專利名稱：一種水基流延制備陶瓷薄片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷材料領(lǐng)域，特別涉及一種水基流延制備陶瓷薄片的方法。
背景技術(shù)：
流延成型是一種能夠獲得高質(zhì)量、超薄型陶瓷基片的成型方法。其特點是設備簡單，工藝穩(wěn)定，可連續(xù)操作，生產(chǎn)效率高，可實現(xiàn)高度自動化。按所用的溶劑來分，流延工藝可分為非水系列和水溶性系列兩類。從實際應用來看，非水系列的流延工藝比較成熟，制備的陶瓷薄片結(jié)構(gòu)均勻，強度高，柔韌性好，便于儲存和加工，已經(jīng)得到廣泛的應用。但由于非水系列流延工藝使用的溶劑中有的帶有苯環(huán)，具有一定的毒性，污染環(huán)境，而且成本較高。而水基流延采用水作為溶劑，有機物含量低，成本低，對人體健康無害，環(huán)境相容性好。因此，研究以水作為溶劑代替有機溶劑體系日益受到人們的重視。目前的水基流延工藝專利不多，大多數(shù)采用水溶性的高分子作為粘結(jié)劑。成型時通過溶劑水的揮發(fā)，使粘結(jié)劑在陶瓷顆粒間形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，形成具有一定強度和柔韌性的薄片。但是由于水的蒸發(fā)速率較慢，干燥困難，工藝過程對干燥環(huán)節(jié)依賴性強，干燥過程中易造成坯體收縮開裂，并產(chǎn)生有機物成分梯度分布，漿料中的固相含量較低，而且不能顯著降低粘結(jié)劑、增塑劑等中有機物的用量。針對上述缺點，曾有人改進過流延成型機理，通過單體聚合反應形成的高聚物網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)得到陶瓷薄片的水基凝膠流延成型工藝。該工藝可以避免容易導致成型失敗的干燥環(huán)節(jié)，得到較高質(zhì)量的流延薄片。但該工藝的主要缺點是單體聚合反應存在氧氣阻聚以及采用的單體有毒等，因此該工藝的應用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種水基流延制備陶瓷薄片的方法，其特征在于先將海藻酸鈉溶解混入流延漿料中，再加入碘酸鈣，用作在混合溶液中引入鈣離子誘發(fā)海藻酸鈉凝膠，從而導致漿料原位固化成膜、成型，并加入適量的乳膠，用于提高陶瓷坯體的強度。
水基流延制備薄片陶瓷材料的成型工藝；主要包括以下步驟1).海藻酸鈉與水混合溶解制成濃度為1-3wt％溶液，加入適量的乳膠和分散劑，并混合均勻；乳膠用量占海藻酸鈉溶液和乳膠總體積的20-40vol％；所使用分散劑用量占陶瓷粉的0.1-1wt％；Wt＝重量百分比；2).陶瓷粉料加入含分散劑的的水溶液中，然后加入適量的增塑劑，制備出陶瓷漿料。漿料中陶瓷粉體體積百分含量在40-55％之間；增塑劑加入量為漿料總體積的1-3％；3).將上述陶瓷漿料混合球磨24-60小時，加入約占陶瓷粉的0.5-2wt％的凝膠劑并混合均勻；4).在3中得到的漿料中加入除泡劑，然后在室溫下抽真空除泡；除泡劑加入量為漿料總體積的1-2％；5).將除泡后的漿料流延，得到流延膜；6).將流延膜置于在40-80℃下，引發(fā)海藻酸鈉凝膠，經(jīng)過30-90分鐘可以固化脫膜。
所述乳膠為全丙乳膠、苯丙乳膠和乙丙乳膠三類中的任意一種、兩種或三種；所述分散劑為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨、檸檬酸銨、四甲基氫氧化銨中之一種。
