专利名称：纳米氧化铝胶体功能陶瓷涂料生产方法
技术领域：
陶瓷材料制备二.
背景技术：
本技术涉及陶瓷涂层和薄膜的一种新的制备方法，即用工业一水氧化铝为原料，制备环境型、高固体份的稳定氧化铝溶胶和功能陶瓷涂料方法。
陶瓷的制备工艺包括粉体制备、成型和烧结。在成型工艺中，有模压(干压)、挤压、滚压、流涎、注射、浇注、压注、冷等静压、热等静压等，在烧结工艺中，发展了如气氛压力烧结、热等静压、微波烧结、等离子烧结等技术。陶瓷坚硬性脆，致密化加工困难，设备要求高，成本需要降低。因此，陶瓷的湿法加工技术得到快速发展。
溶胶-凝胶法是陶瓷表面工程非常重要的技术，具有如下优点工艺过程温度低、制备的材料非常均匀，产物成分容易控制，用料少，便于产业化。
制备氧化铝溶胶的方法主要有铝醇盐水解法、无机铝盐合成法、铝酸钠溶液晶种分解法等，例如用100摩尔的水与1摩尔的铝醇盐，水解得到的胶体为透明的水溶胶，颗粒为板状勃姆石结构；铝盐与酸或碱反应；在加热条件下，用一种有机酸比如醋酸与金属铝粉反应；在微量硅酸根离子和硫酸根离子存在下，用盐酸溶液与金属铝反应，得到氢氧化铝胶体。用铝酸钠溶液与二氧化碳反应，加入非晶态的氢氧化铝，在酸性、碱性或混合物中，调节pH为11左右，加热到约90℃约5分钟，进一步加热到90-250℃，得到氧化铝胶体。
上述溶胶-凝胶法存在若干局限性。首先，铝醇盐水解法需要专门制备铝醇盐，有机醇盐的水解于缩聚形成凝胶，有机醇盐制备成本高，有环境危害性；采用铝粉合成及其它方法，需要凝胶，洗涤、脱除电解质、再胶溶，成本高、工艺复杂。其次，现有的溶胶-凝胶薄膜法在干燥时，由于溶剂大量蒸发，产生收缩，导致龟裂和大量微缺陷，因此不能制备厚膜。再次，陶瓷薄膜与基底的结合强度是氧化铝胶体薄膜技术的普遍问题。
与本申请技术相近的文献(1)作为分散剂的纳米颗粒薄铝石溶胶对氧化铝陶瓷密实化的影响(Ananthakumar-S；Raja-Vijay；Warrier-KGK，MaterialsLetters，2000，43(4)，p 174-179)，文中报导了用一水氧化铝(AlOOH)作为分散微米级氧化铝粉的方法。纳米颗粒溶胶分散的氧化铝悬浮浆料，通过加压成一定形状，认为在pH＝6.2时分散性好，固体含量达到80％(重量百分比)，但有部分絮凝。浆料含氧化铝为17.2％(按体积计)时，最大理论素坯密度为63％，最大线性收缩率小于3％，在1450℃时最大理论烧结密度为97％，平均晶粒约2微米。(2)控制活性含氢氧化物化学键合磷酸盐复合陶瓷合陶瓷涂层的制造(Troczynski，Tomasz；Yang，Quanzu，WO2001087798)，专利报导了用醇盐水解法制备陶瓷体材和涂层的方法，重点采用化学键合方法提高陶瓷与基底的结合力。
针对上述问题，本发明发展一种新的陶瓷涂料生产方法，解决溶胶-凝胶有机铝醇盐水解法成本高、厚膜龟裂和基底附着力差几个关键技术问题。
三.
发明内容
1.发明目的本发明涉及环境型、高固体份的稳定氧化铝溶胶和功能陶瓷涂料制备方法。采用工业一水氧化铝为原料，以降低陶瓷加工成本；不采用有机溶剂均匀分散陶瓷颗粒，对环境无危害；通过氧化物晶种化，实现涂膜低温致密化和与基底的强化学键合。
2.技术内容(1)工艺流程图1是本发明的工艺流程图。氧化铝原料，用酸调整酸度，形成无沉淀的氧化铝胶体。根据涂膜功能要求，加入晶种，均匀分散后制得稳定的晶种化氧化铝胶体，加入微米级的功能陶瓷填料，再均匀分散，得到稳定的具有流变性能的功能陶瓷涂料。
(2)氧化铝胶体的制备原料氧化铝，纯度96-99％，加水溶解固液比一水氧化铝/水(重量百分比)＝5-15∶95-85酸度控制为pH＝1-4。均匀化分散3-6小时(3)氧化铝胶体的晶种化晶种氧化铝、氧化锶、氧化镧中的一种或两种晶种纯度98-99％(百分重量)晶种大小平均粒径10-100纳米加入量按氧化铝胶体∶晶种＝100∶1-5(重量比)均匀化分散3-6小时(4)陶瓷涂料的制备陶瓷填料氧化铝、碳化硅或二硼化钛中的一种陶瓷纯度98-99％(百分重量)陶瓷平均粒径1-10微米加入量晶种化氧化铝胶体陶瓷填料重量比＝100∶20-50均匀化分散6-12小时。
3.与公知技术相比本发明具备的优点及积极效果(1)资源和低成本特色我国铝土矿资源丰富，水合氧化铝来源便利，克服用铝醇盐或铝无机盐制备氧化铝胶体的成本高、杂质脱除、工艺复杂等局限性。(2)环保特点用氧化铝胶体取代传统意义的有机溶剂或粘接剂，在涂料制备和后续涂层和薄膜施工过程中，无有害成分污染环境和危害人体；(3)晶种化工艺特点氧化铝胶体通过氧化铝合稀土氧化物晶种化处理，能解决厚膜龟裂和微缺陷、低温致密化、涂层自催化等传统陶瓷制备中的关键技术问题；(4)应用特点晶种化和陶瓷填料工艺可调、灵活，设备简单，能满足各种功能涂膜要求。
四.
