本发明涉及一种陶瓷粉末注塑成型原料以及陶瓷粉末注塑成型方法。
背景技术：
陶瓷粉末注塑成型工艺是一种将粉末陶瓷与塑胶注射成型工艺相结合的新型制造工艺技术。该工艺技术适合大批量生产小型、精密、复杂及具有特殊性能要求的陶瓷零件。该工艺的基本过程是：将陶瓷粉末与有机粘结剂均匀混合成为具有热流变形的物料，然后采用注射机注入具有零件形状的模腔形成坯件，再经过脱出粘结剂，并高温烧结，使陶瓷高度致密成为制品，必要时还可以进行后期处理。
通过上述陶瓷粉末注塑成型工艺生产的陶瓷产品，一般都能获得较高的硬度，用以生产普通家用陶瓷刀具等尚能满足需要，但是这种类型的陶瓷产品的机械强度一般，脆性较大，容易摔碎。
而且由于工艺上必须脱出粘接剂，因此产品中必定具有很多微小的孔隙，一般使用较长时间，产品表面容易吸收与之接触的物料颜色而变色，但是一般陶瓷粉末注塑成型工艺生产的陶瓷产品甚少考虑变色问题，因此这些产品中的微小孔隙都是分布不均匀的，导致的后果是产品浸染颜色也不均匀，使用一段时间后表面斑驳不堪，外观很差。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种陶瓷粉末注塑成型原料以及陶瓷粉末注塑成型方法，以减少或避免前面所提到的问题。
具体来说，本发明提供了一种陶瓷粉末注塑成型原料以及陶瓷粉末注塑成型方法，以此获得的陶瓷产品具备较大的强度，不易摔碎，且产品致密度较高，孔隙均匀。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种陶瓷粉末注塑成型方法，所述方法包括如下步骤：
原料混合：将陶瓷粉末注塑成型原料均匀混合成注塑物料；其中所述陶瓷粉末注塑成型原料由如下重量百分比的组分组成：陶瓷粉末89.00％～89.50％；石蜡4.32％～5.40％；硬脂酸蜡1.62％～2.43％；高密度聚乙烯1.45％～1.61％；邻苯二甲酸二丁脂0.54％～0.86％；低密度聚乙烯1.45％～1.61％；
注塑成型：将所述注塑物料注塑形成坯件；
坯件检测：选择一个批次的所述坯件中的一个坯件，将这一个坯件整体浸没于墨水中，常温浸泡4～6小时，其中所用墨水的颜色与所述坯件本身的颜色不同；将浸泡后的所述坯件从所述墨水中捞出，用清水将所述坯件表面冲洗干净，如果统计所述坯件的表面颜色与所述坯件本身的颜色相同的面积占总面积的比例超过90％，则说明本批次的所述坯件内部致密均匀，最后获得的所述结构陶瓷产品的质量合格；
脱去石蜡：将所述坯件浸泡于温度为40～50℃的煤油中，恒温浸泡4～6小时，确保所述坯件中95％以上的石蜡被溶解到煤油中；
脱脂：将脱去石蜡后的坯件放入烧结炉中，从常温状态下，按照每分钟升温1.1℃升至200℃，保持200℃3个小时，再按照每分钟升温1.1℃升至400℃，保持400℃3个小时，最后按照每分钟升温1.1℃升至600℃，保持600℃3个小时，然后自然冷却至室温；
烧结：将脱脂后的坯件，在烧结炉中升温至1200～1500℃烧结成陶瓷产品。
优选地，所述原料混合步骤中，将所述原料在200～250℃的温度下，不停地搅拌使陶瓷粉末充分被融化的其它原料包裹。
优选地，所述烧结步骤中，从常温状态下，在1小时内均匀升温至100℃，保持100℃0.5小时；然后在6小时内均匀升温至450℃，保持450℃0.5小时；然后在5小时内均匀升温至800℃，保持800℃0.5小时；然后在4小时内均匀升温至1000℃，保持1000℃0.5小时；然后在4小时内均匀升温至1200℃，保持1200℃0.5小时；然后在4小时内均匀升温至1450℃，保持1450℃4小时；然后在6小时内均匀降温至1000℃；最后自然冷却至室温。
本发明还提供了一种用于上述方法的陶瓷粉末注塑成型原料，由如下重量百分比的组分组成：陶瓷粉末89.00％～89.50％；石蜡4.32％～5.40％；硬脂酸蜡1.62％～2.43％；高密度聚乙烯1.45％～1.61％；邻苯二甲酸二丁脂0.54％～0.86％；低密度聚乙烯1.45％～1.61％。
