本发明专利技术涉及一种提高凝胶浇注成型陶瓷浆料稳定性的混合引发体系和使
用方法。所述的混合引发体系包括四种组分，具体为去离子水，常用的引发
剂、常用的单体和有机胺。按照常规的凝胶浇注成型工艺，能够制备出固含
量50-60vol％左右、稳定的陶瓷浆料，粘度在300-600mPa·s左右。进一步固
化后可以得到结构均匀、致密的凝胶浇注素坯。本发明专利技术提出的混合引发体系，
得到的浆料稳定性好，工艺过程容易实现，可以低成本制备出高性能、复杂
形状的氧化物和非氧化物陶瓷材料，适用于块体或者多孔陶瓷的制备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种提高凝胶浇注成型陶瓷浆料稳定性的混合引发体系和使 用方法。属于陶瓷的制备工艺和应用领域。
技术介绍
随着现代科技的发展，高性能陶瓷部件的先进制备技术成为研究的重点 和热点之一，特别是大尺寸、复杂形状制品的制备技术。陶瓷材料在成型过 程中不但容易产生缺陷，而且形成的缺陷往往很难通过后续工艺得到弥补和消除。此外，陶瓷材料的高硬度、高耐磨性使得后续加工比较困难，加工成 本昂贵，对于复杂形状的制品，加工问题显得尤为棘手。因此成型技术作为 制备过程中的一个关键环节，直接影响到材料的烧结、加工和最终性能。凝胶浇注成型是美国橡树岭国家重点实验室(Oak Ridge laboratory)于20 世纪90年代初专利技术的一种新型陶瓷成型技术。它是将高分子化学、胶体化学 和陶瓷工艺学结合在一起的一种近净形状(nearnet-shape)成型方法。凝胶 浇注成型工艺使用的主要原料有溶剂、粉体、有机单体、交联剂、引发剂、 催化剂、分散剂和塑性剂等。其工艺关键是通过静电稳定或位阻稳定等胶态 体系的稳定机制，制备具有高固含量、低粘度的浆料。该工艺包括以下几个 过程首先将粉体分散在含有有机单体和交联剂的水溶液或非水溶液中，浇 注前加入引发剂和催化剂，充分搅拌均匀并脱气后，将浆料注入模具中。然 后在一定的温度条件下引发有机单体聚合，使浆料粘度骤增，从而导致浆料 原位凝固，形成湿坯。湿坯脱模后，在一定的温度和湿度条件下干燥，得到 高强度坯体，最后将干坯排胶并烧结，得到致密部件 1641-1649(1991). 2. Omatete OO， Janney MA, N薩SD， Gelcasting from laboratory development toward industrial production, /Ceraw. 5bc., 17(1997) 407-413.]。凝胶浇注成型工艺与其它成型工艺相比有显著的优势，该成型方法所用 的添加剂可以全部使用有机物，烧结后不会有杂质残留。该工艺成型的生坯 强度很高，能直接进行机加工，是一种较为新颖的近净尺寸原位固化成型技 术，可制作高质量、形状复杂的部件。为解决材料成型和加工难题提供了有 效的方法和途径，因而得到了广泛的关注并获得了长足的发展。虽然凝胶浇注成型已经成功地应用在氧化物和非氧化物陶瓷体系。但是 在成型过程中，添加引发剂之后，浆料往往中会出现团聚。这主要是由于两 个原因。 一是引发剂容易分解产生自由基，自由基和陶瓷浆料中的单体作用， 引发单体聚合，导致产生团聚体。自由基的浓度和引发剂溶液的浓度和溶液 温度直接相关。引发剂溶液浓度越高，温度越高，则引发剂分解产生的自由 基浓度也越高，添加后浆料中生成的团聚体的量也越多[l.马利国，黄勇，杨 金龙，苏亮，赵雷,凝胶注模成型固化过程及其影响因素-陶瓷浆料凝胶点测定及其影响因素的研究，成都大学学报(自然科学版)，215-10(2002). 2.向军 辉，黄勇，谢志鹏，杨金龙，A1203凝胶固化成型的影响因素，无机材料学 报，161101-1107(2001).]; 二是现有的引发剂溶液通常为酸性，而陶瓷浆 料通常需要在碱性区才能保持稳定。添加引发剂溶液能够直接导致浆料pH值 降低，因而导致浆料中陶瓷粉体的稳定性降低。常规的方法是采用降低引发剂的浓度 和弓1发剂溶液温度来降低弓I发剂的分解。例如将陶瓷浆料放在冰浴中混合。 这虽然在一定程度上能够降低引发剂的分解量，但是，并不能完全阻止引发 剂的分解，因此，不能从根本上控制浆料的稳定性。在添加引发剂之后，通 常还需要强烈搅拌，避免浆料中因为引发剂的突然加入而出现大的团聚。但 是，这也不能阻止团聚体的出现，只能使得生成的团聚体的尺寸变小。同时，在实际生产中，采用冰浴和强烈搅拌虽然可以减少团聚体的尺寸 和含量，但是浆料的浇注工艺会更加复杂，而且会增加生产成本，不利于工 业化和规模化的应用。因此，本专利技术拟提出一个简易的解决方案。通过采用 混合引发体系，替代常用的引发剂体系，来调控浆料的稳定性。不仅可以确 保桨料的稳定，而且使得得到的陶瓷素坯结构更加均匀，强度也得到提高。 为进一步制备高性能陶瓷材料奠定了基础。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高凝胶浇注成型陶瓷浆料稳定性的引发体 系和使用方法。