本发明工艺流程如附图1。
五.
具体实施例方式在室温下，按一水氧化铝∶水＝15∶85的百分重量比，把一水氧化铝溶解于蒸馏水中，机械搅拌3-6小时，使其均匀化。用百分浓度为30％的磷酸溶液调整pH＝1-3，得到透明无沉淀的氧化铝胶体。按氧化铝胶体∶晶种＝100∶1-2(重量比)加入氧化铝晶种，晶种粒度为40-60纳米。机械搅拌3-4小时后，再加入4-6微米的陶瓷填料氧化铝颗粒，加入量为品种氧化铝胶体；氧化铝＝100∶20(百分重量)继续机械搅拌6-8小时后，得到稳定氧化铝溶胶分散的氧化铝陶瓷涂料，用于低温致密化氧化铝涂膜。
在室温下，按一水氧化铝∶水＝5∶95的百分重量比，把一水氧化铝溶解于蒸馏水中，机械搅拌3-5小时使其均匀化。用百分浓度为30％的磷酸溶液调整pH＝1-3，得到透明无沉淀的氧化铝胶体；按氧化铝胶体∶晶种＝100∶2-3(重量比)加入氧化铝晶种，晶种大小为70-100纳米，搅拌4-5小时后，再加入1-4微米的碳化硅颗粒，加入量为晶种氧化铝胶体∶碳化硅＝100∶30(百分重量)，球磨8-10小时后，得到具有触变性能的稳定氧化铝溶胶分散的碳化硅陶瓷涂料，用于耐磨、耐蚀碳化硅涂膜。
在室温下，按一水氧化铝∶水＝12∶88的百分重量比，把一水氧化铝溶解于蒸馏水中。机械搅拌4-6小时。用百分浓度为30％的硝酸溶液调整pH＝2-4，得到透明无沉淀的氧化铝胶体；加入10-30纳米的氧化锶和氧化镧，氧化锶和氧化镧的用量分别为氧化铝胶体∶晶种＝100∶4-5(重量比)，搅拌5-6小时后，再加入二硼化钛导电颗粒，用量为晶种化氧化铝胶体∶陶瓷填料重量比＝100∶50，平均粒径8-10微米。继续球磨10-12小时后，得到氧化铝溶胶分散的二硼化钛导电涂料，用于铝电解二硼化钛润湿性阴极和预焙碳阳极抗氧化导电型涂膜。
权利要求
1.一种纳米氧化铝胶体功能陶瓷涂料生产方法，其特征是(1)工艺流程将氧化铝原料用水溶解，调整pH值至1-4，形成氧化铝胶体，再加入晶种，经均匀化，制得晶种化的氧化铝胶体，在该胶体中加入陶瓷填料，再均匀化，得到陶瓷涂料，(2)氧化铝胶体的制备原料氧化铝，纯度96-99％固液比氧化铝/水(重量百分比)＝5-15∶95-85酸度控制调整酸度到pH＝1-4。均匀化分散3-6小时；(3)氧化铝胶体的晶种化晶种氧化铝、氧化锶、氧化镧中的一种或两种晶种纯度98-99％(百分重量)晶种粒度平均粒径10-100纳米加入量按氧化铝胶体晶种＝100∶1-5(重量比)均匀化分散3-6小时；(4)陶瓷涂料的制备陶瓷填料氧化铝、碳化硅或二硼化钛中的一种陶瓷纯度98-99％(百分重量)陶瓷平均粒径1-10微米加入量晶种化氧化铝胶体∶陶瓷填料重量比＝100∶20-50均匀化分散6-12小时。
2.根据权利要求1所述的陶瓷涂料生产方法，其特征是原料用工业一水氧化铝。
3.根据权利要求1所述的陶瓷涂料生产方法，其特征是原料溶液酸度用百分浓度为30％的磷酸或硝酸调整。
4.根据权利要求1所述的陶瓷涂料生产方法，其特征是氧化铝胶体制备和氧化铝胶体晶种化的均匀化方法为机械搅拌，陶瓷涂料的制备均匀化分散方式为机械搅拌或球磨。
全文摘要
本发明涉及一种纳米氧化铝胶体功能陶瓷涂料生产方法，将原料氧化铝用水溶解，调整pH至1～4，形成稳定氧化铝胶体，再加入氧化铝、氧化锶或氧化镧作为晶种，经均匀化分散制得晶种化的氧化铝胶体，在该胶体中加入陶瓷填料，再经分散均匀化，得到稳定的陶瓷涂料。该涂料的原料来源广、成本低，经晶化处理的氧化铝胶体能解决厚膜龟裂和微缺陷，低温致密化、涂层自催化等关键技术问题，在后续涂层和薄膜施工中无有害成份释放，能满足各自涂膜需要。可用于耐蚀、耐磨、导电、环境催化等的涂膜。
文档编号C09D1/00GK1454943SQ0311787
公开日2003年11月12日 申请日期2003年5月13日 优先权日2003年5月13日
发明者王达健 申请人:昆明理工大学