专利名称：一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法
技术领域：
一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，涉及一种陶瓷材料制备，特别含氧化铝的陶瓷制备过程中的成型方法。
背景技术：
现代精密陶瓷材料由于其特有的力学、电磁学等方面的优异的性能成为目前越来越重要的一种新型无机非金属材料，广泛应用在电子、机械制造、新能源、生物工程、航空航天等领域。因此，各国投入大量人力、财力、物力在这一领域，先后相继开发出干压、冷等静压、注浆、轧膜、流延、热压铸以及注射、压滤等成型技术应用到实际生产中。特别是美国橡树岭国家实验室的M.A.Janney教授发明的一种水基凝胶注模成型工艺，与上述的成型工艺相比有很大的优越性，受到广泛关注，并逐步应用到陶瓷材料的生产和研究中。
水基凝胶注模成型工艺的核心是配置高固相体积含量且有较好流动性的水料浆。料浆中含有一定量的有机单体和交联剂，在料浆中加入引发剂，然后注入模中，在加热或催化剂作用下，有机单体胶联聚合，使陶瓷粉料原位固化成型，脱模干燥后即的所需形状的坯体。
在已有的关于凝胶注模成型工艺研究中，专利CN1370758A采用水溶性亚硫酸盐和过硫酸盐组成的氧化还原体系作引发剂，以N，N-亚甲基双丙稀酰胺、二烯炳基酒石酸二酰胺等为交联剂，引发有机单体丙稀酰胺、丙稀酸、甲基丙稀酰胺等胶联；专利CN1456535采用凝胶注成型制备多孔陶瓷，其采用的单体为丙稀酰胺、甲基丙稀酰胺等，交联剂为亚甲基双丙稀酰胺，引发剂为硫酸铵，催化剂为N，N，N，N-四甲基乙二胺；专利CN1448365A提供了一种凝胶注成型制备陶瓷钢套内衬的方法，工艺步骤为以丙稀酰胺为单体，亚甲基双丙稀酰胺为交联剂，引发剂为过硫酸铵，丙稀酸型阴离子分散剂，所成型坯体二次烧结成产品；CN1215711涉及一种精密陶瓷部件的无毒性凝胶注成型工艺，其特征在以聚丙稀酸、聚甲基丙稀酸铵、柠檬酸铵、四甲基氢氧化铵中的一种作分散剂，凝固反应催化剂为碘酸钙、磷酸氢钙、碳酸钙十己二酸中的任何一种，以海藻酸钠为凝胶物质，成型制备陶瓷部件。专利CN1748914采用价廉、无毒性的水溶性高分子聚合物烷基纤维素醚如甲基纤维素及其羟烷基改性衍生物羟乙基甲基纤维素HEMC、羟丙基甲基纤维素HPMC水溶液的热凝胶性质来实现凝胶注模成型。
在上述已有技术中，应用的有机单体均有不同程度的毒性，对人体和环境不友好；在成型过程中添加的3wt％～8wt％的有机物，最后在烧结过程中全部挥发掉；由于添加的物种较多，使得工艺过程复杂且难以控制；其中用到的部分有机物价格较高，在大规模生产中无疑会提高成本。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种对人体和环境友好、工艺过程简单且易于控制、大规模生产中成本低的水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，其特征在于是采用可与水逐渐反应而凝固硬化的无机物质水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥作为陶瓷料浆原位固化的固化剂。
本发明的一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，其特征在于其成型过程的步骤如下(1)采用机械搅拌法制备料浆；首先配制均匀含有缓凝剂和分散剂的水溶液，然后加入水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥，搅拌均匀；再加入陶瓷干粉搅拌均匀，制得料浆；其水溶液中的水量为料浆总质量的15％-25％；(2)将制得的料浆注入模具中，然后在室温下养护12～36小时，脱模后在110℃烘干24小时。
本发明的一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，其特征在于水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥等的总加入量为陶瓷原料干粉重量的1％～15％，其中水硬性氧化铝的添加量为陶瓷原料干粉重量的0％～15％，相对应的铝酸钙水泥的添加量陶瓷原料干粉重量的15～0％。
