一种氧化铝陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化铝陶瓷的制备方法，首先取水和氨水混合得到pH＝8

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铝陶瓷的制备方法


[0001]本专利技术属于结构陶瓷材料
，具体涉及一种氧化铝陶瓷的制备方法。

技术介绍

[0002]氧化铝陶瓷属于离子晶体，Al
3+
和O2‑
以键能较高的离子键相结合，键能较高，所以氧化铝陶瓷具有熔点高、强度高、可耐超高温、电绝缘性佳及化学稳定性高等优点，因此是目前陶瓷材料中应用最多的工业陶瓷材料之一，被广泛应用于机械、化工、电子电力和医学等方面。氧化铝陶瓷制品目前在国内市场需求非常巨大，根据不完全统计，每年我国对氧化铝陶瓷的需求已经超过几百亿元，近年来更以每年10～20％的幅度递增。
[0003]由于陶瓷材料本质上是一种脆性材料，加上其高硬度、高耐磨性等特点，增加了加工过程中的难度及加工成本。目前，纯度在95％以上的氧化铝陶瓷一般采用干压或等静压等方法成型，涉及昂贵的设备，价格较高。除了设备成本高外，烧结温度高也是成本高的一个原因。因此如何降低成本、提高产品的性能，成为氧化铝陶瓷板的一个重要开发方向。
[0004]近年来，为了降低成本，不断有研究者提出了新型的制备方法。其中，凝胶注模方法的出现，使得低成本的氧化铝陶瓷制品成为可能。相对于干压法/等静压成型中压机/等静压机成本较高的特点而言，凝胶注模法工艺简单，不需要对压机和模具投入过多的资金，也不需要粉末造粒工序，因此有可能极大地降低工业成本。另外，凝胶注模方法可以获得内部结构较为均匀的生坯，脱模后经过机械加工，再结合烧结，即可获得平板以及复杂形状的陶瓷零部件。因此，具有很大的商业潜力。然而，从商业角度看，目前采用凝胶注模技术制备氧化铝陶瓷依然存在一些短板，导致凝胶注模技术依然还没有被工业界广泛采用。比如，文献《水基凝胶注模成型制备氧化铝陶瓷薄板的工艺研究》(硕士论文)采用单体体系和大分子明胶体系制备了氧化铝陶瓷板。但是该论文中采用了有毒的丙烯酰胺体系制备氧化铝陶瓷板，这种不环保的技术路线不利于批量工业化生产。又如，专利《一种大尺寸高纯氧化铝陶瓷材料的制备方法》(专利申请号：201210290964.5)中把单体丙烯酰胺替换成了具有低毒性的二甲基丙烯酰胺，虽然将传统方法进行了改进，但有机添加剂使用较多，使得陶瓷的致密度降低，能否应用到工业生产上仍有待商榷。文献《琼脂糖凝胶注模成型制备氧化铝陶瓷的研究》(期刊)利用琼脂糖作为胶凝剂，该胶凝剂虽然是环保型的，但胶凝剂仍然使用量过多，使得所制备的氧化铝陶瓷的体积密度仅为3.42g/cm3，抗弯强度只有94.05MPa。专利《防止翘曲变形的大规格平面陶瓷坯体凝胶注模成型方法》(专利申请号：201810934123.0)，此专利依旧针对了传统的丙烯酰胺体系如何去防止翘曲和变形的问题，虽然在变形问题上取得了一定的成果，但是凝胶体系有毒的问题没有得到解决。
[0005]总结而言，开发一种新型的凝胶注模技术制备氧化铝陶瓷，需要注意以下几个方面：1)浆料体系必须是环保的，否则有毒物质的使用会带来人身安全问题；2)添加剂含量必须尽可能低，才能获得高致密度的氧化铝陶瓷，否则会使得陶瓷的抗折强度大大下降；3)胶凝体系干燥及烧结后，要不发生变形，否则所制备的氧化铝板容易开裂或形状发生改变；4)所采用的添加剂和胶凝剂必须便宜，否则会增加工业成本，还不如采用干压或等静压方法
成型。因此，开发新型的凝胶注模工艺，需同时满足上述4条才有可能得到商业化应用。但目前所报道的文献或专利，往往不能同时兼顾以上4条。因此针对这些问题，本专利提出了一种制备氧化铝陶瓷的新型工艺，以环保型的凝胶体系为基础，所添加有机物总量不到粉体总量的1.5％，即可获得不开裂、不变形、高强度、价格低的大面积氧化铝陶瓷制品，将来在工业上将会有重要的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种氧化铝陶瓷的制备方法，省去了造粒工艺和昂贵的压机/等静压设备投资，工艺简单、成本低廉，制成的陶瓷生坯强度高、不变形、不开裂，可以进行简单的机械加工后即可形成商品，大大节约生产成本。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是，一种氧化铝陶瓷的制备方法，具体按照以下步骤实施：
