一种制备均匀致密陶瓷素坯的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到多种硼化物、氧化物、氮化物以及碳化物陶瓷材料的离心凝胶注模成型。
【背景技术】
[0002]陶瓷材料因其具有高熔点、高强度且耐高温等优异的性能，广泛应用在结构材料和功能材料中。但由于陶瓷材料烧结较为困难，一定程度上限制了陶瓷材料的应用领域，故制备出致密度较高、高强度且微结构均匀的陶瓷素坯，进而改善陶瓷材料的烧结性能是国内外学者研究的热点。
[0003]目前关于陶瓷材料的制备方法主要包括:注射成型、离心浇注成型以及凝胶注模成型等。注射成型制备工艺通过加入一定量的聚合物及添加剂组元，赋予金属粉末、陶瓷粉末跟聚合物相似的流动性。该方法制备的陶瓷素坯机加工量少且表面光滑，但其陶瓷坯体易产生开裂、起皮、分层和变形等现象，且脱脂时间长，难以制备出结构完整且均匀致密的陶瓷素坯；离心浇注成型是一种在注浆成型的基础上发展起来的胶态成型方法，该成型工艺是将制备好的一定体积分数的悬浮液在较高的离心转速下发生沉聚沉降的一种近净尺寸的成型工艺。该方法制备的生坯干燥收缩率小、不易变形开裂且容易脱模，但是所制备的陶瓷素坯易产生分层现象，很难制备出微结构均匀的陶瓷材料。凝胶注模成型是在催化剂或引发剂的作用下，将低粘度、高固相体积分数的浓悬浮体中的单体和交联剂在一定温度下交联聚合成三维网状结构，从而使浓悬浮体原位固化成型。该方法制备的生坯强度高、成本低且能实现近净成形，但是制备的坯体存在较多孔洞，难以获得均匀致密陶瓷素坯。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有的制备成型技术难以获得均匀致密的陶瓷素坯。本发明采用离心凝胶注模工艺制备出致密度较高、微结构均匀且强度较高的陶瓷素坯。
[0005]本发明的一种制备均匀致密陶瓷素坯的方法，它是按照以下步骤进行的:
[0006]—、制备均匀混合液:先将有机单体和交联剂溶解于去离子水中，调节pH值后并进行超声处理，获得均匀混合液；
[0007]所述的有机单体含量占去尚子水质量的I?5% ；
[0008]所述的有机单体与交联剂的质量比为(8?15):1 ；
[0009]所述的pH值调节至5?12 ;
[0010]二、制备陶瓷浆料:将陶瓷粉体、分散剂加入到步骤一得到的均匀混合液中，搅拌均匀并在球磨转速为220?300r/min条件下球磨16?24h，获得均匀陶瓷浆料；
[0011]所述的陶瓷浆料的固含量为30?55% ；
[0012]所述的分散剂含量占陶瓷粉体质量的0.1?0.6% ；
[0013]三、制备离心固化坯体:向步骤二所获得陶瓷浆料中加入引发剂并搅拌均匀，注入聚四氟乙稀模具中，然后在离心转速为5000?10000r/min条件下离心10?40min，再将离心过后的坯体放入温度为60?80°C条件下交联固化30?60min，进而获得离心固化坯体；
[0014]所述的引发剂的含量占有机单体质量的I?4% ;
[0015]四、制备陶瓷素坯:将步骤三中交联固化后的陶瓷坯体进行脱模处理，再在温度为20?25°C条件下干燥10?20d，获得均匀致密的陶瓷素坯。
[0016]本发明包含以下有益效果:
[0017]本发明将传统的凝胶注模和离心注浆工艺结合，进而采用离心凝胶注模的方法制备均匀致密的陶瓷素坯。
[0018]本发明基于现有方法的优缺点，将离心注模成型和凝胶注模成型方法结合形成一种新型的陶瓷成型方法一离心凝胶注模成型。离心凝胶注模成型利用单体和交联剂等有机物在引发剂的作用下交联聚合成三维网状结构以包袱陶瓷粉体获得高强度的素坯，同时在离心力的作用下使得陶瓷颗粒堆垛致密且微结构均匀，进而获得均匀致密的陶瓷素坯。
[0019]本发明的创新点在于将传统的离心注模工艺和凝胶注模工艺进行有机结合制备均匀致密的陶瓷素坯。采用离心工艺施加到颗粒之间的相互作用力，使颗粒堆垛致密且去除浆料中的气泡，进而制备出致密度高，微结构均匀，无裂纹且内部无缺陷的陶瓷素坯，该方法制备工艺简单、材料利用高，且高强度的陶瓷素坯有利于机加工，适合产量化生产。
【附图说明】
[0020]图1为本发明的制备工艺流程图；
[0021]图2为实验制备的陶瓷素坯宏观图；
[0022]图3为实验制备的陶瓷素坯扫描图。
【具体实施方式】
[0023]【具体实施方式】一:本实施方式的一种制备均匀致密陶瓷素坯的方法，它是按照以下步骤进行的:
[0024]—、制备均匀混合液:先将有机单体和交联剂溶解于去离子水中，调节pH值后并进行超声处理，获得均匀混合液；
[0025]所述的有机单体含量占去尚子水质量的I?5% ;
[0026]所述的有机单体与交联剂的质量比为(8?15):1 ；
[0027]所述的pH值调节至5?12 ;
[0028]二、制备陶瓷浆料:将陶瓷粉体、分散剂加入到步骤一得到的均匀混合液中，搅拌均匀并在球磨转速为220?300r/min条件下球磨16?24h，获得均匀陶瓷浆料；