本发明的一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，其特征在于添加的缓凝剂为草酸、硝酸、盐酸、硼酸、酒石酸、柠檬酸、柠檬酸钠等的一种或几种，添加量为水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥总加入量的0.01～0.8％；添加的分散剂为三聚磷酸钠STPP、六偏磷酸钠HMP、聚丙稀酸、聚丙稀酸铵、聚羧酸盐类、丙稀酸-丙稀酸酯-磷酸-磺酸盐四元共聚物的一种，添加量为陶瓷原料干粉重量的0.01％～0.8％。
本发明的一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，其特征在于是将水硬性氧化铝和铝酸钙水泥粉状均匀加入陶瓷干粉中；或以加入水溶液中预配成浆液加入陶瓷干粉中，或者先将陶瓷干粉、分散剂、水和缓凝剂湿磨成料浆，然后将水硬性氧化铝和铝酸钙水泥等加入料浆中。
本发明的一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，其特征在于对配置的料浆采用以下方法之一进行除气泡处理，(1)抽真空；(2)机械振动；(3)加除泡剂。
本发明的方法，利用廉价的水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥等与水发生水化反应而胶凝固化的特点，以水基料浆的凝胶方法，在常温下以简单的工艺实现陶瓷料浆的均匀凝胶。与现有的凝胶注模成型工艺相比，具有以下优点首先，本发明加入的水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥本身最终可成为陶瓷的组成部分；其次，工艺路线短，操作简便，胶凝时不需加热，减少能量消耗和设备投资；第三，添加物无毒无害，对人体和环境友好。
本发明的思路是利用水硬性氧化铝和铝酸钙水泥可与水进行水化反应而凝固硬化的原理，而氧化铝和氧化钙本身可作为陶瓷的组成部分。水硬性氧化铝与水反应先生成铝溶胶，然后逐渐老化生成凝胶，从而达到固化的目的；纯铝酸钙水泥是以CA2矿相为主，兼含CA、C12A7矿相，与水发生水化反应，产生具有结合作用的铝胶和析出晶体，随着反应的进一步加深铝胶向凝胶转化，坯体开始固化，具有一定强度。
具体实施例方式
一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，包括以下步骤(1)配置分散剂、缓凝剂水溶液。根据配比所需，将缓凝剂和分散剂加入水中，搅拌均匀、溶解；添加的缓凝剂为草酸、硝酸、盐酸、硼酸、酒石酸、柠檬酸、柠檬酸钠等的一种或几种，添加量为水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥等的总加入量的0.01％～0.8％；添加的分散剂为三聚磷酸钠(STPP)、六偏磷酸钠(HMP)、聚丙稀酸、聚丙稀酸铵、聚羧酸盐、聚丙稀-聚丙稀酸-聚磺酸-聚磺酸盐四元共聚物等的一种，添加量为陶瓷原料干粉总量0.01～0.6％，所需用水量为料浆总质量的5％-25％；(2)将水硬性氧化铝和、或纯铝酸钙水泥加入水溶液中，或者将已均匀混入水硬性氧化铝和、或纯铝酸钙水泥的陶瓷干粉加入水溶液中，机械搅拌5～10分钟。
(3)将料浆注入模具，常温下保养12-36小时，也可在40～60℃下保养，时间可缩短至12-18小时，脱模，然后在110℃烘干。
下面是本发明的实施例，但不作为对权利要求书内容的限制。
实施例1用水硬性氧化铝作胶凝剂制备氧化铝料浆以1000克市售氧化铝陶瓷干料为原料，粒径为2.5微米，水硬性氧化铝微粉50克，粒度为5微米，ρ相含量55％；缓凝剂柠檬酸钠0.025克；分散剂聚丙稀酸铵3ml。将分散剂和缓凝剂加到250ml水中，溶解完毕，再将水硬性氧化铝微粉50克加入，迅速搅拌后再将氧化铝陶瓷干料加进来，充分搅拌3～5分钟，然后将料浆注入金属模具中，在室温下静置养护36小时，脱模，在110℃烘干，即得所需得陶瓷坯体。
实施例2用纯铝酸钙水泥作胶凝剂制备氧化铝料浆以1000克市售氧化铝陶瓷干料为原料，粒径为2.5微米，纯铝酸钙水泥60克，缓凝剂聚丙烯酸铵0.05克；分散剂HC323(丙稀酸-丙稀酸酯-磷酸-磺酸盐四元共聚物)2ml。将分散剂和缓凝剂加到300ml水中，溶解完毕，再将纯铝酸钙水泥60克加入，迅速搅拌后再将氧化铝陶瓷干料加进来，充分搅拌3～5分钟，然后将料浆注入金属模具中，在室温下静置养护12小时，脱模，在110℃烘干，即得所需得陶瓷坯体。
实施例3～7用不同比例的水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥作胶凝剂制备氧化铝料浆固定960克市售氧化铝陶瓷干料和280ml水，改变水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥的添加量，以及使用不同的缓凝剂和分散剂，加入种类和数量见下表按照实施例1的操作步骤分别配置实施例3～7料浆，然后注入模具，各自在室温下养护24小时，脱模，在110℃烘干，即得固化完全且表面光洁的陶瓷坯体。
