一种直接凝固注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用直接凝固注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，属于透明陶瓷材料制备领域。
【背景技术】
[0002]透明陶瓷不仅具有陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高绝缘、高强度等性能，还具有优异的光学特性，因此可被广泛应用于照明、光学、透明装甲、太阳能、红外探测器等领域。其中非氧化物氧氮化铝系(A10N、MgAlON, LiAlON等)透明陶瓷具有各向同性的光学性能、高的透光率，因此越来越引起人们的兴趣和重视。
[0003]由于良好光学透过性要求透明陶瓷材料需具备晶界上没有杂质以及第二相存在、相对致密度极高等要求。因此应保证透明陶瓷制备过程中没有杂质存在、成型的坯体结构均匀致密。陶瓷部件的复杂形状也对成型技术提出了要求。目前，在众多的成型方法中既能制备出复杂形状陶瓷部件又比较适用于成型透明陶瓷坯体的方法有直接凝固注模成型。
[0004]直接凝固注模成型(Direct Coagulat1n Casting，DCC)是把生物酶化学、胶体化学及陶瓷工艺学融为一体的一种净尺寸陶瓷成型技术。该技术主要采用生物酶催化陶瓷浆料中相应的反应物发生化学反应，从而改变浆料pH值至等电点或压缩陶瓷颗粒表面双电层，使浆料中固体颗粒间斥力消除，颗粒在范德华引力作用下团聚(司文捷，苗赫濯，黄勇.“陶瓷直接凝固注模(DCC)成型”，现代技术陶瓷，1995，40-44)。目前人们已采用传统的酶催化底物反应的直接凝固注模成型制备出了膝关节、转子等复杂形状的陶瓷部件。但是这种直接凝固注模成型的方法对适用陶瓷粉末的范围具有局限性，对于等电点pH=9左右的氧化铝陶瓷比较适用，而不适用于等电点较低的陶瓷粉末。因为通过浆料的内部反应不易把PH值从碱性降低至等电点。为此，一些改进的直接凝固注模成型得到了发展，包括高价反离子直接凝固注模成型、以MgO作为凝固剂的直接凝固注模成型等(K.Prabhakaran, A.Melkei, N.M.Gokhale et al.“Direct coagulat1n casting of YSZpowder suspens1ns using MgOas coagulating agent，，，Ceramics Internat1nal，35，2009，1487-1492 )。
[0005]高价反离子直接凝固注模成型的原理是通过控制陶瓷浆料中高价反离子的释放，增加浆料中反离子强度，压缩颗粒表面双电层来达到陶瓷浆料固化的效果。高价反离子直接凝固注模成型过程中使用凝固剂含量极少，因此凝固剂的引入不会影响透明陶瓷的组成及光学性能。而且高价反离子直接凝固注模成型所制备的坯体有机物含量低，可直接烧结而无需脱脂。与凝固注模成型相比，高价反离子直接凝固注模成型所加入的凝固剂无毒害，有利于环境保护。与传统直接凝固注模成型相比，由高价反离子直接凝固注模成型所得还体的强度较高(Jie Xu, Yanan Qu, Xiaoqing Xi et al.“Properties of aluminacoagulated Bodies prepared by direct coagulat1n casting via high valencecounter 1ns (DCC-HVCI)Journal of the American Ceramics Society，95 (11 )，2012，3415-3420)，有利于坯体无变形脱模。基于高价反离子直接凝固注模成型的这些特点以及透明陶瓷的制备要求，高价反离子直接凝固注模成型适于制备大尺寸复杂形状的透明陶瓷部件。