优选地，所述陶瓷粉末为氧化钇稳定的四方氧化锆多晶陶瓷粉末。
优选地，所述陶瓷粉末为采用水解法或化学沉淀法制作的纳米级陶瓷粉末，粒径为100～150纳米。
优选地，所述陶瓷粉末的纯度为98.5％～99.8％。
优选地，所述陶瓷粉末中三氧化二钇的摩尔百分比含量为2.8-3.2％。
优选地，所述石蜡替换成微晶蜡。
本发明所提供的陶瓷粉末注塑成型原料以及陶瓷粉末注塑成型方法，可以确保获得的陶瓷产品具备较大的强度，不易摔碎，且产品致密度较高，孔隙均匀。
具体实施方式
本发明提供了一种陶瓷粉末注塑成型原料以及陶瓷粉末注塑成型方法，所述方法利用下述实施例公开的原料生产陶瓷产品，适合大批量生产小型、精密、复杂及具有特殊性能要求的陶瓷零件。
实施例1
一种陶瓷粉末注塑成型原料，由如下重量百分比的组分组成：
陶瓷粉末89.00％；
石蜡5.40％；
硬脂酸蜡(sa)1.62％；
高密度聚乙烯(hdpe)1.61％；
邻苯二甲酸二丁脂(dbp)0.86％；
低密度聚乙烯(ldpe)1.51％。
其中，所述陶瓷粉末可以采用专业名称为氧化钇稳定的四方氧化锆多晶陶瓷(缩写为y-tzp)粉末。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末为采用水解法或化学沉淀法制作的纳米级陶瓷粉末，粒径为100。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末的纯度为98.5％。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末中三氧化二钇的摩尔百分比含量为2.8％。
其中，石蜡一方面作为有机粘结剂使用，另一个作用是增加原料整体的流动性，含量过低流动性较差，无法正常注塑成型；含量过高脱去石蜡后产品孔隙过大，强度变差而且产品烧结时体积变化太大，容易产生裂纹。
石蜡别名为固体石蜡和矿物蜡，是固态烷混合物。石蜡是从石油里提出来的固体结晶产品，由多种碳氢化合物，主要是正烷烃组成，还含有异构烷烃、环烷烃及少量的芳香烃。商品石蜡的碳原子数一般为22～36，沸点范围为300～550℃。随着石蜡的分量、沸点、熔点的增高，组成的正构烷烃减少，而异构烷烃则增多。纯粹的石蜡为白色，无无味，含杂质的石蜡为黄色。本实施例中可以采用58～60牌号的石蜡。
在本发明的一个具体实施例中，可以用微晶蜡替换石蜡使用，以此获得更好的产品性能。微晶蜡和石蜡一样，都是从石油里提炼出来的，其区别在于石蜡来自石油蒸馏出来的馏分，而微晶蜡则是从石油蒸馏后留下的渣油中分离出来的。微晶蜡原先叫地蜡，这是因为半个多世纪前人们曾经开采过天然的地蜡矿。微晶蜡的主要成分则是分子量较大的、带有较长碳链的环烷烃和芳香烃。所以叫做“微晶蜡”，是因为在显微镜下可以明显地看出它的结晶比石蜡的结晶要小得多。石蜡的结晶形态一般是尺寸较大的薄片，而微晶蜡一般是由较细小的针状或粒状结晶构成。这便使得它们的性质存在明显的差别，石蜡是脆性的，受力后很容易断裂甚至粉碎；而微晶蜡硬度小，柔韧性很好，受力后容易变形，不易碎裂。
由于其分子量和分子结构的不同，使得由微晶蜡作为粘结剂的坯件的塑化强度高于由石蜡作为粘结剂的坯件，坯件的脆性减弱易于搬运和码盘。这样更利于坯件制作后的中间工艺的处理及操作，提高制程的成品率。
由于其制程工艺的不同，微晶蜡的纯度远高于石蜡的纯度，使得由于粘结剂带入的杂质成分降低，在脱脂后陶瓷粉末的纯度提高，降低了烧结后产品含有杂质的不良率。
本发明还提供了一种陶瓷粉末注塑成型方法，所述方法包括如下步骤：
原料混合：将上述陶瓷粉末注塑成型原料均匀混合成注塑物料。在一个优选实施例中，将所述原料在200～250℃的温度下，优选为230℃～240℃，不停地搅拌使陶瓷粉末充分被融化的其它原料包裹。
注塑成型：将所述注塑物料注塑形成坯件。在一个优选实施例中，注塑温度为250℃。
脱去石蜡：将所述坯件浸泡于温度为40～50℃的煤油中，恒温浸泡4～6小时，确保所述坯件中95％以上的石蜡被溶解到煤油中。在一个优选实施例中，可以将坯件码放浸泡于煤油槽中，将煤油槽置于水浴中加热至40℃保持温度不变。
