專利名稱：凝膠注模成型陶瓷漿料真空除氣泡的新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷成型技術(shù)，特別涉及利用加入阻聚劑以保證漿料在抽真空時不會固化的一種凝膠注模成型陶瓷漿料真空除氣泡的新方法。
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)模化生產(chǎn)直接相關(guān)。進入九十年代之后，圍繞著提高陶瓷坯體均勻性和解決陶瓷材料可靠性的問題，膠態(tài)原位凝固成型工藝應(yīng)運而生并成為研究的熱點，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(DirectCoagulation Casting)等新的成型方法相繼出現(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)雜陶瓷部件、良好的坯體均勻性、高的坯體強度、優(yōu)異的燒結(jié)性能，以及操作簡單、坯體中有機物含量低等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于各種陶瓷體系的成型。其原理是利用有機單體的交聯(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。
如果漿料中含有氣泡，那么漿料固化后氣泡就會保留在坯體內(nèi)部，影響最終成品的質(zhì)量，因此在注模前必須經(jīng)過除氣泡的步驟，最常用的方法就是真空除氣。但是在實際操作過程中存在一個問題。凝膠注模成型中，漿料在加入引發(fā)劑和催化劑后仍會有一段時間保持良好的流動性。這主要是由溶于漿料中的氧氣引起的，溶解在漿料中的氧氣能起到顯著的阻聚作用，它和活性自由基加成后形成反應(yīng)活性很低的過氧自由基，從而使得聚合停止。直到氧氣消耗完畢后漿料才開始固化。因為往漿料中加入催化劑、引發(fā)劑時必須攪拌，而攪拌會在漿料中引入新的氣泡，所以真空除氣通常是在加入催化劑、引發(fā)劑后進行的。陶瓷漿料中含水量僅為20wt％左右，溶于其中的氧氣一方面要和引發(fā)劑分解產(chǎn)生的自由基反應(yīng)，另一方面又由于抽真空而迅速揮發(fā)。因此如果抽真空的時間較長，氧很容易全部消耗掉，使得漿料在真空除氣的過程中就提前固化；如果抽真空的時間太短，又會使得漿料中的氣泡未除盡。而且，某些陶瓷粉料中含有微量的還原性離子，這些離子會與引發(fā)劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使得漿料更容易固化，這樣允許的操作時間就更短了。要解決這一問題，可以往陶瓷漿料中加入無揮發(fā)性的阻聚物質(zhì)，以保證漿料在氧氣消耗完畢后也不會固化。其中的關(guān)鍵就在于尋找合適的阻聚物質(zhì)，既有較高的阻聚效率，又不影響注模后漿料的固化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種凝膠注模成型陶瓷漿料真空除氣泡的新方法，其特征在于在漿料中加入引發(fā)劑、催化劑后再加入以吩噻嗪和鄰苯二酚復(fù)合使用作為阻聚劑，可以保證漿料在抽真空除氣時不會固化，依次按如下步驟進行1).將丙烯酰胺和N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺以150∶1-5∶1的重量配比溶于去離子水中配成預(yù)混液，丙烯酰胺濃度為6-35wt％，N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺濃度為0.1-1wt％，加入陶瓷粉料和分散劑球磨得到30-60wt％的陶瓷漿料；2).在攪拌條件下往陶瓷漿料中加入引發(fā)劑，加入后在漿料中濃度為0.2-10mmol/L、2-3mmol催化劑后再加入阻聚劑，繼續(xù)攪拌1-10分鐘待分散均勻后，抽真空除氣10-15分鐘除氣泡，得到流動性良好且基本無氣泡的漿料，可直接用于注模。
所述阻聚劑是將濃度為5~50mmol/L的吩噻嗪和濃度為5~500mmol/L的鄰苯二酚按摩爾比2∶1~1∶10溶于乙醇中配成。
所述阻聚劑加入漿料后使吩噻嗪和鄰苯二酚在漿料中的濃度分別為0.01mmol/L～0.2mmol/L和0.1mmol/L～3.0mmol/L。
所述引發(fā)劑可用過硫酸銨、過硫酸鉀或過氧化氫所述催化劑為N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。
本發(fā)明的有益效果是在漿料中加入引發(fā)劑、催化劑后又加入了阻聚劑，利用加入的阻聚劑延長漿料固化所需的時間，從而保證真空除氣足夠的操作時間，又保證了后續(xù)工藝中漿料的順利固化。
具體實施例方式
本發(fā)明提出了一種凝膠注模成型陶瓷漿料真空除氣泡的新方法，在漿料中加入引發(fā)劑、催化劑和以吩噻嗪和鄰苯二酚復(fù)合使用作為阻聚劑，可以保證漿料在抽真空除氣時不會固化，依次按如下步驟進行本發(fā)明重點利用加入的阻聚劑延長漿料固化所需的時間，從而保證真空除氣有足夠的操作時間，同時適當?shù)募尤肓坑直ＷC了后續(xù)工藝中漿料的順利固化。首先按凝膠注模成型法，將濃度為6-35wt％的有機單體丙烯酰胺單體和和濃度為0.1-1wt％的交聯(lián)劑亞甲基雙丙烯酰胺溶于去離子水中配成預(yù)混液，再在預(yù)混液中加入陶瓷粉料和分散劑配成高固相含量，粘度小于1Pa·s的陶瓷漿料。在攪拌條件下往漿料中加入0.2-10mmol/L的過硫酸銨、過硫酸鉀或過氧化氫作引發(fā)劑和催化劑N，N，N’，N’-四甲基乙二胺2-3mmol，再加入將濃度為5~50mmol/L的吩噻嗪和濃度為5~500mmol/L的鄰苯二酚按摩爾比2∶1~1∶10溶于乙醇中配成阻聚劑加入漿料后，使吩噻嗪和鄰苯二酚在漿料中的濃度分別為0.01mmol/L～0.2mmol/L和0.1mmol/L～3.0mmol/L，然后對漿料進行真空除氣，得到流動性良好且基本無氣泡的漿料。
