一种陶瓷泥料、制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种陶瓷泥料、制备方法及其应用。制备方法包括：将分散剂、增稠剂、陶瓷粉体和增塑剂混合，获得混合料；边搅拌边向混合料中加入碱性溶液；继续搅拌，再进行陈腐，从而获得陶瓷泥料；其中，增塑剂为酸性硅溶胶，pH为3～6，浓度为5～30wt.％；陶瓷粉体包含粒径为30～50nm的颗粒和粒径为0.5～1μm的颗粒，占比分别为3～20wt.％和80～97wt.％。由于酸性硅溶胶自身带有电荷，因此能吸附在陶瓷粉体表面，在随后的制备步骤中，随着边搅拌边加入碱性溶液，分散的溶胶颗粒发生聚合反应，生成凝胶，凝胶网络使陶瓷颗粒之间相互交联，颗粒之间的相互作用增强，使陶瓷泥料的塑性提高，同时还具有较高的固含量。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷泥料、制备方法和应用
本专利技术涉及陶瓷材料
，尤其涉及一种陶瓷泥料、制备方法和应用。
技术介绍
陶瓷材料已经渗透到众多领域，环保、节能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域都离不开陶瓷材料。挤出成型、压制成型、流延成型和3D打印成型是陶瓷制备的重要工艺，因其简单易行、成本低而广受青睐。但是随着陶瓷技术的发展和产品结构的调整，瘠性坯料占的比重越来越大，尤其对于高档日用瓷和功能陶瓷，瘠性坯料含量高达80％以上，致使浆料塑性低、成型品质差，并成为影响工业生产的主要技术障碍。一般来讲，塑性指数大于15为高塑性泥料，塑性指数在7～15之间为塑性泥料，塑性指数小于7为低塑性泥料。从国内现有的生产条件和研究情况来看，添加增塑剂是获得高塑性泥料最为有效的方法。目前所用的增塑剂主要有两大类：无机类增塑剂和有机类增塑剂。无机类增塑剂主要是黏土类，有机类增塑剂有聚乙烯醇、甲基纤维素、淀粉等。这些增塑剂能够对瘠性颗粒进行吸附与水化，通过生成共用水膜强化颗粒间的相互作用，从而实现泥料增塑。为了取得良好的塑化效果，这些塑化剂的用量往往较大(用量一般大于15wt.％)，再加上其本身较高的粘度，致使泥料的固含量不能进一步提升(固含量一般低于60wt.％)，增大了陶瓷后续烧结的难度。另外，有机类增塑剂在烧除中可能存在环境污染问题，其残余物还会降低陶瓷的功能特性。球磨、优化粒径级配、陈腐等措施能够在一定程度上提高陶瓷泥料的塑性，但不能替代增塑剂的作用。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有陶瓷泥料增塑剂用量大、存在污染等应用不足，本专利技术提供一种新颖环保的增塑方法：通过溶胶的凝胶化过程强化颗粒间的相互作用，从而提高陶瓷泥料的塑性。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种陶瓷泥料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将分散剂、增稠剂、陶瓷粉体和增塑剂混合，获得混合料；(2)边搅拌边向所述混合料中加入碱性溶液；(3)继续搅拌，再进行陈腐，从而获得所述陶瓷泥料；其中，所述增塑剂为酸性硅溶胶，pH为3～6，浓度为5～30wt.％；所述陶瓷粉体包含粒径为30～50nm的颗粒和粒径为0.5～1μm的颗粒，占比分别为3～20wt.％和80～97wt.％。优选地，所述碱性溶液选自氨水溶液、含有碳酸氢根的水溶液、含有碳酸根的水溶液、含有醋酸根的水溶液、含有柠檬酸根的水溶液或含有氢氧根的水溶液中的任一种，优选为氨水溶液，进一步优选为浓度为10～20wt.％的氨水溶液。进一步优选地，所述碱性溶液的质量占所述混合料质量的0.02～0.08wt.％；所述酸性硅溶胶的质量占所述混合料质量的22～26.6wt.％。优选地，所述陶瓷粉体为氧化铝陶瓷粉体或氧化锆陶瓷粉体，质量占所述混合料质量的73～77.6wt.％。优选地，所述分散剂选自甘油、磷酸酯、三油酸甘油酯或三乙醇胺中的任一种，质量占所述混合料质量的0.1～0.3wt.％。优选地，所述增稠剂选自羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇或聚乙二醇中的任一种，质量占所述混合料质量的0.3～0.5wt.％。优选地，所述搅拌的时间不低于30分钟，优选为30～40分钟；所述陈腐的时间为48～60小时。一种陶瓷泥料，采用上述任一项所述制备方法制得。优选地，所述陶瓷泥料的塑性指数为15～18，固含量为70～78wt.％。上述陶瓷泥料在采用挤出成型、压制成型、流延成型或3D打印成型任一种成型工艺制备陶瓷产品中的应用。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术使用弱酸性硅溶胶(pH为3～6)作为增塑剂，由于酸性硅溶胶自身带有电荷，因此能够吸附在氧化铝、氧化锆等陶瓷粉体表面，在随后的制备步骤中，随着边搅拌边加入碱性溶液，分散的溶胶颗粒会发生聚合反应，生成凝胶，凝胶网络使陶瓷颗粒之间相互交联，颗粒之间的相互作用增强，使陶瓷泥料的塑性提高，同时还具有较高的固含量。