專利名稱：一種溫度控制高價反離子緩釋固化陶瓷漿料的方法
技術領域：
本發明涉及無機非金屬陶瓷固化技術領域，特別涉及一種溫度控制高價反離子緩釋固化陶瓷漿料的方法。
背景技術：
陶瓷膠態成型技術，由于可以有效控制顆粒團聚，減少坯體缺陷，可制備高密度的均勻坯體，能夠顯著提高陶瓷的力學性能，被認為是解決陶瓷材料可靠性的最佳途徑。膠態成型技術首先制備高固相含量低粘度的穩定的陶瓷漿料，通過各種固化手段實現陶瓷漿料的固化以成型坯體。凝膠注模成型(gelcasting)是通過有機單體分子的聚合反應實現固化。雖然通過有機聚合反應可以得到高的素坯強度，可以滿足復雜形狀和機加工的要求，但是聚合反應前后的體積收縮以及反應過程中體系內固有的溫度梯度使得坯體的內應力較大，坯體和燒結體產生缺陷和開裂。另外，所采用的單體丙烯酰胺是一種神經毒性藥品，對人體危害大。直接凝固成型(Direct Coagulation Casting, DCC)利用生物酶或自身催化反應，使漿料內部發生化學反應來增加漿料中的鹽離子濃度或改變漿料的PH值至等電點， 來實現固化。增加離子強度方法采用一價的離子，需要比較高的濃度才能使漿料固化，而且固化時間很長，一般為1 3天。根據膠體化學原理可知，懸浮體中離子價數及離子濃度直接影響顆粒的雙電層厚度、臨界聚沉濃度及相互之間吸引與排斥作用，也即影響懸浮體的固相含量和粘度。在穩定漿料的制備過程中，高價反離子對水系陶瓷漿料有明顯的聚沉作用，通常被認為是一種有害物質，到目前為止，研究者們都集中在去除高價離子以制備穩定漿料的研究上。反過來， 陶瓷漿料粘度對高價反離子非常敏感，并存在臨界聚沉濃度，高價反離子濃度大于臨界聚沉濃度能夠大幅度提高漿料的粘度，幾近固化。如圖1所示，碘酸鈣是一種微溶物質，在10°C時溶解度只有0. 17g，而溫度高于 60°C時溶解度為1.38g。溶解度的巨大變化可以是Ca2+濃度產生近十倍的差距。可以利用這個特點在低溫下在帶負電的陶瓷漿料中添加一定量的碘酸鈣，由于其溶解度比較低，產生的Ca2+不足以使漿料固化而順利注模，當溫度升高，碘酸鈣溶解度增加，Ca2+增加，超過漿料的臨界聚沉濃度，漿料發生固化。
發明內容
為了克服現有的直接凝固成型方法固化時間長，容易產生裂紋等不足，本發明提供一種溫度控制高價反離子緩釋固化陶瓷漿料的方法。本發明包括以下步驟(1)采用檸檬酸銨(TAC)、水與陶瓷粉體混合并充分球磨，制備顆粒表面帶負電的陶瓷漿料，其中檸檬酸銨的重量為陶瓷粉體重量的0. 2% -0. 5% ；(2)將制備的漿料冷卻至10°C，并向所述漿料中添加碘酸鈣，使碘酸鈣的濃度為 5g/L 8. 75g/L，然后球磨 20-40min ；
(3)將步驟( 中得到的漿料排除氣泡后注入模具中，在40 80°C的條件下水浴處理30 120min，脫模獲得陶瓷濕坯，在70-80°C的條件下干燥M_48h得到干坯；(4)將步驟(3)中得到的干坯置于電爐中以5°C /min升溫至1500 1550°C保溫池，得到陶瓷燒結體。所述步驟(1)中的球磨時間為12h-24h。所述步驟(3)中的水浴溫度優選為60°C 70°C。步驟O)中的碘酸鈣的濃度通過測試碘酸鈣對漿料的臨界聚沉濃度得到。當剪切速率為100s—1，漿料的粘度接近IPa. s時，漿料處于穩定態向不穩定狀態轉變，此時對應的碘酸鈣濃度稱為臨界聚沉濃度。如圖2所示，選用1. 25g/L 12g/L的碘酸鈣進行測定。隨著分散劑量的增加，漿料的臨界聚沉濃度增大。0. 2wt%,0. 3wt%,0. 4wt%,0. 5wt%檸檬酸銨分散時，漿料的臨界聚沉濃度分別為5g/L、6. 25g/L、7. 5g/L、8. 75g/L。圖3為添加不同濃度的碘酸鈣升溫到70°C保溫30min后漿料的粘度變化曲線。0. 2wt%,0. 3wt%,0. 4wt%, 0. 5wt%檸檬酸銨分散時，漿料可以達到固化的碘酸鈣濃度為3. 75 5g/L、5 6. 25g/L、 6. 25 7. 5g/L、7. 5 8. 75g/L，小于此濃度范圍漿料粘度變化不大，不足以使漿料固化。本發明具有如下優點(1)適合任何帶負電的陶瓷漿料固化，可成型各種復雜形狀和大小的陶瓷部件；(2)成型陶瓷坯體內應力小、表面光潔、尺寸精度高；(3)成型用的試劑均無毒，環境友好，用量少，操作簡單，便于工業化生產；(4)該成型方法無需添加有機物，避免排膠引起的開裂、變形等缺陷；(5)得到的素坯密度為理論密度的53% 55%，收縮率2% 4%，燒結體的密度為理論密度的97% 99%，收縮率17% 20%。