下面再舉實施例對本發(fā)明予以進一步說明。
實施例1以市售TiO2為原料，配制成50vol％的漿料。取0.125g吩噻嗪，0.345g鄰苯二酚，溶于100ml乙醇配成阻聚劑。取100ml漿料，在攪拌條件下加入0.14mmol過硫酸銨，2mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。在環(huán)境溫度30℃條件下抽真空除氣10分鐘后漿料已經(jīng)固化。再取100ml漿料，在攪拌條件下加入0.14mmol過硫酸銨，2mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺和100μl阻聚劑。在環(huán)境溫度30℃條件下抽真空除氣10分鐘后，漿料流動性良好且注模后固化時間基本不變。
實施例2以市售Al2O3為原料，配制成55vol％的漿料。取0.125g吩噻嗪，0.345g鄰苯二酚，溶于100ml乙醇配成阻聚劑。取100ml漿料，在攪拌條件下加入0.25mmol過硫酸鉀，3mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。在環(huán)境溫度30℃條件下抽真空除氣15分鐘后漿料已經(jīng)固化。再取100ml漿料，在攪拌條件下加入0.25mmol過硫酸鉀，3mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺和200μl阻聚劑。在環(huán)境溫度30℃條件下抽真空除氣10分鐘后，漿料流動性良好且注模后固化時間基本不變。
實施例3以市售Al2O3為原料，配制成55vol％的漿料。取0.125g吩噻嗪，0.345g鄰苯二酚，溶于100ml乙醇配成阻聚劑。取100ml漿料，在攪拌條件下加入0.25mmol過氧化氫，3mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。在環(huán)境溫度30℃條件下抽真空除氣15分鐘后漿料已經(jīng)固化。再取100ml漿料，在攪拌條件下加入0.25mmol過氧化氫，3mmol N，N，N’，N’-四甲基乙二胺和200μl阻聚劑。在環(huán)境溫度30℃條件下抽真空除氣10分鐘后，漿料流動性良好且注模后固化時間基本不變。
權(quán)利要求
1.一種凝膠注模成型陶瓷漿料真空除氣泡的新方法，其特征在于在漿料中加入引發(fā)劑、催化劑后再加入以吩噻嗪和鄰苯二酚復(fù)合使用作為阻聚劑，可以保證漿料在抽真空除氣時不會固化，依次按如下步驟進行1).將丙烯酰胺和N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺以150∶1-5∶1的配比溶于去離子水中配成預(yù)混液，丙烯酰胺濃度為6-35wt％，N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺濃度為0.1-1wt％，加入陶瓷粉料球磨得到30-60wt％的陶瓷漿料；2).在攪拌條件下往陶瓷漿料中加入引發(fā)劑、加入后在漿料中濃度為0.2-10mmol/L、2-3mmol催化劑后再加入阻聚劑，繼續(xù)攪拌1-10分鐘待分散均勻后，抽真空除氣10-15分鐘除氣泡，得到流動性良好且基本無氣泡的漿料，可直接用于注模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述凝膠注模成型陶瓷漿料真空除氣泡的新方法，其特征在于所述阻聚劑是將濃度為5～50mmol/L的吩噻嗪和濃度為5～500mmol/L的鄰苯二酚按摩爾比2∶1～1∶10溶于乙醇中配成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述凝膠注模成型陶瓷漿料真空除氣泡的新方法，其特征在于所述阻聚劑加入漿料后使吩噻嗪和鄰苯二酚在漿料中的濃度分別為0.01mmol/L～0.2mol/L和0.1mmol/L～3.0mmol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述凝膠注模成型陶瓷漿料真空除氣泡的新方法，其特征在于所述引發(fā)劑可用過硫酸銨、過硫酸鉀或過氧化氫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述凝膠注模成型陶瓷漿料真空除氣泡的新方法，其特征在于所述催化劑為N，N，N’，N’-四甲基乙二胺。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于陶瓷成型技術(shù)的一種利用加入阻聚劑以保證漿料在抽真空時不會固化的凝膠注模成型陶瓷漿料真空除氣泡的新方法。在漿料中加入引發(fā)劑、催化劑和以吩噻嗪和鄰苯二酚復(fù)合使用作為阻聚劑，攪拌均勻后，抽真空除氣10－15分鐘除氣泡，得到流動性良好且基本無氣泡的漿料，可直接用于注模。加入的阻聚劑延長漿料固化所需的時間，從而保證真空除氣有足夠的操作時間，同時適當?shù)募尤肓坑直ＷC了后續(xù)工藝中漿料的順利固化。
文檔編號C04B33/00GK1557769SQ20041003911
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月6日
發(fā)明者楊金龍, 戴春雷, 黃勇 申請人:清華大學(xué)