脱脂：将脱去石蜡后的坯件放入烧结炉中，从常温状态下，按照每分钟升温1.1℃升至200℃，保持200℃3个小时，再按照每分钟升温1.1℃升至400℃，保持400℃3个小时，最后按照每分钟升温1.1℃升至600℃，保持600℃3个小时，然后自然冷却至室温。
烧结：将脱脂后的坯件，在烧结炉中升温至1200～1500℃烧结成陶瓷成品。在一个优选实施例中，本烧结步骤中，从常温状态下，在1小时内均匀升温至100℃，保持100℃0.5小时；然后在6小时内均匀升温至450℃，保持450℃0.5小时；然后在5小时内均匀升温至800℃，保持800℃0.5小时；然后在4小时内均匀升温至1000℃，保持1000℃0.5小时；然后在4小时内均匀升温至1200℃，保持1200℃0.5小时；然后在4小时内均匀升温至1450℃，保持1450℃4小时；然后在6小时内均匀降温至1000℃；最后自然冷却至室温。
本发明的上述方法首先通过煤油长时间脱去石蜡，避免了烧结时石蜡挥发造成孔隙过大且不均匀，提高了产品的强度，不易摔碎，且产品致密度较高，孔隙均匀。
另外的脱脂步骤中，采用的是低温逐渐升温流程，在长达十几个小时的低温升温、保温过程中，使得石蜡之外的有机粘结剂缓慢融化、渗出坯件表面，避免高温烧结使得这些有机物气化产生大量不规则的气孔，提供提高了制成产品的强度，且产品致密度较高，孔隙均匀。
最后的烧结步骤可以采用普通陶瓷产品的烧结步骤，也可以采用优选的烧结步骤。其中，优选的烧结步骤可以逐步升温，避免产品受热不均产生气孔、裂纹等。
因为虽然经过了脱去石蜡和脱脂的步骤，坯件中还有可能存在一些有机粘结剂，一次性升温过高容易使之突然气化产生气孔。另外，由于经过脱去石蜡和脱脂步骤之后，坯件中具有孔隙是不可避免的，这样导致的后果是烧结步骤中，这些孔隙存在一个膨胀到收缩的过程，最后的产品相对坯件来说，体积上会存在20％以上的变化，因此，如果烧结温度、升温过程不当，这些孔隙会产生很多不易察觉的裂纹，导致产品强度下降，同时导致孔隙不均匀，致密度差，容易浸染颜色后表面斑驳，视觉感官恶化。
本发明的上述原料和方法尤其适用于生产用于电子产品，例如手机、平板电脑等的外壳部件，例如摄像头保持架、喇叭孔装饰件、音量调节按键等，这些部件需要长时间受力，且容易受到人体汗液的浸染，如果强度不高容易断裂，致密性差也容易浸染颜色，孔隙不均匀会导致表面斑驳。因此，本发明所提供的原料和方法完全可以克服上述缺陷。
进一步的，从上述陶瓷粉末注塑成型方法的各个步骤来看，脱除粘接剂(脱除石蜡和脱脂过程)需要花费十几小时，高温烧结需要花费30小时左右，这两个步骤的加工周期非常长，而且需要耗费大量的能量用以对坯件进行烧结，如果能够在此过程中对产品质量进行检测，一旦发现问题，就可以省去后续加工步骤，大大节约了能耗，降低了成本。也就是说，现有的一些成型方法，如果产品存在缺陷，只能在加工步骤全部完成之后，甚至是在产品使用过一段时间之后才能发现，此时销毁产品也是于事无补。
因此，本发明上述陶瓷粉末注塑成型方法中，进一步提供了坯件检测的步骤，具体说明如下：
选择一个批次的尚未脱去石蜡的所述坯件中第一个，将这一个坯件整体浸没于墨水中，常温浸泡4～6小时，其中所用墨水的颜色与所述坯件本身的颜色不同。
例如，通常的陶瓷产品都是白色，也就是陶瓷粉末原来的颜色，其它有机粘接剂等基本上是无色，如果含有杂质，所获得的坯件将会混杂一些杂质的颜色，呈淡灰色或淡黄色，偶尔会有一些黑色颗粒物夹在在其中。墨水颜色通常是深色，市场上销售的钢笔墨水大体上为黑色、蓝色或红色，为便于区分，采用蓝色或红色墨水为宜，黑色墨水与坯件中的黑色颗粒物不容易区分，而且坯件浸染黑色墨水后可能会呈灰色，不容易与其本身的灰色区分开。
之后将浸泡后的所述坯件从所述墨水中捞出，用清水将所述坯件表面冲洗干净，如果所述坯件的表面颜色与所述坯件本身的颜色相同的面积占总面积的比例超过90％，则说明所述坯件内部致密均匀，最后获得的陶瓷产品的质量合格。
