本发明涉及精密陶瓷制备领域，尤其涉及一种氧化铝陶瓷注射成型用喂料及其制备方法。
背景技术：
氧化铝陶瓷因其具有高硬、高强、耐高温、耐腐蚀等一系列优点，能在各种极限环境下发挥重要作用，是有机高分子材料和金属材料所不可比拟的，其应用领域已发展到工农业生产、国民经济、科学技术各个领域，近几十年来迅速发展起来的空间技术、能源技术、生物医药技术等，也越来越多的应用氧化铝陶瓷，并且其应用领域还在不断拓宽。然而，氧化铝陶瓷结构件生产合格率低、尺寸精度可控性差的特点极大的限制了其大规模的应用，尤其是复杂形状氧化铝陶瓷结构件更加难以批量生产，其要求的精度在陶瓷生产过程中很难有效控制，结构件的尺寸精度只能依靠机加工来实现，由于氧化铝陶瓷硬度高、脆性大，复杂结构比如薄壁、曲面结构极难加工，导致其成本高昂、产能严重受限。行业内，复杂形状氧化铝陶瓷结构件的合格率不到20％，主要原因来自陶瓷成型及烧结工序可控性差的特点。
目前普遍采用的干压、等静压工艺成型的复杂形状氧化铝陶瓷结构件毛坯尺寸精确性很差，需要留出很大的尺寸余量进行机加工；现有注射成形工艺也难以批量生产氧化铝陶瓷结构件，主要原因是氧化铝喂料有机物含量高，烧成过程难以完全排除有机物，导致注射成型的氧化铝陶瓷结构件气孔缺陷多、密度不高，产品性能无法满足要求；而烧结尺寸收缩大导致的陶瓷结构件收缩性、一致性不可控，更是现有氧化铝陶瓷体系无法克服的难点。这是氧化铝陶瓷体系“娘胎”里带来的毛病，现有氧化铝陶瓷体系烧结收缩高达20％，而尺寸变化温区很窄，只有在10～20度的烧结温区内，氧化铝陶瓷结构件的尺寸不发生变化，显然烧结温度的波动对其尺寸收缩、变形有极大的影响，也直接制约了氧化铝陶瓷结构件的产业化进程。因此，需要从对氧化铝陶瓷体系进行调整，使其尺寸精度真正可控。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种氧化铝陶瓷注射成型用喂料及其制备方法，引入有机铝前驱体具有高固相含量且具有良好流动性能，有机铝前驱体高温烧成后将引入40％的氧化铝产率，可完全取代传统氧化铝陶瓷喂料体系中的石蜡成分，解决了传统氧化铝陶瓷喂料体系石蜡等有机物含量多、烧成后缺陷多的难题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种氧化铝陶瓷注射成型用喂料，由al2o3粉体和有机混合料制成，所述al2o3粉体占比75wt％～92wt％，有机混合料占比8wt％～25wt％，所述有机混合料由有机铝前驱体、有机粘结剂、分散剂组成。
优选的：所述有机混合料中有机铝前驱体占比40wt％～94wt％、有机粘结剂占比3wt％～40wt％、分散剂占比3wt％～20wt％。
优选的：所述al2o3粉体中氧化铝含量占比70wt％～100wt％。
优选的：所述有机铝前驱体为三甲胺铝烷(tmaa)，二甲基乙胺铝烷(dmeaa)，二甲基氢化铝(dmah)，三乙胺铝烷中的一种以上。
优选的：所述有机粘结剂为高密度聚乙烯(hdpe)、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(eva)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、无规聚丙烯(app)、聚丙烯(pp)中的一种以上。
优选的：所述分散剂为硬脂酸(sa)、油酸(oa)、羧基硬脂酸(hsa)中的一种以上。
本发明的另一目的提供了一种氧化铝陶瓷注射成型用喂料的制备方法，该方法采用独创的高压注射陶瓷成型工艺，陶瓷毛坯在恒温恒湿水汽条件下进行脱脂处理，解决了传统氧化铝陶瓷喂料体系使用环保油脱脂带来的环保安全隐患，实现了大尺寸、高性能、复杂形状陶瓷精密部件的近净尺寸成型，极大拓宽了氧化铝陶瓷结构件的应用范围。，本发明使氧化铝陶瓷结构件在尺寸精度以及成本方面可与金属材料相比，使其具备了广泛替代金属、高分子材料等的潜力。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
