【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及陶瓷材料，具体为一种抗菌型高韧陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
1、陶瓷材料具有优异的耐磨性、耐腐蚀性、抗高温性能，被广泛应用在航空航天、汽车制造、电子器件等领域。然而陶瓷是多晶材料，而晶界存在阻碍位移，导致传统陶瓷材料存在固有脆性，一是结构中经常会含有大量微裂纹，二是存在抗冲击性能差、断裂韧性低等缺陷，使得其在应用性上存在局限性。
2、另一方面，传统陶瓷材料在抗菌性也存在局限性，该附加性能的增加越来越受到关注。陶瓷材料中一般引入银、锌、钛、铜等材料增强抗菌性能，其中银成本较高，且引入存在氧化变色等缺点，而锌、钛抗菌性较低。而铜系列抗菌材料具有高熔点和高温稳定性等有限，抗菌性也较为优异；但是其引入陶瓷材料中时存在分散性差和易流失的问题，使得抗菌性下降。
3、综上，解决上述问题，制备一种具有较高韧性、优异抗菌性能的陶瓷材料将在医疗器械、食品加工等领域发挥重要作用，有效拓展陶瓷材料的应用领域。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种抗菌型高韧陶瓷材料及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1：将改性聚硼硅氮烷与氧化锌、碳纤维、钨粉依次加入乙醇溶液中，调节ph＝3.3±0.2，在60～65℃下搅拌3～5小时，洗涤，干燥，得到原料a；将原料a与高岭土、石英、硅灰石、天青石、白云石、钾长
5、步骤2：将改性聚硼硅氮烷与氧化锌、碳纤维依次加入乙醇溶液中，调节ph＝3.3±0.2，在60～65℃下搅拌3～5小时，洗涤，干燥，得到原料b；将原料b与石英、白云石、钾长石、硅灰石、石灰石、改性水滑石混合得到基础釉料；将基础釉料与去离子水、研磨球混合，研磨，得到釉浆；
6、步骤3：将素坯表面均匀涂覆釉浆，在750～900℃下煅烧20～30min，升温至1200～1300℃煅烧60～80min；冷却至室温，得到抗菌型高韧陶瓷材料。
7、进一步方案中，所述素坯包括以下质量份原料：26～31份高岭土、10～15份石英、15～25份硅灰石、12～20份天青石、5～7份白云石、6～8份钾长石、3～5份氧化锌、0.5～1.2份碳纤维、1～2份钨粉、2.5～4.8份改性聚硼硅氮烷。
8、进一步方案中，所述基础釉料包括以下质量份原料：28～36份石英、15～25份白云石、12～20份钾长石、5～7份硅灰石、10～15份石灰石、4～6份氧化锌、0.5～1.2份碳纤维、0.5～0.8份改性聚硼硅氮烷、6～8份改性水滑石；所述基础釉料与去离子水、研磨球的质量比为1:(0.5～0.6):3。
9、进一步方案中，所述碳纤维的为短切丝，长度为3～6mm，单丝直径为7～10μm。
10、进一步方案中，所述改性聚硼硅氮烷的制备，包括以下步骤：将液态聚硼硅氮烷、烯丙基三甲氧基硅烷、二甲基丙烯酸氧化锆、过氧化二异丙苯混合均匀，在130～135℃下搅拌反应12～20小时，得到改性聚硼硅氮烷；其中，烯丙基三甲氧基硅烷占液态聚硼硅氮烷的4～5wt％、二甲基丙烯酸氧化锆占液态聚硼硅氮烷1～1.5wt％；过氧化二异丙苯的加入量为0.5～0.8wt％。
11、进一步方案中，所述改性水滑石的制备，包括以下步骤：将液态聚硼硅氮烷、正丁醇锆依次加入四氢呋喃中混合均匀；加入烯丙基水滑石、水合甲基丙烯酸铜、过氧化二异丙苯，搅拌均匀，然后置于真空反应釜中，在120～125℃下反应4～5小时，得到杂化产物，将其浸泡在乙醇中置换客体分子一周，每天更换两次乙醇；然后置于烘箱中干燥，得到改性水滑石。
12、进一步方案中，所述改性水滑石包括以下质量份原料：6～8份液态聚硼硅氮烷、2.5～3.2份正丁醇锆、5～6份烯丙基水滑石、0.6～0.8份水合甲基丙烯酸铜、0.1～0.2份过氧化二异丙苯。