圖1是碘酸鈣的溶解度曲線；圖2是10°C下不同濃度的碘酸鈣及分散劑對陶瓷漿料粘度的影響曲線；圖3是70°C下不同濃度的碘酸鈣及分散劑對陶瓷漿料粘度的影響曲線。
具體實施例方式本發明提供了一種溫度控制高價反離子緩釋固化陶瓷漿料的方法，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步說明。實施例1 5g/L碘酸鈣固化0. 2wt%檸檬酸銨分散的50VOl% Al2O3漿料。在10°C條件下，在0. 2wt%檸檬酸銨分散并充分球磨的50vol% Al2O3漿料IOOml 中添加0. 5g碘酸鈣，混合球磨20min，排氣注模，65 70°C水浴處理Ih 池后脫模，80°C 干燥24h后5°C /min升溫至1500 1550°C保溫2h燒結，獲得陶瓷燒結體。實施例2 6. 25g/L碘酸鈣固化0. 3wt%檸檬酸銨分散的50VOl% Al2O3漿料。在10°C條件下，在0. 3wt%檸檬酸銨分散并充分球磨的50vol% Al2O3漿料IOOml 中添加0. 625g碘酸鈣，混合球磨20min，排氣注模，60 70°C水浴處理Ih 池后脫模，80°C干燥24h后5°C /min升溫至1500 1550°C保溫2h燒結，獲得陶瓷燒結體。實施例3 7. 5g/L碘酸鈣固化0. 檸檬酸銨分散的50VOl% Al2O3漿料。在10°C條件下，在0. 檸檬酸銨分散并充分球磨的50vol% Al2O3漿料IOOml 中添加0. 75g碘酸鈣，混合球磨20min，排氣注模，60 70°C水浴處理Ih 池后脫模，80°C 干燥24h后5°C /min升溫至1500 1550°C保溫2h燒結，獲得陶瓷燒結體。實施例4 8. 75g/L碘酸鈣固化0. 5wt%檸檬酸銨分散的50VOl% Al2O3漿料。在10°C條件下，在0. 5wt%檸檬酸銨分散并充分球磨的50vol% Al2O3漿料IOOml 中添加0. 875g碘酸鈣，混合球磨20min，排氣注模，65 70°C水浴處理Ih 池后脫模，80°C 干燥24h后5°C /min升溫至1500 1550°C保溫2h燒結，獲得陶瓷燒結體。
權利要求
1.一種溫度控制高價反離子緩釋固化陶瓷漿料的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)采用檸檬酸銨、水與陶瓷粉體混合并充分球磨，制備顆粒表面帶負電的陶瓷漿料， 其中檸檬酸銨的重量為陶瓷粉體重量的0. 2% -0. 5% ；(2)將制備的漿料冷卻至10°C，并向所述漿料中添加碘酸鈣，使碘酸鈣的濃度為5g/ L 8. 75g/L，然后球磨 20-40min ；(3)將步驟( 中得到的漿料排除氣泡后注入模具中，在40 80°C的條件下水浴處理 30 120min，脫模獲得陶瓷濕坯，在70-80°C的條件下干燥M_48h得到干坯；(4)將步驟(3)中得到的干坯置于電爐中以5°C/min升溫至1500 1550°C保溫2h， 得到陶瓷燒結體。
2.根據權利要求1所述的一種溫度控制高價反離子緩釋固化陶瓷漿料的方法，其特征在于，所述步驟(1)中的球磨時間為12h-Mh。
3.根據權利要求1所述的一種溫度控制高價反離子緩釋固化陶瓷漿料的方法，其特征在于，所述步驟(3)中的水浴溫度優選為60°C 70°C。
全文摘要
本發明涉及無機非金屬陶瓷固化技術領域，特別涉及一種溫度控制高價反離子緩釋固化陶瓷漿料的方法。采用檸檬酸銨、水與陶瓷粉體混合并充分球磨，制備顆粒表面帶負電的陶瓷漿料，冷卻至10℃后，添加碘酸鈣并球磨；將得到的漿料排氣注模，水浴處理后脫模獲得陶瓷濕坯，干燥后得到干坯；然后置于電爐燒結得到陶瓷燒結體。陶瓷顆粒在水中帶相同的電荷以穩定存在，采用陶瓷顆粒所帶電荷相反的高價離子可實現陶瓷漿料的聚沉以達到凝固；此方法獲得的素坯密度為理論密度的53％～55％，收縮率2％～4％，燒結體的密度為理論密度的97％～99％，收縮率17％～20％，具有適合任何帶負電的陶瓷漿料、環境友好、操作簡單等優點。
文檔編號C04B35/10GK102503438SQ20111029142
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者席小慶, 李和欣, 楊金龍, 溫寧, 許杰, 齊飛 申請人:清華大學