[0029]所述的陶瓷浆料的固含量为30?55% ；
[0030]所述的分散剂含量占陶瓷粉体质量的0.1?0.6% ；
[0031]三、制备离心固化坯体:向步骤二所获得陶瓷浆料中加入引发剂并搅拌均匀，注入聚四氟乙稀模具中，然后在离心转速为5000?10000r/min条件下离心10?40min，再将离心过后的坯体放入温度为60?80°C条件下交联固化30?60min，进而获得离心固化坯体；
[0032]所述的引发剂的含量占有机单体质量的I?4% ;
[0033]四、制备陶瓷素坯:将步骤三中交联固化后的陶瓷坯体进行脱模处理，再在温度为20?25°C条件下干燥10?20d，获得均匀致密的陶瓷素坯。
[0034]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一所述的单体为丙烯酰胺、三亚甲基碳酸酯、N，N-二甲基乙酰基乙酰胺、聚氧乙烯醚或甲基丙烯酸聚乙二醇酯。其它与【具体实施方式】一相同。
[0035]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一所述的交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺、二异氰酸酯或聚丙烯酸酯。其它与【具体实施方式】一相同。
[0036]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中所述的PH值采用盐酸或氨水调节的。其它与【具体实施方式】一相同。
[0037]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一中所述的超声时间为5?20min。其它与【具体实施方式】一相同。
[0038]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二所述的陶瓷粉体平均粒径分布为0.5?5 μπι。其它与【具体实施方式】一相同。
[0039]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二中所述的球磨珠材质为氧化锆或玛瑙。其它与【具体实施方式】一相同。
[0040]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二所述的陶瓷粉体为硼化锆/氮化硅、氧化铝/氧化锆、氧化锆/氧化钛或硼化铪/碳化硅；其中硼化锆与氮化娃的体积比例为(3?9):1 ;氧化铝与氧化错的体积比例为(3?9):1 ;氧化错与氧化钛的体积比例为(3?9):1 ;硼化铪/碳化硅的体积比例为(3?9):1。其它与【具体实施方式】一相同。
[0041]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤二所述的分散剂为聚甲基丙烯酸铵、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸、聚乙二醇或聚乙烯亚胺。其它与【具体实施方式】一相同。
[0042]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤三所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵和偶氮二异丁腈中的一种稀释水溶液。其它与【具体实施方式】一相同。
[0043]【具体实施方式】十一:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤三所述的引发剂稀释水溶液的浓度为0.01?0.lg/mL。其它与【具体实施方式】一相同。
[0044]本
【发明内容】
不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个【具体实施方式】的组合同样也可以实现发明的目的。
[0045]通过下述实验来验证本发明的效果:
[0046]实验一:
[0047]本实验的一种制备均匀致密陶瓷素坯的方法，是按照以下步骤进行的:
[0048]一、制备均匀混合液
[0049]将0.48g的丙烯酰胺单体和0.048g的N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺联剂溶解于12mL的去离子水中，采用盐酸来调节混合溶液PH至6，并搅拌均匀，超声处理1min进而获得均匀混合液；
[0050]二、制备陶瓷浆料:
[0051]称取平均粒径为2 μπι的ZrB2粉体48.7g加入到步骤一所配置的均匀混合液中，并加入0.292g的聚乙二醇分散剂，加入氧化锆的球磨珠后搅拌均匀并在220r/min的转速下球磨20h，获得低粘度且粉体均匀分散的2池2陶瓷浆料；
[0052]三、制备离心固化坯体:
[0053]将步骤二所获得2池2陶瓷浆料中加入0.014g的过硫酸