所述凝膠劑為碘酸鈣。
所述增塑劑為甘油和鄰苯二甲酸二丁酯中的一種或兩種復合為增塑劑。
所述除泡劑為磷酸三丁酯，同時用作為成膜助劑以提高乳膠的成膜質(zhì)量。
本發(fā)明的有益效果為1).使用水作為溶劑，消除了使用有機溶劑造成的環(huán)境污染問題，可以大大降低生產(chǎn)成本并改善工作條件；2).采用無毒的高分子作為粘結(jié)劑，不會對人體造成傷害；3).用于成型的有機物添加量少，可以免除單獨的脫脂工藝，從而縮短工藝周期，降低能耗和生產(chǎn)成本；4).漿料可以達到較高的固相含量，所得陶瓷薄片密度較高；
5).由于海藻酸鈉的原位固化，接近于凈尺寸成型，幾乎沒有體積收縮；6).降低了工藝對干燥環(huán)節(jié)的依賴，陶瓷坯體均勻性好；7).脫模時間較短，提高了工作效率；具體實施方式
本發(fā)明為水基流延制備陶瓷薄片的方法，它是先將海藻酸鈉溶解混入流延漿料中，再加入碘酸鈣，用作在混合溶液中引入鈣離子誘發(fā)海藻酸鈉凝膠，從而導致漿料原位固化成膜、成型，并加入適量的乳膠，用于提高陶瓷坯體的強度。本發(fā)明的成型工藝，主要包括以下步驟1).海藻酸鈉與水混合溶解制成濃度為1-3wt％溶液，加入適量的乳膠和分散劑，并混合均勻；乳膠用量占海藻酸鈉溶液和乳膠總體積的20-40vol％；所使用分散劑用量占陶瓷粉的0.1-1wt％；Wt＝重量百分比；2).陶瓷粉料加入含分散劑的的水溶液中，然后加入適量的增塑劑，制備出陶瓷漿料。漿料中陶瓷粉體體積百分含量在40-55％之間；增塑劑加入量為漿料總體積的1-3％；3).將上述陶瓷漿料混合球磨24-60小時，加入約占陶瓷粉的0.5-2wt％的凝膠劑并混合均勻；4).在3中得到的漿料中加入除泡劑，然后在室溫下抽真空除泡；除泡劑加入量為漿料總體積的1-2％；5).將除泡后的漿料流延，得到流延膜；6).將流延膜置于在40-80℃下，引發(fā)海藻酸鈉凝膠，經(jīng)過30-90分鐘可以固化脫膜。
在上述工藝中所用乳膠為全丙乳膠、苯丙乳膠和乙丙乳膠三類中的任意一種、兩種或三種；所用分散劑為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨、檸檬酸銨、四甲基氫氧化銨中之一種；所用凝膠劑為碘酸鈣；所用增塑劑為甘油和鄰苯二甲酸二丁酯中的一種或兩種的復合劑；所用除泡劑為磷酸三丁酯，同時用作為成膜助劑以提高乳膠的成膜質(zhì)量。本流延工藝很容易實現(xiàn)，可適用于多種陶瓷粉體(包括Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4等)。成型的坯片表面光潔、強度高、柔韌性好，內(nèi)部均勻性好。下面舉例進一步對本發(fā)明予以說明。
實施例140毫升水中加入1.2克海藻酸鈉攪拌溶解制成溶液，在加入10ml苯丙乳膠后加入200克氧化鋁粉和1克聚丙烯酸分散劑，加入甘油1.5ml，然后混合球磨24小時制得陶瓷漿料；加入碘酸鈣2克，磷酸三丁酯1.5ml，除泡后流延并在60℃下固化，40分鐘后得到固化的坯片。
實施例230毫升水中加入0.3克海藻酸鈉攪拌溶解制成溶液，然后加入苯丙乳膠20ml、128克碳化硅粉和0.1毫升四甲基氫氧化銨分散劑，加入鄰苯二甲酸二丁酯0.9ml，然后混合球磨48小時制得陶瓷漿料；加入碘酸鈣2克，磷酸三丁酯1.8ml，除泡后流延并在40℃下固化，90分鐘后得到固化的坯片。
實施例330毫升水中加入0.6克海藻酸鈉攪拌溶解制成溶液，在加入全丙乳膠20ml后加入128克氮化硅粉和0.2毫升四甲基氫氧化銨分散劑，加入甘油1.2ml，然后混合球磨60小時制得陶瓷漿料；加入碘酸鈣1克，磷酸三丁酯1.8ml，除泡后流延并在60℃下固化，60分鐘后得到固化的坯片。