13、进一步方案中，所述烯丙基水滑石的制备，包括以下步骤：(1)将水滑石超声分散至去离子水中，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和n-羟基琥珀酰亚胺的混合溶液，搅拌均匀；加入烯丙基胺，在40～50℃反应3～4小时，离心、水洗、干燥，得到固体产物；(2)将固体产物再次分散在去离子水中，加入无水硫酸铜和钨酸钙的混合水溶液中，调节ph＝5±0.2，在70～75℃下搅拌反应10～12小时，冷却、冷冻干燥，得到烯丙基水滑石。
14、进一步方案中，烯丙基水滑石中，水滑石与烯丙基胺的质量比为1:(0.05～0.06)；固体产物与无水硫酸铜、钨酸钙的质量比为10:(1.6～1.8):(0.4～0.6)。
15、进一步方案中，一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法制备得到的抗菌型高韧陶瓷材料，所述抗菌型高韧陶瓷材料包括素坯和釉层，釉层的厚度为2～5mm。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：方案中，通过优化改善素坯和釉料中的组分，有效在增强抗菌性能的基础上，协同提高陶瓷材料的断裂韧性。
17、(1)方案中，在素坯中引入了氧化锌、碳纤维，其中，氧化锌具有抗菌性，同时与氧化锌、碳纤维可以作为增强填料，有效增强陶瓷材料的强度，而碳纤维采用短丝碳纤维，相较于长丝，短丝形态，在分散应力、阻止陶瓷材料裂纹拓展，降低易脆性上具有更好的增韧性。此外，由于碳纤维的引入量有效，且增强填料分散性问题，进一步引入了钨粉和改性聚硼硅氮烷；钨粉的引入可以增加素坯的致密度，从而增强素坯的性能。而改性聚硼硅氮烷是以液体聚硼硅氮烷为基础接枝烯丙基三甲氧基硅烷、二甲基丙烯酸氧化锆而得到的，由于含有硅氧基可以作为分散剂增强均匀分散性，抑制聚集；同时改性聚硼硅氮烷接枝有二甲基丙烯酸氧化锆，在煅烧后会形成sibcn-zro2，可以进一步协同碳纤维有效增韧。以此，通过多种物质有效增强素坯的断裂韧性和抗菌性。
18、(2)方案中，为了有效增强陶瓷材料的抗菌性能，并保证陶瓷材料的断裂韧性，在釉料中，不仅同样引入了氧化锌、碳纤维、改性聚硼硅氮烷；还另外引入了改性水滑石用于表面抗菌性和断裂韧性的增强。其中，改性水滑石是以烯丙基水滑石为基础，表面包裹液态聚硼硅氮烷、正丁醇锆的杂化凝胶，煅烧后可以产生sibcn-zro2多孔气凝胶，有效提高表面釉层的韧性。而烯丙基水滑石是以水滑石为载体表面接枝烯丙基胺，且负载硫酸铜而得到的，由于烯丙基水滑石表面含有烯丙基，可以作为交联剂，从而交联液态聚硼硅氮烷，形成气凝胶前体。而负载的硫酸铜在煅烧后可以形成ca2cuo3，具有优异的抗菌性。此外，由于水滑石表面部分位点被烯丙基胺占据，使得铜离子负载降低，使得抗菌性仍需进一步增加；因此，在硫酸铜负载过程中，还引入了钨酸钙，在制备改性水滑石过程中，进一步引入了水合甲基丙烯酸铜；一是增加ca2cuo3的形成量，二是钨的高温掺杂可以增强金属化合物的抗菌性。以此本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述素坯包括以下质量份原料：26～31份高岭土、10～15份石英、15～25份硅灰石、12～20份天青石、5～7份白云石、6～8份钾长石、3～5份氧化锌、0.5～1.2份碳纤维、1～2份钨粉、2.5～4.8份改性聚硼硅氮烷。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述基础釉料包括以下质量份原料：28～36份石英、15～25份白云石、12～20份钾长石、5～7份硅灰石、10～15份石灰石、4～6份氧化锌、0.5～1.2份碳纤维、0.5～0.8份改性聚硼硅氮烷、6～8份改性水滑石；所述基础釉料与去离子水、研磨球的质量比为1:(0.5～0.6):3。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述碳纤维的为短切丝，长度为3～6mm，单丝直径为7～10μm。
5.根据权利要求1所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述改性聚硼硅氮烷的
