專利名稱：制備陶瓷小球的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及陶瓷膠態(tài)成型技術領域，屬于陶瓷膠態(tài)成型工藝制備不同用途的陶瓷材料及零部件的范疇，特別是一種制備陶瓷小球的方法。本發(fā)明還公開了該方法涉及的裝置。
目前，制備陶瓷磨球方法主要有機械法、粒化-滾動法、擠壓成型-滾動法、模具壓制法、熔化法和溶膠-凝膠法等。然而，對于制備高密度、耐磨的高質量低成本的陶瓷球，尤其是毫米級的陶瓷微珠，目前的制備方法都很難達到要求。
本發(fā)明是通過將水基的漿料滴入油性介質中，利用不同介質的界面張力成球，并在此過程中固化保形，最終無模具得到高密度、耐磨的陶瓷小球，其方法是a、將可產生自由基的有機單體和交聯劑與水混合溶解，可產生自由基的有機單體和交聯劑的總體的濃度是2-50％，有機單體與交聯劑的質量比是10-80∶1；b、將陶瓷粉料加入上述溶液并攪拌，加入陶瓷粉料的體積占加入陶瓷粉料后溶液總體積的百分比不小于50％，經球磨后制備出高固相含量的漿料，進行消泡處理，形成懸浮體；c、將引發(fā)劑邊攪拌邊加入上述懸浮體中，引發(fā)劑的用量是每100毫升的懸浮體中加入50-200微升的濃度為1-10％的引發(fā)劑水溶液；
d、將加入引發(fā)劑的懸浮體注入能夠調節(jié)直徑的漏斗，從漏斗滴下液態(tài)小球進入加熱的液體油性介質，形成陶瓷小球，收集小球、清洗、烘干、燒結。
上述制備陶瓷小球的方法涉及的裝置包括漏斗和漏斗上的調節(jié)漏斗直徑的裝置，漏斗下面是裝有液體油性介質的直立管，直立管的下部有閥門，直立管的下面有收集器，直立管的上部包有與加熱器相連的加熱套管。
本發(fā)明首先在有機單體水溶液中加入固體粉料和分散劑，制備出高固相含量的懸浮體或是具有流動性的漿料；然后加入引發(fā)劑并混合均勻。再將這種混合漿料通過可調節(jié)直徑的漏斗注入熱的油性介質中。依靠界而張力的作用，水基漿料在油性介質中成球形固化，這樣，就具有了如下優(yōu)點1、成球球形度高，均勻性高、質量好；2、由于聚合高分子與顆粒的結合作用，使成型后坯體的強度高、韌性好、不易破損，產生高密度、耐磨的陶瓷小球；3、由于漿料中固相含量≥50vol％，陶瓷小球干燥、燒結后收縮較小，容易控制球徑；4、由于本發(fā)明利用不同介質的界面張力成球，并在此過程中固化保形，因此不需要模具，成本低，可大批量生產。
本發(fā)明具體的實驗數據與現有技術的對照在后面具體實現方式的表中。
2、將陶瓷粉料加入上述單體預混液并攪拌分散，陶瓷粉料是氧化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化鋯中的一種或幾種，當然也可以是本領域技術人員根據氧化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化鋯能夠聯想到的其他陶瓷粉料，加入陶瓷粉料的體積占加入陶瓷粉料后溶液總體積的百分比不小于50％，經球磨后制備出高固相含量的漿料，將陶瓷粉料加入上述溶液的同時為提高漿料流動性，還可加入分散劑，分散劑是聚丙烯酸、聚丙烯酸銨、聚丙烯酰胺、檸檬酸銨的一種或幾種，用量是陶瓷粉料質量的0.5-2.0％。陶瓷粉料和分散劑與水溶液攪拌混合后，有可能產生少量氣泡，需要進行消泡處理。一種消泡處理是加入消泡劑稍微攪拌，該消泡劑是異辛醇、脂肪酸、磷酸三丁脂的一種或幾種，用量是陶瓷粉料質量的0.1-1％，另一種消泡處理是通過球磨后真空除泡，形成懸浮體。
3、將引發(fā)劑邊攪拌邊加入上述懸浮體中，引發(fā)劑是過硫酸鉀或過硫酸銨中的一種或兩種，當然也可以是本領域技術人員根據過硫酸鉀或過硫酸銨能夠聯想到的其他引發(fā)劑，用量是每100毫升的懸浮體中加入50-200微升的濃度為1-10％的引發(fā)劑水溶液；還可以同時加入催化劑四甲基乙二胺，其作用是加快反應的速度，其用量每100毫升的懸浮體中加入50-400微升的四甲基乙二胺。
4、將加入引發(fā)劑的懸浮體注入能夠調節(jié)直徑的漏斗(1)，

