陶瓷胶态模压成形技术制造技术

一种陶瓷胶态模压成形技术，该技术包括以下步骤：在水中加入６～３５ｗｔ％的有机单体和交联单体配制成预混液，并在预混液中加入陶瓷粉体质量０．０５～１ｗｔ％的有机分散剂，再在上述预混液加入陶瓷粉体，将上述配制的陶瓷浓悬浮粉体进行搅拌球磨１～２４ｈ，制备在压力下具有流动性的坯料，往坯料中加引发剂，边均匀搅拌边进行真空除泡，将上述搅拌好的坯料通过挤压设备挤压出凝胶状的物料，将挤压出的凝胶状物料放入模压腔，闭模后在压力下充型并保压，凝胶状的物料在温度和压力的作用下固化成形，脱模获得陶瓷坯件。本发明专利技术通过压力机使凝胶状坯料流动压缩并固化成形，以制备密度高而均匀、力学性能好的陶瓷坯体。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种陶瓷胶态模压成形技术，属陶瓷材料及部件的制备领域。对于复杂形状陶瓷制品的制造，压力成形法虽然生产率高，但成形形状受到很大制约。流动成形法虽可成形复杂形状陶瓷制品，但注浆成形法由于使用石膏型，虽然可以成形复杂形状，但生产率低，劳动强度大，成形坏体烧结后密度小，力学等性能差，而且随着使用次数增加，石膏型的尺寸精度逐步下降。注射成形法需使用大量的热可塑性树脂为主体的有机粘结剂，热压铸成形法使用大量具热熔冷凝性能的石蜡，这两种成形方法存在着难以解决的成形后脱脂、排蜡时间极长的问题，而且在有机物排除过程中，涉及载体的熔化与蒸发，易出现物流，容易造成坯体缺陷甚至倒塌，也不易成形薄壁件。实现上述目的的技术方案是一种陶瓷胶态模压成形技术，该技术包括以下步骤a、配料，在水中加入6～35wt％的有机单体和交联单体配制成预混液，有机单体与交联单体的比例为5∶1～250∶1之间，并在预混液中加入陶瓷粉体质量0.05～1wt％的有机分散剂，再在上述预混液加入陶瓷粉体，加入量为预混液和陶瓷粉体总量的50～85vol％体积分数；b、搅拌，将上述配制的陶瓷浓悬浮粉体进行搅拌球磨1～24h，制备在压力下具有流动性的坯料，将坯料温度保持在0～25℃，按每1000g水中加入0.1～30ml引发剂的比例往坯料中加引发剂，边均匀搅拌边进行真空除泡；c、挤压，将上述搅拌好的坯料通过挤压设备挤压出凝胶状的物料；d、模压，将挤压出的凝胶状物料放入模压腔，闭模后在压力下充型并保压，所加压力在0.1～200MPa，保压时间为5～20min；e、加热固化，保持模压腔温度在25～95℃，凝胶状的物料在温度和压力的作用下固化成形，脱模获得陶瓷坯件。本专利技术提出的技术是一种创新的制备高性能复杂形状陶瓷体的低成本、净尺寸成形技术。与现有的压力成形、流动成形及近几年发展起来的原位凝固胶态成形方法相比，均具有明显的优越性。首先与压力成形相比，由于凝胶状物料为在压力下具有流动性避免了因压力传递困难造成的形状受限制的问题，具有良好的流动性和传递压力的能力的坯料，在压力作用下容易成形复杂形状坯体。与注射成形及热压铸成形相比避免了因使用大量高分子粘结剂与石蜡所造成的长时间脱脂，排腊问题，注射成形需加入20～30wt％的有机粘结剂，热压铸成形需加入12～16wt％的甚至更多的石蜡，而本专利技术只需加入不足5wt％的有机物，使排腊工艺显著简化，脱脂时间大大缩短。与注浆成形与胶态成形相比，坯料含固量高，并克服了手工浇注造成的工艺不稳定和重复性差的缺点，也克服了注浆成形的石膏模精度低与成形坯体密度小而不均的问题。本专利技术制备的陶瓷坯体不仅密度高，而且密度均匀，因而其强度得到提高，力学性能也显著改善。此外，无需用浇注系统，降低了生产成本。实施例1氧化铝陶瓷件的胶态模压成形。市售2-Al2O3原料，颗粒平均直径1μm，在去离子水中溶入18wt％的丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺形成预混液，丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺比例为62∶1，预混液中加入0.3wt％Al2O3粉体质量的有机分散剂--改性的聚丙烯酸铵，然后加入Al2O3粉体，加入量为预混液和陶瓷粉体总量的65wt％体积分数，将上述配制的陶瓷浓悬浮体进行搅拌球磨10h，制备在压力下具有流动性的坯料，将坯料温度保持在20℃，按1000g水加3ml过硫酸铵的比例在坯料中加入过硫酸铵引发剂，边均匀搅拌边进行真空除泡，将搅拌好的坯料通过挤压设备挤压出呈现棒状的凝胶物料，将棒状凝胶物料切成段，放入模压腔，闭模后在压力下充型并保压，所加压力0.6MPa，加热保持模腔温度在50℃，15s后凝胶物料在温度和压力的作用下固化成形，脱模获得陶瓷坯件。