[0008]步骤1、配制预混液：取水和氨水混合得到pH＝8
‑
11的氨水溶液，搅拌均匀后待用，将胶凝剂A加入上述氨水溶液中，得到预混液A；
[0009]步骤2、制备浆料：称取氧化铝粉和烧结助剂A，二者混合后得到粉料A，将粉料A与所述步骤1得到的预混液A混合，并加入分散剂A，搅拌均匀后，球磨10～12h，得到固含量为65～75wt％的浆料；最后将浆料在真空环境中进行真空除气；
[0010]步骤3、注模：将所述步骤2得到的浆料进行加热，然后将浆料倒入模具中，并在室温下静置后脱模；
[0011]步骤4、干燥：将所述步骤3脱模后的样品先在室温下干燥后，再放入烘箱中干燥，得到氧化铝陶瓷生坯；
[0012]步骤5、烧结：将所述步骤4得到的氧化铝陶瓷生坯进行烧结，保温，后冷却至室温，即获得氧化铝陶瓷。
[0013]本专利技术的特点还在于，
[0014]步骤1中所用的胶凝剂A为复配型胶凝剂，即魔芋粉和黄原胶的混合物，二者重量比为(2～3):(3～2)，胶凝剂A的含量为所配氨水溶液重量的0.3～0.6％。
[0015]步骤2中，所述烧结助剂A为氧化钛、氧化钇、氧化镧、氧化镁、硝酸钇、硝酸镧、硝酸镁、碳酸镁中任意一种或多种的组合。
[0016]步骤2中，所述烧结助剂A的含量是氧化铝粉体重量的0.5～5％。
[0017]步骤2中，预混液A与粉料A按照重量比混合，具体为(25～35):(65～75)，分散剂A为聚丙烯酸铵，分散剂A的质量占粉料A质量的1
‑
2.5％。
[0018]步骤3中对浆料在80℃水浴条件下进行加热，加热时间为10～30min；浆料倒入模具中后在室温下静置时间为1～2小时。
[0019]步骤4将脱模后的样品在室温下干燥的时间为12
‑
36h，在烘箱中干燥的温度为35
‑
65℃，在烘箱中干燥的时间为24
‑
48h。
[0020]步骤5中将氧化铝陶瓷生坯进行烧结时以2～3℃/min的速率升至1450～1680℃，保温时间为2～6h。
[0021]本专利技术的有益效果是，是一种低成本的工艺技术，具体体现在：本专利技术采用了凝胶注模技术，不需要大型的压机，无需昂贵的硬质合金模具，也省去了粉体的喷雾造粒工序及
相关设备投资，且所采用的胶凝剂和分散剂含量低，价格非常便宜，因此很大程度上节省了工业成本。本专利技术一种氧化铝陶瓷的制备方法，它是一种环保型的制备方法，其环保性体现在：a)该方法不再使用传统有毒的单体体系进行陶瓷材料的制备，而是选用了一种环保型的胶凝剂，魔芋粉和黄原胶是天然水溶性大分子，无毒，可以实现绿色环保的工业生产；b)有机添加剂含量非常低，分散剂和胶凝剂的总比例仅占水质量的2％左右，占氧化铝粉体总质量的1％左右，比传统方法少了5倍左右。因此在烧结过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、配制预混液：取水和氨水混合得到pH＝8
‑
11的氨水溶液，搅拌均匀后待用，将胶凝剂A加入上述氨水溶液中，得到预混液A；步骤2、制备浆料：称取氧化铝粉和烧结助剂A，二者混合后得到粉料A，将粉料A与所述步骤1得到的预混液A混合，并加入分散剂A，搅拌均匀后，球磨10～12h，得到固含量为65～75wt％的浆料；最后将浆料在真空环境中进行真空除气；步骤3、注模：将所述步骤2得到的浆料进行加热，然后将浆料倒入模具中，并在室温下静置后脱模；步骤4、干燥：将所述步骤3脱模后的样品先在室温下干燥后，再放入烘箱中干燥，得到氧化铝陶瓷生坯；步骤5、烧结：将所述步骤4得到的氧化铝陶瓷生坯进行烧结，保温，后冷却至室温，即获得氧化铝陶瓷。2.根据权利要求1所述的一种氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤1中所用的胶凝剂A为复配型胶凝剂，即魔芋粉和黄原胶的混合物，二者重量比为(2～3):(3～2)，胶凝剂A的含量为所配氨水溶液重量的0.3～0.6％。3.根据权利要求1所述的一种氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，所述烧结助剂A为氧化钛、氧化钇、氧化镧、氧化镁...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈源清，邓椰凡，郭少华，汪泽瑾，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：