實施例440毫升水中加入0.8克海藻酸鈉攪拌溶解制成溶液，在加入苯丙乳膠10ml后加入300克氧化鋯粉和1.5克檸檬酸銨分散劑，加入甘油2ml，混合球磨36小時制得陶瓷漿料；加入碘酸鈣2克，磷酸三丁酯1ml，除泡后流延并在80℃下固化，30分鐘后得到固化的坯片。
權(quán)利要求
1.一種水基流延制備陶瓷薄片的方法，其特征在于先將海藻酸鈉溶解混入流延漿料中，再加入碘酸鈣，用作在混合溶液中引入鈣離子誘發(fā)海藻酸鈉凝膠，從而導致漿料原位固化成膜、成型，并加入適量的乳膠，用于提高陶瓷坯體的強度；水基流延制備薄片陶瓷材料的成型工藝，主要包括以下步驟1).海藻酸鈉與水混合溶解制成濃度為1-3wt％溶液，加入適量的乳膠和分散劑，并混合均勻；乳膠用量占海藻酸鈉溶液和乳膠總體積的20-40vol％；所使用分散劑用量占陶瓷粉的0.1-1wt％；Wt＝重量百分比；2).陶瓷粉料加入含分散劑的的水溶液中，然后加入適量的增塑劑，制備出陶瓷漿料。漿料中陶瓷粉體體積百分含量在40-55％之間；增塑劑加入量為漿料總體積的1-3％；3).將上述陶瓷漿料混合球磨24-60小時，加入約占陶瓷粉的0.5-2wt％的凝膠劑并混合均勻；4).在3中得到的漿料中加入除泡劑，然后在室溫下抽真空除泡；除泡劑加入量為漿料總體積的1-2％；5).將除泡后的漿料流延，得到流延膜；6).將流延膜置于在40-80℃下，引發(fā)海藻酸鈉凝膠，經(jīng)過30-90分鐘可以固化脫膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水基流延制備陶瓷薄片的方法，其特征在于所述乳膠為全丙乳膠、苯丙乳膠和乙丙乳膠三類中的任意一種、兩種或三種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水基流延制備陶瓷薄片的方法，其特征在于所述分散劑為聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨、檸檬酸銨、四甲基氫氧化銨中之一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水基流延制備陶瓷薄片的方法，其特征在于所述凝膠劑為碘酸鈣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水基流延制備陶瓷薄片的方法，其特征在于所述增塑劑為甘油和鄰苯二甲酸二丁酯中的一種或兩種復合為增塑劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種水基流延制備陶瓷薄片的方法，其特征在于所述除泡劑為磷酸三丁酯，同時用作為成膜助劑以提高乳膠的成膜質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明公開屬于陶瓷材料一種水基流延制備陶瓷薄片的方法。該方法首先將海藻酸鈉水溶液和乳膠以一定比例混合配成預混液，然后將陶瓷粉和分散劑加入預混液制成陶瓷漿料。將配置好的陶瓷漿料球磨混合后加入凝膠劑，然后抽真空除泡并在流延機上進行流延。該流延工藝容易實現(xiàn)，適用于多種陶瓷粉料，干燥快速，成型的坯膜強度高，柔韌性好，內(nèi)部均勻。
文檔編號C04B35/63GK1390808SQ0212521
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月17日
發(fā)明者黃勇, 余志勇, 崔學民, 歐陽世翕 申請人:清華大學