上述氧化铝陶瓷注射成型用喂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机铝前驱体、有机粘结剂、分散剂熔化、搅拌、混合后，冷却备用，得到有机混合料；
(2)将氧化铝粉体球磨后，进行喷雾干燥；
(3)将步骤(2)得到的氧化铝粉体中加入步骤(1)制备得到的有机混合料中混炼后即可。
优选的：所述步骤(1)熔化温度为160℃～250℃。
优选的：所述步骤(2)中球磨使用卧式陶瓷球磨机、搅拌磨、砂磨机，球磨时间为1～18小时。
优选的：所述步骤(3)中的混炼温度为130℃～180℃。
一种氧化铝陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述制备得到的喂料干燥后，送入高压注射成型机料斗中，施加高温、高压注入模具，开模后得到陶瓷毛坯；
(2)将步骤(1)制备得到的陶瓷毛坯进行脱脂处理；
(3)将步骤(2)脱脂后的陶瓷坯体烘干后，进行排胶处理，再升温进行烧结，即可制得氧化铝陶瓷材料。
优选的：所述步骤(1)中注射压力为20～50mpa，注射温度为120℃～180℃。
优选的：所述步骤(2)中陶瓷毛坯的脱脂温度、湿度分别为60～90℃、湿度40％～80％。
优选的：所述步骤(3)具体为：将步骤(2)脱脂后的陶瓷坯体烘干后，在650℃保温2小时排胶处理，升温速率为20℃/h，然后升温至1470℃～1620℃进行烧结，升温速率为120-180℃/h，保温时间为2～16h，即可。
本发明的有益效果是：
本实施例要求保护的氧化铝陶瓷注射成型用喂料，独创性的引入有机铝前驱体优化了氧化铝陶瓷喂料，解决了传统氧化铝陶瓷喂料中有机物含量多(有机物含量高达15wt％以上)、烧成缺陷多(有机物挥发留下很多气孔缺陷)的难题，获得了高固相含量(有机铝前驱体引入40wt％的氧化铝产率，减少了有机物挥发造成的气孔缺陷)且具有良好流动性能的氧化铝陶瓷喂料。
本实施例要求保护的氧化铝陶瓷注射成型用喂料制备得到的氧化铝陶瓷，采用高压注射成型工艺制备，陶瓷毛坯在恒温恒湿水汽条件下进行脱脂处理，解决了传统氧化铝陶瓷喂料体系使用环保油脱脂带来的环保安全隐患，制备得到的产品精度高，实现了氧化铝陶瓷结构件近净尺寸成型，且其烧结收缩性、一致性可控，同一批次及不同批次烧结后产品的尺寸波动值均小于百分之一。本实施例要求保护的氧化铝陶瓷注射成型用喂料制备得到的氧化铝陶瓷，实现了氧化铝陶瓷三维精密结构件的低形变烧结，制品不需要加工就能批量达到金属、高分子材料对尺寸精度的要求，极大的拓展了氧化铝陶瓷应用领域，具备了广泛替代金属、高分子材料等的潜力。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
按质量百分数配料，取85wt％的三甲胺铝烷tmaa，10wt％的聚乙烯吡咯烷酮pvp以及5wt％的硬脂酸加入到混料器中180℃熔化、搅拌，充分混合均匀后，冷却备用，得到有机混合料，经过以下步骤制备出低形变、高精度氧化铝陶瓷材料：
(1)将75瓷、92瓷氧化铝粉体成分配料后，放入200kg卧式陶瓷球磨机中球磨16小时，球磨后进行喷雾干燥；
(2)将喷雾干燥后的氧化铝粉体放入混炼机中，加入粉体质量分数12％的有机混合料，在180℃温度下均匀混炼；
(3)将混炼后的原料在切粒机中造粒成直径3mm、高度5mm的陶瓷喂料后，通过自动上料机将喂料送入高压注射成型机料斗中，在注射压力为40mpa，注射温度为150℃的条件下，将陶瓷喂料注入精密模具，开模后得到陶瓷毛坯；