实施例8～13用不同种类、不同比例的缓凝剂和分散剂，先和氧化铝陶瓷干粉、水磨成料浆，然后在注模前加入水硬性氧化铝微粉和纯铝酸钙水泥，搅拌3～5分钟，再注模。
固定1000克市售氧化铝陶瓷干料和260ml水，水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥的添加量各35克，以及使用不同的缓凝剂和分散剂，加入种类和数量见下表。先将除水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥外的其余物料和添加剂一起湿磨2小时，然后在注模前将水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥的添加量各35克加入料浆，搅拌3～5分钟再注模。在60℃养护20小时，110℃烘干，脱模即得坯体。
权利要求
1.一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，其特征在于是采用可与水逐渐反应而凝固硬化的无机物质水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥作为陶瓷料浆原位固化的固化剂。
2.根据权利要求1所述的一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，其特征在于其成型过程的步骤如下(1)采用机械搅拌法制备料浆；首先配制均匀含有缓凝剂和分散剂的水溶液，然后加入水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥，搅拌均匀；再加入陶瓷干粉搅拌均匀，制得料浆；其水溶液中的水量为料浆总质量的15％-25％；(2)将制得的料浆注入模具中，然后在室温下养护12～36小时，脱模后在110℃烘干24小时。
3.根据权利要求2所述的一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，其特征在于水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥等的总加入量为陶瓷原料干粉重量的1％～15％，其中水硬性氧化铝的添加量为陶瓷原料干粉重量的0％～15％，相对应的铝酸钙水泥等的添加量陶瓷原料干粉重量的15～0％。
4.根据权利要求1或2所述一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，其特征在于添加的缓凝剂为草酸、硝酸、盐酸、硼酸、酒石酸、柠檬酸、柠檬酸钠等的一种或几种，添加量为水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥总加入量的0.01～0.8％；添加的分散剂为三聚磷酸钠STPP、六偏磷酸钠HMP、聚丙稀酸、聚丙稀酸铵、聚羧酸盐类、丙稀酸-丙稀酸酯-磷酸-磺酸盐四元共聚物的一种，添加量为陶瓷原料干粉重量的0.01％～0.8％。
5.根据权利要求1或2所述的一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，其特征在于是将水硬性氧化铝和铝酸钙水泥粉状均匀加入陶瓷干粉中；或以加入水溶液中预配成浆液加入陶瓷干粉中，或者先将陶瓷干粉、分散剂、水和缓凝剂湿磨成料浆，然后将水硬性氧化铝和铝酸钙水泥等加入料浆中。
6.根据权利要求1或2所述的成型方法，其特征在于对配置的料浆采用以下方法之一进行除气泡处理，(1)抽真空；(2)机械振动；(3)加除泡剂。
全文摘要
一种水系含氧化铝陶瓷料浆凝胶成型方法，涉及一种陶瓷材料制备，特别含氧化铝的陶瓷制备过程中的成型方法。其特征在于是采用可与水逐渐反应而凝固硬化的无机物质水硬性氧化铝和纯铝酸钙水泥作为陶瓷料浆原位固化的固化剂。本发明的方法与现有的凝胶注模成型相比，无需添加昂贵的或对人体有害或污染环境的有机物和催化剂，具有成本低、操作简便、环境友好、适用性强等优点，产出的坯体质量高。
文档编号B28B11/00GK101058511SQ200710099829
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月31日 优先权日2007年5月31日
发明者姚长江, 刘新红, 李建忠 申请人:中国铝业股份有限公司