例如，将白色坯件浸泡于红色墨水中4～6小时之后，如果坯件内部存在疏松的缺陷，则存在缺陷的部分将很容易浸染成红色，内部致密均匀的部分仍然会呈现白色，如果浸染成红色的部分的面积占总面积的比例超过10％，也就是如果所述表面颜色与所述坯件本身的颜色相同的面积占总面积的比例小于90％，则很明显坯件内部的疏松部分太多，最后制成产品后质量将难以保证。因此，可以提前将本批次的坯件报废，也就用不着后续高能耗的高温烧结等步骤了，大大节约了成本。
还有一种情况，那就是坯件内部都很均匀，浸泡之后所述表面颜色偏向所述墨水颜色，则说明所述坯件内部疏松，最后获得的陶瓷产品的质量不合格。例如，白色的坯件浸泡在蓝色墨水中，最后整个坯件都变成了蓝色，说明坯件总体上很疏松，最后的产品质量也难以保证。也就是说，坯件表面颜色偏向墨水的颜色越深，说明所述坯件密度越低；颜色越接近原来的白色越说明其密度高。
上述这种情况实际上也经常发生，那就是浸泡的时间如果超过6小时，即便坯件本身也很均匀致密，由于陶瓷具有自洁能力，经过长时间浸泡，墨水最终也会通过有机粘接剂或者陶瓷粉末之间的缝隙进入坯件内部，导致无法通过浸泡墨水的方式检测产品的质量。或者，如果浸泡的时间不足4小时，存在缺陷的部分由于还来不及充分浸染，则往往会导致失误判断产品质量是合格的，因此本发明所采用的浸泡时间是具有创造性的：即，并非简单浸泡，或者浸泡的时间越长越好，而是需要选择一个区间范围，这是本领域技术人员难以想象获得的。
另外，本领域技术人员应当理解，由于本发明的坯件检测步骤属于破坏性检测，不可能对整个批次的产品实施同样的检测，只能抽检，上述实施例采用的是对同一批次中的一个样品进行抽检，当然，也可以对多个样品进行抽检，然后对统计结果进行分析，例如采用常规的数学分析的方法平均或者考虑统计方差等方式，判断产品的质量。
实施例2
一种陶瓷粉末注塑成型原料，由如下重量百分比的组分组成：
陶瓷粉末89.50％；
石蜡4.32％；
硬脂酸蜡2.13％；
高密度聚乙烯1.60％；
邻苯二甲酸二丁脂0.85％；
低密度聚乙烯1.60％。
其中，所述陶瓷粉末可以采用专业名称为氧化钇稳定的四方氧化锆多晶陶瓷(缩写为y-tzp)粉末。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末为采用水解法或化学沉淀法制作的纳米级陶瓷粉末，粒径为150纳米。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末的纯度为99.8％。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末中三氧化二钇的摩尔百分比含量为3.2％。
本实施例中可以采用58～60牌号的石蜡，也可以采用微晶蜡取代石蜡已获得更好的产品性能。
本实施例的原料同样可用于实施例1中的陶瓷粉末注塑成型方法来制备产品，上述原料和方法同样适用于生产用于电子产品，例如手机、平板电脑等的外壳部件，例如摄像头保持架、喇叭孔装饰件、音量调节按键等。
实施例3
一种陶瓷粉末注塑成型原料，由如下重量百分比的组分组成：
陶瓷粉末89.30％；
石蜡4.67％；
硬脂酸蜡2.43％；
高密度聚乙烯1.45％；
邻苯二甲酸二丁脂0.54％；
低密度聚乙烯1.61％。
其中，所述陶瓷粉末可以采用专业名称为氧化钇稳定的四方氧化锆多晶陶瓷(缩写为y-tzp)粉末。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末为采用水解法或化学沉淀法制作的纳米级陶瓷粉末，粒径为125纳米。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末的纯度为99.2％。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末中三氧化二钇的摩尔百分比含量为3.0％。
本实施例中可以采用58～60牌号的石蜡，也可以采用微晶蜡取代石蜡已获得更好的产品性能。