实施例2Si3N4陶瓷部件的胶态模压成形Si3N4颗粒的直径为0.6μm，在去离子水中配置含有18wt％丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺形成预混液，丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺的比例为62∶1，在预混液中加入0.1wt％Si3N4陶瓷粉体质量的分散剂聚甲基丙烯酸铵，然后加入Si3N4陶瓷粉体，加入量为预混液和陶瓷粉体总量的58vol％体积分数，将上述配制的陶瓷浓悬浮粉体进行搅拌球磨24小时，制备在压力下具有流动性的坯料，将坯料温度保持在20℃，按每1000g水中加2ml过硫酸铵的比例在坯料中加入过硫酸铵引发剂，混合均匀并进行真空除泡，将搅拌好的坯料通过挤压设备挤出棒状的凝胶状物料，将棒状的凝胶物料放入模压腔，闭模后在10MPa压力下充型保压，加热保持模压腔温度在60℃，30秒后凝胶物料固化成形，脱模后得到Si3N4陶瓷坯体。实施例3碳化硅陶瓷部件的胶态模压成形SiC为市售工业原料，颗粒的直径为0.6μm，在去离子水中配制含有14wt％的环氧乙烷单体和乙二醇的预混液，环氧乙烷单体和乙二醇比例为10∶1。在预混液中加入0.3wt％碳化硅陶瓷粉体质量的分散剂氢氧化四甲基铵，然后加入碳化硅陶瓷粉体，加入量为预混液和陶瓷粉体总量60vol％体积分散，将上述配制的陶瓷浓悬浮体搅拌球磨18小时，制备在压力下具有流动性的坯料，将坏料温度保持在20℃，按1000g水加2ml四甲基乙二胺的比例在坯料中加入引发剂，边均匀搅拌边进行真空除泡，将搅拌好的坯料通过挤压设备挤压出呈棒状的凝胶物料，将棒状的凝胶物料切成段，放入模压腔，闭模后在压力下充型并保压，加压力为10MPa，同时加热保持模压腔温度在60℃，10秒后凝胶物料在温度和压力的作用固化成形，脱模获得碳化硅陶瓷坯件。本专利技术的关键，一是要保证配置后的坯料稳定，压缩流动过程可靠，二是要实现快速原位固化，固化时间应控制在1s～20min。固化速度快，工艺的可控性、可操作性变差，反之，固化速度慢，生产效率低。解决的办法是通过调节单体、引发剂种类和用量，降低坯料温度来延迟固化时间，坯料固化前的停放、操作过程中，温度应控制在0～25℃之间，故盛装坯料的容器与压机加料室应采用水冷，坯料快速固化成形的实现是通过加热模具和加压保压实现的，也就是说，坯料在充型前不允许出现任何固化现象，而在充满型腔后应尽快固化成形。权利要求1.一种陶瓷胶态模压成形技术，其特征在于该技术包括以下步骤a、配料，在水中加入6～35wt％的有机单体和交联单体配制成预混液，有机单体与交联单体的比例为5∶1～250∶1之间，并在预混液中加入陶瓷粉体质量0.05～1wt％的有机分散剂，再在上述预混液加入陶瓷粉体，加入量为预混液和陶瓷粉体总量的50～85vol％体积分数；b、搅拌，将上述配制的陶瓷浓悬浮粉体进行搅拌球磨1～24h，制备在压力下具有流动性的坯料，将坯料温度保持在0～25℃，按每1000g水中加入0.1～30ml引发剂的比例往坯料中加引发剂，边均匀搅拌边进行真空除泡；c、挤压，将上述搅拌好的坯料通过挤压设备挤压出凝胶状的物料；d、模压，将挤压出的凝胶状物料放入模压腔，闭模后在压力下充型并保压，所加压力在0.1～200MPa，保压时间为5～20min；e、加热固化，保持模压腔温度在25～95℃，凝胶状的物料在温度和压力的作用下固化成形，脱模获得陶瓷坯件。2.根据权利要求1所述的陶瓷胶态模压成形技术，其特征在于上述挤压步骤中挤压出的凝胶状物料为棒状物料。3.根据权利要求1或2所述的陶瓷胶态模压成形技术，其特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷胶态模压成形技术，其特征在于：该技术包括以下步骤：ａ、配料，在水中加入６～３５ｗｔ％的有机单体和交联单体配制成预混液，有机单体与交联单体的比例为５∶１～２５０∶１之间，并在预混液中加入陶瓷粉体质量０．０５～１ｗｔ％的有机分散剂， 再在上述预混液加入陶瓷粉体，加入量为预混液和陶瓷粉体总量的５０～８５ｖｏｌ％体积分数；ｂ、搅拌，将上述配制的陶瓷浓悬浮粉体进行搅拌球磨１～２４ｈ，制备在压力下具有流动性的坯料，将坯料温度保持在０～２５℃，按每１０００ｇ水中加入０．１～３ ０ｍｌ引发剂的比例往坯料中加引发剂，边均匀搅拌边进行真空除泡；ｃ、挤压，将上述搅拌好的坯料通过挤压设备挤压出凝胶状的物料；ｄ、模压，将挤压出的凝胶状物料放入模压腔，闭模后在压力下充型并保压，所加压力在０．１～２００ＭＰａ，保压时间为 ５～２０ｍｉｎ；ｅ、加热固化，保持模压腔温度在２５～９５℃，凝胶状的物料在温度和压力的作用下固化成形，脱模获得陶瓷坯件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施江澜，
申请(专利权)人：施江澜，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]