经检测，当采用本专利技术提供的陶瓷泥料进行3D打印成型时，挤出压力4kg/cm2下泥料即可从直径2mm的喷嘴挤出，具有很好的打印成型性能。附图说明图1是本专利技术提供的陶瓷泥料制备方法的流程示意图；图2是本专利技术提供的制备方法所用的增塑机理示意图；图3是本专利技术所制备的陶瓷泥料用于3D挤出成型的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种陶瓷泥料的制备方法，如图1所示，所述制备方法包括如下步骤：(1)将分散剂、增稠剂、陶瓷粉体和增塑剂混合，获得混合料。本专利技术所用的增塑剂为酸性硅溶胶，pH为3～6，浓度为5～30wt.％，质量占所述混合料质量的22～26.6wt.％，例如，具体可以为22wt.％、23wt.％、24wt.％、25wt.％、26wt.％或26.6wt.％。本专利技术使用弱酸性硅溶胶(pH为3～6)作为增塑剂，由于酸性硅溶胶自身带有电荷，因此能够吸附在氧化铝、氧化锆等陶瓷粉体表面。在随后的制备步骤中，随着边搅拌边加入碱性溶液，分散的溶胶颗粒会发生聚合反应，生成凝胶，凝胶网络使陶瓷颗粒之间相互交联，颗粒之间的相互作用增强，使陶瓷泥料的塑性提高(如图2所示)。所述陶瓷粉体包含粒径为30～50nm的颗粒和粒径为0.5～1μm的颗粒，占比分别为3～20wt.％和80～97wt.％。本专利技术提供的这一制备方法可以用于对各类陶瓷泥料的增塑，优选为氧化铝陶瓷泥料或氧化锆陶瓷泥料。氧化铝陶瓷泥料所用的陶瓷粉体为氧化铝陶瓷粉体，氧化锆陶瓷泥料所用的陶瓷粉体为氧化锆陶瓷粉体，氧化铝陶瓷粉体或氧化锆陶瓷粉体的质量占所述混合料质量的73～77.6wt.％，例如，具体可以为73wt.％、74wt.％、75wt.％、76wt.％、77wt.％或77.6wt.％。所用的分散剂可以选择甘油、磷酸酯、三油酸甘油酯或三乙醇胺中的任一种，质量优选为所述混合料质量的0.1～0.3wt.％，例如，具体可以为0.1wt.％、0.2wt.％或0.3wt.％。所用的增稠剂可以选择羧甲基纤维素钠、聚乙烯醇或聚乙二醇中的任一种，质量优选为所述混合料质量的0.3～0.5wt.％，例如，具体可以为0.3wt.％、0.4wt.％或0.5wt.％。(2)边搅拌边向所述混合料中加入碱性溶液。碱性溶液的作用是引发局部的溶胶聚合反应，强化颗粒间相互作用。所用的碱性溶液选自氨水溶液、含有碳酸氢根的水溶液、含有碳酸根的水溶液、含有醋酸根的水溶液、含有柠檬酸根的水溶液或含有氢氧根的水溶液中的任一种，优选为氨水溶液，进一步优选为浓度为10～20wt.％的氨水溶液。更优选地，所述碱性溶液的质量占所述混合料质量的0.02～0.08wt.％，例如，具体可以为0.02wt.％、0.03wt.％、0.04wt.％、0.05wt.％、0.06wt.％、0.07wt.％、0.08wt.％或0.09wt.％。在该步骤中，搅拌必不可少，因此，在加入碱性溶液调节pH的同时还需进行搅拌，并在碱性溶液全部加入后继续搅拌30分钟以上，优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种陶瓷泥料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将分散剂、增稠剂、陶瓷粉体和增塑剂混合，获得混合料；(2)边搅拌边向所述混合料中加入碱性溶液；(3)继续搅拌，再进行陈腐，从而获得所述陶瓷泥料；其中，所述增塑剂为酸性硅溶胶，pH为3～6，浓度为5～30wt.％；所述陶瓷粉体包含粒径为30～50nm的颗粒和粒径为0.5～1μm的颗粒，占比分别为3～20wt.％和80～97wt.％。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷泥料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将分散剂、增稠剂、陶瓷粉体和增塑剂混合，获得混合料；(2)边搅拌边向所述混合料中加入碱性溶液；(3)继续搅拌，再进行陈腐，从而获得所述陶瓷泥料；其中，所述增塑剂为酸性硅溶胶，pH为3～6，浓度为5～30wt.％；所述陶瓷粉体包含粒径为30～50nm的颗粒和粒径为0.5～1μm的颗粒，占比分别为3～20wt.％和80～97wt.％。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液选自氨水溶液、含有碳酸氢根的水溶液、含有碳酸根的水溶液、含有醋酸根的水溶液、含有柠檬酸根的水溶液或含有氢氧根的水溶液中的任一种，优选为氨水溶液，进一步优选为浓度为10～20wt.％的氨水溶液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碱性溶液的质量占所述混合料质量的0.02～0.08wt.％；所述酸性硅溶胶的质量占所述混合料质量的22～26.6wt.％。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志强，董衡，王华栋，肖振兴，秦高磊，李淑琴，吕毅，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11