專利名稱：凝膠注模成型陶瓷坯體排膠氣相預(yù)處理的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷成型中坯體排膠處理技術(shù)范圍，特別涉及利用降解坯體中有機(jī)物以保證陶瓷坯體在排膠過程中不開裂的一種凝膠注模成型陶瓷坯體排膠氣相預(yù)處理的新方法。
背景技術(shù)：
高性能陶瓷材料及部件的制備工藝是陶瓷材料開發(fā)和應(yīng)用的前提。而成型工藝在整個(gè)陶瓷材料的制備過程中起著承上啟下的作用，是保證陶瓷材料及部件的可靠性、成品率及可重復(fù)性的關(guān)鍵，與工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)直接相關(guān)。陶瓷的成型工藝分為干法成型和膠態(tài)成型兩大類。干法成型的坯體均勻性差，難以克服顆粒的團(tuán)聚，適合于制備形狀簡單的制品。膠態(tài)成型工藝，是把陶瓷顆粒分散在液體介質(zhì)中，制備出一定體積分?jǐn)?shù)的懸浮體，然后通過不同的凝固技術(shù)而成型一定密度的坯體的方法。傳統(tǒng)的膠態(tài)成型方法包括注漿成型、流延成型、熱壓鑄成型、注射成型等，目前已在工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。進(jìn)入九十年代之后，為了進(jìn)一步提高陶瓷坯體的均勻性并解決陶瓷材料的可靠性問題，膠態(tài)原位凝固成型工藝應(yīng)運(yùn)而生并成為研究的熱點(diǎn)，凝膠注模成型(Gelcasting)、溫度誘導(dǎo)絮凝成型(Temperature Induced Floculation)、直接凝固注模成型(Direct CoagulationCasting)等相繼出現(xiàn)。
其中，凝膠注模成型是近年來受到廣泛關(guān)注的一種重要的陶瓷原位凝固膠態(tài)成型工藝。它具有近凈尺寸成型復(fù)雜形狀陶瓷部件、良好的坯體均勻性、高的坯體強(qiáng)度、優(yōu)異的燒結(jié)性能，以及操作簡單、坯體中有機(jī)物含量低等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各種陶瓷體系的成型。其原理是利用有機(jī)單體的交聯(lián)反應(yīng)，將陶瓷粉料顆粒原位均勻地凝固在高分子彈性體中，從而制備一定形狀的制品。然而，用本方法制備得到的陶瓷坯體雖然有機(jī)物含量較低，但因?yàn)橛袡C(jī)單體彼此交聯(lián)形成了空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在采用傳統(tǒng)的熱脫脂工藝排膠時(shí)有很大困難，特別是大截面尺寸的陶瓷坯體排膠的成品率很低。
要解決這一問題，可以設(shè)法使坯體中的高聚物發(fā)生降解。這樣一方面網(wǎng)狀高聚物斷鏈成為線狀高聚物，甚至小分子，使得熱脫脂排膠過程中有機(jī)物更容易分解排出；另一方面高聚物降解斷鏈?zhǔn)古黧w的內(nèi)應(yīng)力得以釋放，使得排膠過程中坯體不會(huì)因?yàn)閺?qiáng)度下降而在內(nèi)應(yīng)力作用下開裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)的凝膠注模成型陶瓷坯體排膠氣相預(yù)處理的新方法。所述凝膠注模成型陶瓷坯體氣相預(yù)處理新方法依次按如下步驟進(jìn)行(1)凝膠注模成型制備的陶瓷坯體先在室溫15℃～40℃下避光陰干1～5天，再在烘箱中，在70℃～95℃下烘1～3天烘干；(2)將干燥后的陶瓷坯體用強(qiáng)氧化性氣體進(jìn)行氣相預(yù)處理；(3).將坯體升溫排膠，獲得完整不開裂的陶瓷坯體。
所述用強(qiáng)氧化性氣體氣相預(yù)處理為用臭氧濃度為5-600mg/l，進(jìn)行臭氧預(yù)處理處理5～30小時(shí)。
所述坯體升溫排膠處理規(guī)范為在20℃～300℃用10～20小時(shí)、在300℃～400℃用15～25小時(shí)、在400℃～600℃用5～15小時(shí)或在600℃～900℃用3～8小時(shí)中之一種。
本發(fā)明的有益效果在于對(duì)凝膠注模成型的陶瓷坯體在排膠前進(jìn)行了氣相預(yù)處理，降解凝膠注模成型陶瓷坯體中的高聚物。即利用臭氧的強(qiáng)氧化性降解有機(jī)物，對(duì)干燥后的坯體處理適當(dāng)時(shí)間，經(jīng)過熱脫脂排膠后可得到完整不開裂的坯體。本發(fā)明工藝簡單，成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明本發(fā)明是一種凝膠注模成型陶瓷坯體排膠的預(yù)處理方法。該凝膠注模成型陶瓷坯體氣相預(yù)處理新方法依次按如下步驟進(jìn)行(1)凝膠注模成型制備的陶瓷坯體先在室溫15℃～40℃下避光陰干1～5天，再在烘箱中，在70℃～95℃下烘1～3天烘干；
