一種陶瓷燒結(jié)助劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燒結(jié)助劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種陶瓷燒結(jié)助劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]陶瓷材料是用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機(jī)非金屬材料。人類對(duì)陶瓷材料的使用可以追溯到公元前8000年前的新石器時(shí)代，當(dāng)時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)了最早的陶器。經(jīng)過漫長的歷史發(fā)展，陶瓷材料從最初的通過天然原料如長石、粘土和石英等進(jìn)行燒結(jié)得到的絕大組成元素為硅、氧、鋁這三種元素組成的普通陶瓷，逐漸演變到目前結(jié)構(gòu)和組成更加多樣化的和多功能化的先進(jìn)陶瓷材料。
[0003]隨著科技的進(jìn)步，陶瓷材料的發(fā)展也是一直在迅速推進(jìn)。隨著更多需求的出現(xiàn)，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中所需要的抗高氣壓、抗高電壓、抗高溫腐蝕的結(jié)構(gòu)陶瓷與絕緣陶瓷，又或者其它力學(xué)、光、聲、電、磁、熱等性能所需要的壓電陶瓷、借點(diǎn)陶瓷、磁性陶瓷等，研宄工作者一直致力于研發(fā)和制備具有不同性能的、表現(xiàn)優(yōu)異的新型陶瓷材料。
[0004]研宄工作者通過向基礎(chǔ)陶瓷材料中引入功能因子，如稀土元素鑭、鈰、鐠、釹或者過渡金屬鉻、錳、鉬、鎢等，以賦予陶瓷材料新的功能，新的生命。另外一方面，研宄工作者還對(duì)陶瓷材料的加工技術(shù)不斷進(jìn)行著改進(jìn)。通過調(diào)節(jié)陶瓷材料中，存在晶相的種類，各種晶相的空間三維分布，各晶相間孔隙率以及玻璃相大小的控制等等手段，調(diào)控以及優(yōu)化陶瓷材料的性能。然而目前，尚未存在一種較為普適的方法，可以通過簡單調(diào)節(jié)原料組分而較為簡便地得到材質(zhì)均勻的、性能多樣而優(yōu)異的陶瓷材料的方法。
[0005]多金屬氧簇是一類由過渡金屬通過氧橋鍵連接而成的陰離子簇合鹽，其組成多樣，常見的金屬組成元素有鉬、鎢、釩、錳等，近幾年也多有報(bào)導(dǎo)稀土元素如鑭、釤、銪、鈰等組成的多金屬氧簇。而且如其名所言，一種多金屬氧簇中可能包括有兩種、三種甚至于多種的金屬元素組成，而且可以明確其組成比例以及幾何結(jié)構(gòu)。因此，將多金屬氧簇作為一種陶瓷材料的燒結(jié)助劑具有明顯的優(yōu)勢，即通過添加一種燒結(jié)助劑就可以一次性往陶瓷材料中添入多種功能因子如稀土元素，而且這種添加方式中，幾種功能因子之間的比例可以嚴(yán)格地得到控制。
[0006]聚電解質(zhì)也稱高分子電解質(zhì)，是一類線型或支化的合成和天然水溶性高分子，其結(jié)構(gòu)單元上含有能電離的基團(tuán)，可用作增稠劑、分散劑、絮凝劑、乳化劑、懸浮穩(wěn)定劑、膠粘劑等。本發(fā)明人考慮，將多金屬氧簇與陽離子聚電解質(zhì)進(jìn)行復(fù)合得到陶瓷燒結(jié)助劑，具有普適性和多效性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種陶瓷燒結(jié)助劑及其制備方法，該方法步驟簡單，該陶瓷燒結(jié)助劑具有普適性和多效性。