圖1是本發(fā)明的制備陶瓷小球的裝置的結構示意圖，在圖1中可以看到本發(fā)明制備陶瓷小球的裝置的結構，它包括漏斗(1)和漏斗(1)上的調節(jié)漏斗直徑的裝置(2)，調節(jié)漏斗直徑的裝置(2)在圖中是漏斗直徑閥，漏斗下面是裝有液體油性介質(4)的直立管(8)，該直立管(8)可以是直立的玻璃長管或者金屬長管，是裝置主體，長1-10m。直立管(8)的下部有閥門(6)，直立管(8)的下面有網狀收集器(7)，直立管(8)的1/2處以上包有與加熱器相連的加熱套管(9)。加入引發(fā)劑的懸浮體注入能夠調節(jié)直徑的漏斗(1)之后，通過漏斗直徑閥(2)來調節(jié)漏斗直徑，來調節(jié)漏出的液態(tài)小球(3)的大小，當小球(3)進入直立管(8)中加熱的液體油性介質(4)中時，依靠表面張力的作用成球。由于直立管(8)的1/2處以上包有與加熱器相連的加熱套管(9)，加熱套管中有熱水，熱水被加熱器加熱，可以依靠該加熱套管的熱水將油性介質(4)的溫度維持在40～90℃，該油性介質(4)如硅油、石蠟、食用油、機油等等，在重力的作用下，小球在下落的過程中固化成為具有一定強度的固態(tài)小球(5)。打開閥門(6)，固化的小球(5)下落至網狀收集器(7)中。然后進行清洗，烘干和燒結。
下面結合幾個實施例說明本發(fā)明。實施例1氧化鋁陶瓷小球的制備α-Al2O3為市售高純(＞99.99％)原料，平均粒徑為2.0μm。在100毫升的預混液(97.8wt％水+2wt％丙烯酰胺單體+0.2wt％亞甲基雙丙烯酰胺)中配置52vol％的氧化鋁漿料，即氧化鋁的體積占加入氧化鋁后溶液總體積的52％，在將氧化鋁加入上述溶液的同時還加入分散劑聚丙烯酸，用量是氧化鋁質量的0.6％，充分攪拌，球磨16小時，真空除泡，然后將60微升的催化劑四甲基乙二胺和60微升的引發(fā)劑過硫酸銨的1％的水溶液加入到漿料中，再攪拌。將上述漿料通過漏斗(1)經調節(jié)漏斗直徑閥(2)注入直立管(8)中熱的油性介質(4)中，油性介質的溫度是50℃，在表面張力的作用下，水基漿料在油性介質中自動成球形。經閥門(6)收集于網狀收集器(7)中，然后進行清洗、烘干、燒結成球。該實施例的實驗數據在后面的表中。實施例2氮化硅陶瓷小球的制備Si3N4為市售商業(yè)粉體，平均粒徑為0.6μm。具體方法是在100毫升的預混液(51.4wt％水+48wt％丙烯酸羥乙酯+0.6wt％亞甲基雙丙烯酰胺)中配置55vol％的氮化硅漿料，即氮化硅的體積占加入氮化硅后溶液總體積的55％，在將氮化硅加入上述溶液的同時還加入分散劑檸檬酸銨，用量是氮化硅質量的2.0％，充分攪拌，然后加入消泡劑異辛醇，用量是氮化硅質量的1％，稍微攪拌，然后將400微升的催化劑四甲基乙二胺和200微升的引發(fā)劑過硫酸銨的濃度為10％的水溶液加入到漿料中，再攪拌。將上述漿料通過漏斗(1)經調節(jié)漏斗直徑閥(2)注入直立管(8)熱的油性介質(4)中，油性介質的溫度是90℃，在表面張力的作用下，水基漿料在油性介質中自動成球形。經閥門(6)收集于網狀收集器(7)中，然后進行清洗、烘干、燒結成球。該實施例的實驗數據在后面的表中。實施例3氧化鋯陶瓷小球的制備ZrO2為市售商業(yè)粉體，平均粒徑為0.5μm。具體方法是在100毫升的預混液(79.6wt％水+20wt％甲基丙烯酸羥乙酯單體+0.4wt％亞甲基雙丙烯酰胺)中配置58vol％的氧化鋯漿料，即氧化鋯的體積占加入氧化鋯后溶液總體積的58％，充分攪拌，然后加入消泡劑脂肪酸，用量是氧化鋯質量的0.1％，稍微攪拌，然后將100微升的引發(fā)劑過硫酸鉀的濃度為5％的水溶液加入到漿料中。將上述漿料通過漏斗(1)經調節(jié)漏斗直徑閥(2)注入直立管(8)熱的油性介質(4)中，油性介質的溫度是60℃，在表面張力的作用下，水基漿料在油性介質中自動成球形。經閥門(6)收集于網狀收集器(7)中，然后進行清洗、烘干、燒結成球。該實施例的實驗數據在后面的表中。實施例4碳化硅陶瓷小球的制備SiC為市售商業(yè)粉體，平均顆粒尺寸0.7μm。具體方法是在100毫升的預混液(79.8wt％水+20wt％甲基丙烯酸羥丙酯單體+0.2wt％亞甲基雙丙烯酰胺)中配置60vol％的碳化硅漿料，即碳化硅的體積占加入碳化硅后溶液總體積的60％，充分攪拌，球磨16小時，真空除泡，然后將250微升的催化劑四甲基乙二胺和100微升的引發(fā)劑過硫酸銨的濃度為5％的水溶液加入到漿料中。將上述漿料通過漏斗(1)經調節(jié)漏斗直徑閥(2)注入直立管(8)熱的油性介質(4)中，油性介質的溫度是80℃，在表面張力的作用下，水基漿料在油性介質中自動成球形。經閥門(6)收集于網狀收集器(7)中，然后進行清洗、烘干、燒結成球。該實施例的實驗數據在后面的表中。