(2)將干燥后的陶瓷坯體強(qiáng)氧化性氣體臭氧(濃度為5-600mg/l)進(jìn)行氣相預(yù)處理處理5～30小時(shí)；(3)將坯體按照坯體升溫排膠處理規(guī)范為在20℃～300℃用25～60小時(shí)、在300℃～400℃用15～25小時(shí)、在400℃～600℃用5～15小時(shí)或在600℃～900℃用3～8小時(shí)中之一種升溫排膠，獲得完整不開裂的陶瓷坯體。
在陶瓷坯體凝膠注模成型過程中，由于有機(jī)單體和交聯(lián)劑發(fā)生聚合反應(yīng)，形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，陶瓷粉料顆粒被原位均勻地凝固在高分子彈性體中，從而制備出一定形狀的制品。待坯體干燥后，用臭氧處理適當(dāng)時(shí)間。臭氧能引發(fā)聚合物的自動(dòng)氧化反應(yīng)，使它們發(fā)生降解，即發(fā)生高聚物斷鏈。這一方面使大分子轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿?，另一方面使坯體的內(nèi)應(yīng)力得以釋放，均有利于后續(xù)的排膠工藝。處理適當(dāng)時(shí)間后將坯體取出，經(jīng)過排膠、燒結(jié)得到完整不開裂的陶瓷部件。
下面再舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1以莫來石為原料，顆粒平均粒徑為5μm，用凝膠注模成型方法制備直徑5.4cm，高4.1cm的圓柱形坯體。脫模后坯體在35℃下陰干3天，再在80℃下烘干4天。坯體干燥后用100mg/L濃度的臭氧在室溫下處理10小時(shí)，再經(jīng)過100℃，50小時(shí)排膠，得到完整不開裂的坯體。
實(shí)施例2以α-Al2O3為原料，顆粒平均粒徑為3μm，用凝膠注模成型方法制備直徑6.4cm，高5.9cm的圓柱形坯體。脫模后坯體在15℃下陰干5天，再在90℃下烘干2天。坯體干燥后用200mg/L濃度的臭氧在室溫下處理20小時(shí)，再經(jīng)過500℃，15小時(shí)排膠，得到完整不開裂的坯體。
權(quán)利要求
1.一種凝膠注模成型陶瓷坯體排膠氣相預(yù)處理的新方法，其特征在于所述凝膠注模成型陶瓷坯體氣相預(yù)處理新方法依次按如下步驟進(jìn)行(1)凝膠注模成型制備的陶瓷坯體先在室溫15℃～40℃下避光陰干1～5天，再在烘箱中，在70℃～95℃下烘1～3天烘干；(2)將干燥后的陶瓷坯體用強(qiáng)氧化性氣體進(jìn)行氣相預(yù)處理；(3)將坯體升溫排膠，獲得完整不開裂的陶瓷坯體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述凝膠注模成型陶瓷壞體排膠氣相預(yù)處理的新方法，其特征在于所述強(qiáng)氧化性氣體氣相預(yù)處理為用臭氧濃度為5-600mg/l，進(jìn)行臭氧預(yù)處理處理5～30小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述凝膠注模成型陶瓷壞體排膠氣相預(yù)處理的新方法，其特征在于所述坯體升溫排膠處理規(guī)范為20℃～300℃用10～20小時(shí)、300℃～400℃用15～25小時(shí)、400℃～600℃用5～15小時(shí)或600℃～900℃用3～8小時(shí)中之一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于陶瓷成型中坯體排膠處理技術(shù)范圍的利用降解坯體中有機(jī)物以保證陶瓷坯體在排膠過程中不開裂的一種凝膠注模成型陶瓷坯體排膠氣相預(yù)處理的新方法。用凝膠注模成型的陶瓷坯體利用臭氧降解坯體中的有機(jī)物，使網(wǎng)狀大分子斷鏈成為小分子，同時(shí)坯體的內(nèi)應(yīng)力得以釋放。處理后的坯體經(jīng)過熱脫脂排膠后完整不開裂，且內(nèi)部無缺陷。本發(fā)明工藝簡單，成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C04B33/00GK1559984SQ20041000474
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月1日
發(fā)明者楊金龍, 戴春雷, 黃勇 申請(qǐng)人:清華大學(xué)