[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種陶瓷燒結(jié)助劑，由多金屬氧簇和水溶性陽離子聚電解質(zhì)組成。
[0009]優(yōu)選的，所述多金屬氧簇包括Keggin型多金屬氧簇、Wells-Dawson型多金屬氧簇、Anderson型多金屬氧簇和Waugh型多金屬氧簇。
[0010]優(yōu)選的，所述多金屬氧簇的化學(xué)式為H4[GeMo12O4J.8H20、H6[W9N130(OH)2].6H20或 H3 [CrMo6O24H6]。
[0011]優(yōu)選的，所述水溶性陽離子聚電解質(zhì)包括季銨化的聚乙烯亞胺、季銨化的聚乙烯胺、季銨化的聚乙烯吡啶和季銨化的聚氨基吡啶。
[0012]優(yōu)選的，所述水溶性陽離子聚電解質(zhì)的分子構(gòu)型為直鏈聚合物、支鏈聚合物、超支化聚合物或樹枝狀聚合物。
[0013]優(yōu)選的，所述水溶性陽離子聚電解質(zhì)的分子分均正電荷數(shù)與水溶性陽離子聚電解質(zhì)的摩爾數(shù)乘積大于多金屬氧簇中心陰離子簇的負(fù)電荷數(shù)與多金屬氧簇的摩爾數(shù)乘積。
[0014]優(yōu)選的，所述水溶性陽離子聚電解質(zhì)的分子分均正電荷數(shù)與水溶性陽離子聚電解質(zhì)的摩爾數(shù)乘積是多金屬氧簇中心陰離子簇的負(fù)電荷數(shù)與多金屬氧簇的摩爾數(shù)乘積的1.2倍。
[0015]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種陶瓷燒結(jié)助劑的制備方法，包括以下步驟:
[0016]將水溶性陽離子聚電解質(zhì)水溶液與多金屬氧簇水溶液混合，調(diào)節(jié)pH值為5?6，攪拌后得到陶瓷燒結(jié)助劑。
[0017]優(yōu)選的，所述混合步驟具體為:
[0018]將多金屬氧簇溶于水中得到多金屬氧簇水溶液；
[0019]向所述多金屬氧簇水溶液中加入濃度為20%的水溶性陽離子聚電解質(zhì)水溶液。
[0020]優(yōu)選的，所述攪拌的時(shí)間為0.5?2h。
[0021]本發(fā)明提供了一種陶瓷燒結(jié)助劑及其制備方法，由多金屬氧簇和水溶性陽離子聚電解質(zhì)組成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于多金屬氧簇由多種金屬構(gòu)成，利用其作為燒結(jié)助劑可以通過引入多樣的功能成分，從而給陶瓷燒結(jié)體帶來多樣的功能性和優(yōu)異的機(jī)械性能；同時(shí)多金屬氧簇的本質(zhì)是一類具有確定結(jié)構(gòu)的無機(jī)陰離子簇，而陽離子聚電解質(zhì)在本質(zhì)上則是一類聚合物鏈上帶有正電荷的聚電解質(zhì)，因此陽離子聚電解質(zhì)與多金屬氧簇進(jìn)行復(fù)合是一種簡單易行的帶有反電荷的離子混合，具有普適性，不僅可以通過聚電解質(zhì)的溶解性質(zhì)提高多金屬氧簇在粉料顆粒中的穩(wěn)定性，更有利于將多金屬氧簇負(fù)載的多種功能因子均勻地分散在陶瓷原料粉料中，從而使得采用了本發(fā)明的陽離子聚電解質(zhì)與多金屬氧簇復(fù)合的陶瓷燒結(jié)助劑的陶瓷材料整體均勻性更好，更加有利于提高所制備陶瓷材料的功能性。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1采用陽離子聚電解質(zhì)與多金屬氧簇復(fù)合的陶瓷燒結(jié)助劑輔助燒結(jié)的氧化鋁燒結(jié)體的EELS掃描結(jié)果，橫坐標(biāo)為掃描尺度，縱坐標(biāo)為Mo含量的相對(duì)豐度；