下表是實施例1-4的實驗數據與現有技術實驗數據的對比表。

從上表中可以看出，本發(fā)明大大提高了小球的球形度、相對密度，降低了制造成本。
權利要求
1.一種制備陶瓷小球的方法，其特征在于它包括以下步驟a、將可產生自由基的有機單體和交聯劑與水混合溶解，可產生自由基的有機單體和交聯劑的總體的濃度是2-50％，有機單體與交聯劑的質量比是10-80∶1；b、將陶瓷粉料加入上述溶液并攪拌，加入陶瓷粉料的體積占加入陶瓷粉料后溶液總體積的百分比不小于50％，制備出高固相含量的漿料，進行消泡處理，形成懸浮體；c、將引發(fā)劑邊攪拌邊加入上述懸浮體中，引發(fā)劑的用量是每100毫升的懸浮體中加入50-200微升的濃度為1-10％的引發(fā)劑水溶液；d、將加入引發(fā)劑的懸浮體注入能夠調節(jié)直徑的漏斗，從漏斗滴下液態(tài)小球進入加熱的液體油性介質，形成陶瓷小球，收集小球、清洗、烘干、燒結。
2.根據權利要求1所述的制備陶瓷小球的方法，其特征在于步驟a中，可產生自由基的有機單體是丙烯酰胺、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥丙酯中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的制備陶瓷小球的方法，其特征在于步驟a中，交聯劑是亞甲基雙丙烯酰胺。
4.根據權利要求1所述的制備陶瓷小球的方法，其特征在于步驟b中，陶瓷粉料是氧化鋁、氮化硅、碳化硅、氧化鋯中的一種或幾種。
5.根據權利要求1所述的制備陶瓷小球的方法，其特征在于步驟b中，將陶瓷粉料加入上述溶液的同時還加入分散劑，分散劑是聚丙烯酸、聚丙烯酸銨、聚丙烯酰胺、檸檬酸銨的一種或幾種，用量是陶瓷粉料質量的0.5-2.0％。
6.根據權利要求1所述的制備陶瓷小球的方法，其特征在于步驟b中，所述的消泡處理是加入消泡劑，該消泡劑是異辛醇、脂肪酸、磷酸三丁脂的一種或幾種，用量是陶瓷粉料質量的0.1-1％。
7.根據權利要求1所述的制備陶瓷小球的方法，其特征在于步驟b中，所述的消泡處理是通過球磨后真空除泡。
8.根據權利要求1所述的制備陶瓷小球的方法，其特征在于步驟c中，引發(fā)劑是過硫酸鉀或過硫酸銨中的一種或兩種。
9.根據權利要求1所述的制備陶瓷小球的方法，其特征在于步驟c中，引發(fā)劑加入懸浮體的同時還加入催化劑四甲基乙二胺，其用量每100毫升的懸浮體中加入50-400微升的四甲基乙二胺。
10.一種制備陶瓷小球的裝置，它是將權利要求1所述的加入引發(fā)劑的懸浮體制得陶瓷小球的裝置，其特征在于它包括漏斗(1)和漏斗(1)上的調節(jié)漏斗直徑的裝置(2)，漏斗下面是裝有液體油性介質(4)的直立管(8)，直立管(8)的下部有閥門(6)，直立管(8)的下面有收集器(7)，直立管(8)的上部包有與加熱器相連的加熱套管(9)。
全文摘要
一種制備陶瓷小球的方法，它將可產生自由基的有機單體和交聯劑與水混合溶解，將陶瓷粉料加入上述溶液并攪拌，經球磨后制備出高固相含量的漿料，進行消泡處理，形成懸浮體；將引發(fā)劑邊攪拌邊加入上述懸浮體中；將加入引發(fā)劑的懸浮體注入能夠調節(jié)直徑的漏斗，從漏斗滴下液態(tài)小球進入加熱的液體油性介質，形成陶瓷小球，收集小球、清洗、烘干、燒結。通過本發(fā)明的方法能夠制備出高密度、耐磨的高質量低成本的陶瓷小球。本發(fā)明還公開了其制備陶瓷小球的裝置。
文檔編號C04B35/622GK1468826SQ0212522
公開日2004年1月21日 申請日期2002年7月17日 優(yōu)先權日2002年7月17日
發(fā)明者楊金龍, 黃勇, 蔡鍇 申請人:楊金龍