(4)将陶瓷毛坯在温度70℃、湿度60％恒温恒湿条件下进行脱脂处理；
(5)将脱脂后的陶瓷坯体在100℃温度下烘干后，通过机械臂将其放入推板窑中，陶瓷毛坯在650℃保温2小时排胶处理，升温速率为20℃/h，然后升温至1470℃～1550℃进行烧结，升温速率为120-180℃/h，保温时间为2～16h，即可制得低形变、高精度氧化铝陶瓷材料。
表1实施例1的尺寸收缩情况
实施例2
按质量百分数配料，取80wt％的三乙胺铝烷tmaa，10wt％的高密度聚乙烯hdpe、5wt％的聚丙烯pp以及5wt％的硬脂酸加入到混料器中180℃熔化、搅拌，充分混合均匀后，冷却备用，得到有机混合料，经过以下步骤制备出低形变、高精度氧化铝陶瓷材料：
(1)将95瓷、99瓷氧化铝粉体成分配料后，放入200kg卧式陶瓷球磨机中球磨16小时，球磨后进行喷雾造粒；
(2)将喷雾干燥后的氧化铝粉体放入混炼机中，加入粉体质量分数12％的有机混合料，在180℃温度下均匀混炼；
(3)将混炼后的原料在切粒机中干燥成直径3mm、高度5mm的陶瓷喂料后，通过自动上料机将喂料送入高压注射成型机料斗中，在注射压力为40mpa，注射温度为150℃的条件下，将陶瓷喂料注入精密模具，开模后得到陶瓷毛坯；
(4)将陶瓷毛坯在温度70℃、湿度60％恒温恒湿条件下进行脱脂处理；
(5)将脱脂后的陶瓷坯体在100℃温度下烘干后，通过机械臂将其放入推板窑中，陶瓷毛坯在650℃保温2小时排胶处理，升温速率为20℃/h，然后升温至1560℃～1620℃进行烧结，升温速率为120-180℃/h，保温时间为2～16h，即可制得低形变、高精度氧化铝陶瓷材料。
表2实施例2的尺寸收缩情况
实施例3
本实施例与实施例1或实施例2相同的特征不再赘述，本实施例与上述实施例不同的特征在于：按质量百分数配料，取80wt％的95瓷氧化铝粉体，12.5wt％的三甲胺铝烷tmaa，二甲基乙胺铝烷dmeaa，二甲基氢化铝dmah，三乙胺铝烷中的至少一种，以及3.75wt％的高密度聚乙烯hdpe、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物eva、聚乙烯吡咯烷酮pvp、聚乙烯醇缩丁醛pvb、无规聚丙烯app、聚丙烯pp中的至少一种，3.75wt％的硬脂酸sa、油酸oa、羧基硬脂酸hsa中的至少一种加入到混料器中160℃熔化。
(1)中的球磨时间为5小时，混炼温度时130℃。
(2)中加入粉体质量分数12wt％的有机混合料，在130℃温度下均匀混炼。
(3)中注射压力为20mpa，注射温度为125℃。
(4)中陶瓷毛坯在温度60℃、湿度40％恒温恒湿条件下进行脱脂处理。
实施例4
本实施例与实施例1-实施例3任一所述的相同的特征不再赘述，本实施例与上述实施例不同的特征在于：取90wt％的99瓷氧化铝粉体，6.4wt％的三甲胺铝烷tmaa，二甲基乙胺铝烷dmeaa，二甲基氢化铝dmah，三乙胺铝烷中的至少一种，以及2.6wt％的高密度聚乙烯hdpe、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物eva、聚乙烯吡咯烷酮pvp、聚乙烯醇缩丁醛pvb、无规聚丙烯app、聚丙烯pp中的至少一种，1wt％的硬脂酸sa、油酸oa、羧基硬脂酸hsa中的至少一种加入到混料器中160℃熔化。
(1)中的球磨时间为18小时，混炼温度时180℃。
(2)中加入粉体质量分数28wt％的有机混合料，在200℃温度下均匀混炼。
(3)中注射压力为50mpa，注射温度为175℃。
(4)中陶瓷毛坯在温度90℃、湿度70％恒温恒湿条件下进行脱脂处理。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。