[0023]圖2為實(shí)施例2采用陽離子聚電解質(zhì)與多金屬氧簇復(fù)合的陶瓷燒結(jié)助劑輔助燒結(jié)的氧化鋁燒結(jié)體的EELS掃描結(jié)果，橫坐標(biāo)為掃描尺度，縱坐標(biāo)為W含量的相對(duì)豐度；
[0024]圖3為實(shí)施例3采用陽離子聚電解質(zhì)與多金屬氧簇復(fù)合的陶瓷燒結(jié)助劑輔助燒結(jié)的氧化鋁燒結(jié)體的EELS掃描結(jié)果，橫坐標(biāo)為掃描尺度，縱坐標(biāo)為Mo含量的相對(duì)豐度。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0026]本發(fā)明實(shí)施例公開了一種陶瓷燒結(jié)助劑，由多金屬氧簇和水溶性陽離子聚電解質(zhì)組成。
[0027]按照本發(fā)明，所述多金屬氧簇優(yōu)選包括Keggin型多金屬氧簇、Wells-Dawson型多金屬氧簇、Anderson型多金屬氧簇和Waugh型多金屬氧簇，還優(yōu)選包括其他構(gòu)型的多金屬氧簇，所述多金屬氧簇包括但不限于鎢酸鹽、釩酸鹽和鉬酸鹽。其中，所述Keggin型多金屬氧簇的陰離子通式為[XM12O40]' X為P、S1、Ge或As，M為Mo或W ;所述Wells-Dawson型多金屬氧簇的陰離子通式為[X2M18O62]' X優(yōu)選為P、S1、Ge或As，M優(yōu)選為Mo或W ;所述Anderson型多金屬氧簇的陰離子通式為[ΧΜ6024]η_，Χ優(yōu)選為Μη、Α1、Ι或Te，M優(yōu)選為Mo或Wo更優(yōu)選的，所述多金屬氧簇的化學(xué)式SH4[GeMo12O4J.8H20, H6[W9N130 (OH)2].6H20或H3[CrMo6O24H6]。所述陰離子簇外圍為無機(jī)陽離子作為抗衡離子，可以是氫離子、鋰離子、鈉離子、鉀離子等。
[0028]所述水溶性陽離子聚電解質(zhì)優(yōu)選為聚季銨鹽，更優(yōu)選包括季銨化的聚乙烯亞胺、季銨化的聚乙烯胺、季銨化的聚乙烯吡啶和季銨化的聚氨基呲啶，其分子構(gòu)型優(yōu)選為直鏈聚合物、支鏈聚合物、超支化聚合物或樹枝狀聚合物，也可以為共聚物。
[0029]上述陽離子聚電解質(zhì)與多金屬氧簇復(fù)合的陶瓷材料燒結(jié)助劑中，陽離子聚電解質(zhì)與多金屬氧簇的復(fù)合條件有，水溶性陽離子聚電解質(zhì)的分子分均正電荷數(shù)與水溶性陽離子聚電解質(zhì)的摩爾數(shù)乘積優(yōu)選大于多金屬氧簇中心陰離子簇的負(fù)電荷數(shù)與多金屬氧簇的摩爾數(shù)乘積，更優(yōu)選的，所述水溶性陽離子聚電解質(zhì)的分子分均正電荷數(shù)與水溶性陽離子聚電解質(zhì)的摩爾數(shù)乘積是多金屬氧簇中心陰離子簇的負(fù)電荷數(shù)與多金屬氧簇的摩爾數(shù)乘積的1.2倍。以聚合度為100的聚4-乙烯基N-甲基吡啶鹽酸鹽和H3[CrMo6O24H6]為例，Imol的H3 [CrMo6O24H6]需要0.03mol以上4-聚乙烯基N-甲基吡啶鹽酸鹽，優(yōu)選0.036mol聚4-乙烯基N-甲基吡啶鹽酸