材料的硬度和抗弯曲强度。文档编号B22F3/22GK101423732SQ200710165470公开日2009年5月6日申请日期2007年10月29日优先权日2007年10月29日发明者向其军,剑舒,郭忠臣申请人:比亚迪股份有限公司