本实施例的原料同样可用于实施例1中的陶瓷粉末注塑成型方法来制备产品，上述原料和方法同样适用于生产用于电子产品，例如手机、平板电脑等的外壳部件，例如摄像头保持架、喇叭孔装饰件、音量调节按键等。
实施例4
一种陶瓷粉末注塑成型原料，由如下重量百分比的组分组成：
陶瓷粉末89.40％；
石蜡4.65％；
硬脂酸蜡2.30％；
高密度聚乙烯1.50％；
邻苯二甲酸二丁脂0.70％；
低密度聚乙烯1.45％。
其中，所述陶瓷粉末可以采用专业名称为氧化钇稳定的四方氧化锆多晶陶瓷(缩写为y-tzp)粉末。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末为采用水解法或化学沉淀法制作的纳米级陶瓷粉末，粒径为110纳米。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末的纯度为99％。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末中三氧化二钇的摩尔百分比含量为2.9％。
本实施例中可以采用58～60牌号的石蜡，也可以采用微晶蜡取代石蜡已获得更好的产品性能。
本实施例的原料同样可用于实施例1中的陶瓷粉末注塑成型方法来制备产品，上述原料和方法同样适用于生产用于电子产品，例如手机、平板电脑等的外壳部件，例如摄像头保持架、喇叭孔装饰件、音量调节按键等。
实施例5
一种陶瓷粉末注塑成型原料，由如下重量百分比的组分组成：
陶瓷粉末89.10％；
石蜡5.00％；
硬脂酸蜡2.22％；
高密度聚乙烯1.53％；
邻苯二甲酸二丁脂0.60％；
低密度聚乙烯1.55％。
其中，所述陶瓷粉末可以采用专业名称为氧化钇稳定的四方氧化锆多晶陶瓷(缩写为y-tzp)粉末。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末为采用水解法或化学沉淀法制作的纳米级陶瓷粉末，粒径为140纳米。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末的纯度为99.4％。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末中三氧化二钇的摩尔百分比含量为3.1％。
本实施例中可以采用58～60牌号的石蜡，也可以采用微晶蜡取代石蜡已获得更好的产品性能。
本实施例的原料同样可用于实施例1中的陶瓷粉末注塑成型方法来制备产品，上述原料和方法同样适用于生产用于电子产品，例如手机、平板电脑等的外壳部件，例如摄像头保持架、喇叭孔装饰件、音量调节按键等。
实施例6
一种陶瓷粉末注塑成型原料，由如下重量百分比的组分组成：
陶瓷粉末89.20％；
石蜡5.14％；
硬脂酸蜡1.90％；
高密度聚乙烯1.48％；
邻苯二甲酸二丁脂0.80％；
低密度聚乙烯1.48％。
其中，所述陶瓷粉末可以采用专业名称为氧化钇稳定的四方氧化锆多晶陶瓷(缩写为y-tzp)粉末。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末为采用水解法或化学沉淀法制作的纳米级陶瓷粉末，粒径为130纳米。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末的纯度为99.1％。在一个优选实施例中，所述陶瓷粉末中三氧化二钇的摩尔百分比含量为3.0％。
本实施例中可以采用58～60牌号的石蜡，也可以采用微晶蜡取代石蜡已获得更好的产品性能。
本实施例的原料同样可用于实施例1中的陶瓷粉末注塑成型方法来制备产品，上述原料和方法同样适用于生产用于电子产品，例如手机、平板电脑等的外壳部件，例如摄像头保持架、喇叭孔装饰件、音量调节按键等。
本发明所提供的陶瓷粉末注塑成型原料以及陶瓷粉末注塑成型方法，可以确保获得的陶瓷产品具备较大的强度，不易摔碎，且产品致密度较高，孔隙均匀。
本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。