6.根据权利要求1所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述改性水滑石的制备，包括以下步骤：将液态聚硼硅氮烷、正丁醇锆依次加入四氢呋喃中混合均匀；加入烯丙基水滑石、水合甲基丙烯酸铜、过氧化二异丙苯，搅拌均匀，然后置于真空反应釜中，在120～125℃下反应4～5小时，得到杂化产物，将其浸泡在乙醇中置换客体分子一周，每天更换两次乙醇；然后置于烘箱中干燥，得到改性水滑石。
7.根据权利要求6所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述改性水滑石包括以下质量份原料：6～8份液态聚硼硅氮烷、2.5～3.2份正丁醇锆、5～6份烯丙基水滑石、0.6～0.8份水合甲基丙烯酸铜、0.1～0.2份过氧化二异丙苯。
8.根据权利要求6所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述烯丙基水滑石的制备，包括以下步骤：(1)将水滑石超声分散至去离子水中，加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺的混合溶液，搅拌均匀；加入烯丙基胺，在40～50℃反应3～4小时，离心、水洗、干燥，得到固体产物；(2)将固体产物再次分散在去离子水中，加入无水硫酸铜和钨酸钙的混合水溶液中，调节PH＝5±0.2，在70～75℃下搅拌反应10～12小时，冷却、冷冻干燥，得到烯丙基水滑石。
9.根据权利要求8所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：烯丙基水滑石中，水滑石与烯丙基胺的质量比为1:(0.05～0.06)；固体产物与无水硫酸铜、钨酸钙的质量比为10:(1.6～1.8):(0.4～0.6)。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法制备得到的抗菌型高韧陶瓷材料，其特征在于：所述抗菌型高韧陶瓷材料包括素坯和釉层，釉层的厚度为2～5mm。
...【技术特征摘要】
1.一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述素坯包括以下质量份原料：26～31份高岭土、10～15份石英、15～25份硅灰石、12～20份天青石、5～7份白云石、6～8份钾长石、3～5份氧化锌、0.5～1.2份碳纤维、1～2份钨粉、2.5～4.8份改性聚硼硅氮烷。
3.根据权利要求1所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述基础釉料包括以下质量份原料：28～36份石英、15～25份白云石、12～20份钾长石、5～7份硅灰石、10～15份石灰石、4～6份氧化锌、0.5～1.2份碳纤维、0.5～0.8份改性聚硼硅氮烷、6～8份改性水滑石；所述基础釉料与去离子水、研磨球的质量比为1:(0.5～0.6):3。
4.根据权利要求1所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述碳纤维的为短切丝，长度为3～6mm，单丝直径为7～10μm。
5.根据权利要求1所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述改性聚硼硅氮烷的制备，包括以下步骤：将液态聚硼硅氮烷、烯丙基三甲氧基硅烷、二甲基丙烯酸氧化锆、过氧化二异丙苯混合均匀，在130～135℃下搅拌反应12～20小时，得到改性聚硼硅氮烷；其中，烯丙基三甲氧基硅烷占液态聚硼硅氮烷的4～5wt％、二甲基丙烯酸氧化锆占液态聚硼硅氮烷1～1.5wt％；过氧化二异丙苯的加入量为0.5～0.8wt％。
6.根据权利要求1所述的一种抗菌型高韧陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述改性水滑石的制备，包括以下步骤：将液态聚硼...
【专利技术属性】
技术研发人员：许锐生，许家熹，许文森，许展玮，
申请(专利权)人：广东派陶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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