也即本专利技术提供一种混合的引发体系，以解决凝胶浇注浆料 常见的团聚现象，确保凝胶浇注浆料在浇注前的稳定性，低成本制备出结构 均匀、高性能的凝胶浇注素坯。适合于氧化物和非氧化物陶瓷体系。为叙述清楚起见，拟将本专利技术提供的混合引发体系中的单体用单体2表 述，而传统的凝胶浇注浆料中的单体用单体l表述，实际上单体1和单体2均为 常规的单体体系。本专利技术提供的的引发体系。主要包括四种组分 一是去离子水，二是引 发剂，三是单体2，四是有机胺。其中引发剂为常用的水溶性引发剂系列。主 要包括以下三种，过硫酸铵/四甲基乙烯基二胺(APS - TEMED)、偶氮丙烷HC1 (azobis (2-(2-imidazolin國2國yl) propane} HC1 ) 及偶氮(2-眯基丙垸)HCl(azobis(2-amidinopropane)HCl)。引发剂 在去离子水中的质量含量控制在lwtn/。-50wtM之间。所述的单体包括陶瓷凝胶 浇注常用的单体体系为丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，二甲氨基丙基甲 基丙烯酰胺，羟乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙 烯酸羟丙酯、甲氧基聚乙二醇的单甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰氧乙基三甲基 氯化铵、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸钠、 丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N, N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、或乙烯基吡咯 烷酮以及它们的组合。所述的单体和引发剂的摩尔比例在0.1:1-2:1之间。有 机胺为含仲胺基团的有机小分子或大分子。常用的有二乙胺、N-甲基苯胺、 二苯胺、聚乙烯亚胺等。有机胺和引发剂的摩尔比在0.1:1-1:1之间。混合引 发体系的制备工艺如下:首先在去离子水中按照比例同时加入单体和有机胺， 混合10-20分钟后加入引发剂，继续混合20分钟后得到澄清溶液。在5-15。C温度下保存。采用本专利技术提出的混合的引发体系时，所述的凝胶浇注的基本组成为去 离子水、陶瓷粉体、分散剂、单体1、交联剂和混合引发体系。其中单体1 采用常规的单体体系。包括丙烯酸、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，二甲氨基丙 基甲基丙烯酰胺，羟乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲 基丙烯酸羟丙酯、甲氧基聚乙二醇的单甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰氧乙基三 甲基氯化铵、甲基丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸钠、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺(DMAA)、和乙烯基 吡咯烷酮以及它们的组合。单体1和去离子水的比例在30:100和10:100之 间。交联剂包括N,N，-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)和聚(乙烯醇)二甲基丙 烯酸。交联剂和单体1的质量比例为1:15-1:1之间。本专利技术采用的凝胶浇注成型工艺和常用的成型工艺相同。混合引发体系 的加入顺序和传统引发剂的加入顺序相同。加入量控制在凝胶浇注预混液含 量的0.02-0.5wty。之间。其基本过程如本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高凝胶浇注成型陶瓷浆料稳定性的混合引发体系，其特征在于所述的混合引发体系由去离子水、引发剂、单体（２）和有机胺组成，其中： ①所述的引发剂为水溶性引发剂，引发剂在去离子水中的质量百分含量为１－５０％； ②所述的单体（２）为 陶瓷凝胶浇注常用的单体体系，单体和引发剂的摩尔比为０．１∶１－２∶１； ③所述的有机胺为含仲胺基因的有机小分子或大分子，有机胺和引发剂的摩尔比为０．１∶１－１∶１。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张景贤，陈碧钦，江东亮，林庆玲，陈忠明，黄政仁，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31
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