[0006]Jie Xu 等人(Jie Xu, Ning Wen，Fei Qi et al.“Direct Coagulat1n Castingof Positively Charged Alumina Suspens1n by Controlled Release of High ValenceCounter 1ns from Calcium Phosphate，，，Journal of the American Ceramics Society,95 (7),2012,2155-2160)在氧化铝体系中以Ca3(PO4)2难溶性钙盐作为凝固剂，通过Ca3(PO4)2与HCl的化学反应释放难溶性钙盐中的钙离子来增加陶瓷浆料中高价反离子的浓度，以达到直接凝固注模成型的效果。随后，Jie Xu等人(Jie Xu,Ning Wen,Hexin Li etal.“Direct Coagulat1n Casting of Alumina Suspens1n by High Valence Counter1ns Using as Coagulating Agent，，，Journal of the American Ceramics Society,95 (8)，2012，2525-2530)在氧化铝体系中以Ca(13)2.6H20微溶性钙盐作为凝固剂，通过升高温度控制微溶性钙盐中钙离子的释放来增加陶瓷浆料中高价反离子的浓度，以达到直接凝固注模成型的效果。Jinlong Yang等人(Jinlong Yang，Jie Xu，Ning Wen etal.“Direct Coagulat1n Casting of Alumina Suspens1n via Controlled Releaseof High Valence Counter1ns from Thermo-sensitive Liposomes，，，Journal of theAmerican Ceramics Society，96 (I )，2013，62-67)在氧化销体系中以可溶性1?盐作为凝固剂，将可溶性钙盐包裹在热敏脂质体中，调节温度至热敏脂质体的相转变温度使可溶性钙盐从热敏脂质体中释放，以达到直接凝固注模的效果。
[0007]高价反离子直接凝固注模成型虽然可以满足制备复杂形状透明陶瓷部件的要求，但其仍存在不足。尽管与传统直接凝固注模成型相比，高价反离子直接凝固注模成型所制备的坯体强度较高，但是与凝胶注模成型所制备坯体的强度相比，还相差甚远。因此在高价反离子直接凝固注模成型过程中加入合适的添加剂以增强坯体的强度具有重要意义。
[0008]目前，高价反离子直接凝固注模成型方法已经成功应用于氧化铝陶瓷坯体的制备，而在MgAlON透明陶瓷中未见报道。
【发明内容】
[0009]本发明的主要目的是提供一种直接凝固注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，该方法简单，条件易控，制备得到的MgAlON透明陶瓷素坯形状完好、显微结构均匀，烧结得到的MgAlON透明陶瓷样品光学透过性好。
[0010]为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下:
一种直接凝固注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步骤:
1)配制MgAlON陶瓷浆料:在待成型MgAlON粉体中加入pH预调节为8_11的分散剂的水溶液，混合并搅拌，所述分散剂的水溶液中分散剂的加入量是待成型MgAlON粉体质量的
0.1?0.5wt%，得到MgAlON陶瓷浆料；
2)加入添加剂:将步骤I)中所得的MgAlON陶瓷浆料在冰浴条件下(0~5°C)加入凝固剂，搅拌，使其在MgAlON陶瓷浆料中均匀分散；
3)除泡:对步骤2)所得的陶瓷浆料在冰浴条件下进行真空除泡；
4)注模固化:将步骤3)所得的陶瓷浆料注入模具中，固化脱模得到MgAlON陶瓷坯体；
5)坯体干燥:将步骤4)得到的MgAlON陶瓷坯体干燥后对其进行冷等静压处理，得到MgAlON透明陶瓷素坯。
[0011]按上述方案，所述步骤I)中pH值为8?11的分散剂水溶液是在分散剂的水溶液中加入浓氨水调节得到的。
[0012]按上述方案，所述步骤I)的搅拌时间为3?12h。
[0013]按上述方案，所述步骤I)中MgAlON陶瓷浆料中MgAlON的固相量不低于50vol%。
[0014]按上述方案，所述步骤2)中凝固剂在MgAlON陶瓷浆料中的终浓度为1.5?6g/Lo加入凝固剂后得到的浆料的粘度范围为450~1800mPa.s，该浆料粘度能较好满足成型要求。
[0015]按上述方案，所述步骤2)包括在MgAlON陶瓷浆料中加入聚丙烯酸铵熔液，聚丙烯酸钱的加入量不超过待成型MgAlON粉体质量的0.lwt%。
[0016]按上