一種利用溫控緩釋助燒劑中金屬離子固化陶瓷漿料的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種利用溫控緩釋助燒劑中金屬離子固化陶瓷漿料的方法，其包括如下步驟：首先將陶瓷粉體、分散劑、金屬氧化物助燒劑和水混合并充分球磨，得到顆粒表面帶負(fù)電的陶瓷漿料；然后將漿料真空攪拌除氣后加入酯類pH調(diào)節(jié)劑，攪拌均勻后注入模具中，在35℃～70℃放置1～5小時(shí)后脫模得到陶瓷濕坯，干燥后得到干坯；然后燒結(jié)得到陶瓷燒結(jié)體。本發(fā)明專利技術(shù)通過(guò)溫度控制酯類pH調(diào)節(jié)劑分解出酸與漿料中的助燒劑反應(yīng)釋放高價(jià)反離子，實(shí)現(xiàn)陶瓷漿料的直接凝固成型。采用該方法制備的素坯均勻性好，加入助燒劑可有效降低燒結(jié)溫度、提高燒結(jié)件致密度和綜合力學(xué)性能，具有適合任何帶負(fù)電的陶瓷漿料，環(huán)境友好，操作簡(jiǎn)單，便于規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

Method for solidifying ceramic slurry by using metal ion in temperature controlled slow release combustion promoter

The invention discloses a temperature control method using ceramic slurry curing burn can release metal ions in the agent, which comprises the following steps: firstly the ceramic powder, dispersing agent, metal oxide additives mixed with water and fully milling, get the particle surface with negative ceramic slurry; the slurry is then vacuum degassing after mixing join the ester pH regulator, stir into the mould, at 35 to 70 DEG C for 1 to 5 hours after the release to get wet ceramic blank, drying the drying; then the sintered ceramic sintered body. The invention uses the temperature control pH ester modifier to decompose the acid and react with the burning agent in the slurry to release the high valence anti ion, so as to realize the direct solidification forming of the ceramic slurry. The preparation method of blank, good uniformity, adding sintering agent can effectively reduce sintering temperature and improve the sintering density and mechanical properties, which is suitable for any negatively charged ceramic slurry, environmentally friendly, simple operation, easy to scale production.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種利用溫控緩釋助燒劑中金屬離子固化陶瓷漿料的方法
本專利技術(shù)屬于無(wú)機(jī)非金屬陶瓷漿料固化
，更具體地，涉及一種利用溫控緩釋助燒劑中金屬離子固化陶瓷漿料的方法。
技術(shù)介紹
直接凝固注模成型工藝(DirectCoagulationCasting，DCC)是通過(guò)尿素酶催化尿素使?jié){料的pH值調(diào)節(jié)至等電點(diǎn)導(dǎo)致顆粒間排斥能減小，或者增加與顆粒表面電荷相反的離子(反離子)濃度，通過(guò)反離子壓縮陶瓷顆粒表面的雙電子層縮短顆粒間距最終實(shí)現(xiàn)不同陶瓷漿料的原位固化。該工藝具有有機(jī)添加劑很少、坯體不需排膠、坯體密度均勻等優(yōu)點(diǎn)，可成型形狀復(fù)雜、高可靠性的陶瓷部件。但該法成型過(guò)程中陶瓷漿料固化時(shí)間較長(zhǎng)(1～3天)，容易產(chǎn)生裂紋等；制備的陶瓷濕坯強(qiáng)度較低(～100kPa)，不便脫模及后期處理。根據(jù)DLVO理論及Schulze-Hardy電價(jià)規(guī)則，清華大學(xué)的楊金龍教授課題組提出了一種新型的膠態(tài)成型方法，即陶瓷高價(jià)反離子直接凝固注模成型工藝(DirectCoagulationCastingviahighvalencecounterions，DCC-HVCI)，利用高價(jià)反離子對(duì)陶瓷漿料明顯的聚沉作用使陶瓷漿料原位固化。該方法制備的陶瓷濕坯強(qiáng)度較高(1～3MPa)、固化時(shí)間較短(1～6h)，不易產(chǎn)生裂紋，但在該方法中用以提供高價(jià)反離子的固化劑通常為碘酸鈣、檸檬酸鈣、檸檬酸鎂和磷酸鈣等無(wú)機(jī)鹽粉體，其對(duì)陶瓷體系本身的影響尚不明確，且固化劑加入后混合時(shí)間較短(～15min)，固化劑與陶瓷粉體混合不均導(dǎo)致漿料不能夠固化均勻，嚴(yán)重影響陶瓷燒結(jié)件的最終性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本專利技術(shù)的目的在于提供一種利用溫控緩釋助燒劑中金屬離子固化陶瓷漿料的方法，其中通過(guò)對(duì)關(guān)鍵的固化工藝原理、以及各個(gè)反應(yīng)參數(shù)(例如，溫度敏感的酯類pH調(diào)節(jié)劑的種類、添加比例、作用方式，以及陶瓷漿料的組成配比等)進(jìn)行改進(jìn)，與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠有效解決陶瓷漿料固化時(shí)間長(zhǎng)、得到的陶瓷濕坯強(qiáng)度低，又或引入其他雜質(zhì)、以及固化均勻性不高的問(wèn)題，本專利技術(shù)通過(guò)溫度控制酯類pH調(diào)節(jié)劑分解出酸與陶瓷漿料中的金屬氧化物助燒劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出高價(jià)反離子，實(shí)現(xiàn)陶瓷漿料的直接凝固成型，能夠避免固化過(guò)程中雜質(zhì)的引入，同時(shí)避免固化劑與陶瓷粉體混合不均導(dǎo)致的漿料固化不均勻等問(wèn)題；并且，本專利技術(shù)以助燒劑提供陶瓷漿料固化所需的高價(jià)反離子，不僅可以實(shí)現(xiàn)漿料的均勻固化，還可以有效降低燒結(jié)溫度、提高陶瓷致密度和綜合力學(xué)性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本專利技術(shù)，提供了一種利用溫控緩釋助燒劑中金屬離子固化陶瓷漿料的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將陶瓷粉體、分散劑、金屬氧化物助燒劑和水通過(guò)球磨混合均勻，以制備陶瓷粉體顆粒表面帶負(fù)電的陶瓷漿料；(2)將所述步驟(1)得到的所述陶瓷漿料在真空條件下攪拌除氣，接著，向所述陶瓷漿料中加入酯類pH調(diào)節(jié)劑，然后攪拌均勻；(3)將所述步驟(2)得到的所述陶瓷漿料注入模具中，然后控制所述陶瓷漿料的溫度，接著脫模即得到陶瓷濕坯；然后，將所述陶瓷濕坯進(jìn)行干燥處理即得到陶瓷干坯；(4)將所述步驟(3)得到的所述陶瓷干坯進(jìn)行燒結(jié)處理，從而得到陶瓷燒結(jié)體。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述陶瓷粉體為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、高嶺土、鋯鈦酸鉛、氮化硅、碳化硅和碳化鈦中的至少一種；優(yōu)選的，所述分散劑為檸檬酸銨、聚丙烯酸銨、四甲基氫氧化銨和多聚磷酸銨中的至少一種；優(yōu)選的，所述金屬氧化物助燒劑為氧化鎂、氧化釔、氧化銅和三氧化二鐵中的至少一種。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述陶瓷粉體占所述陶瓷漿料的固相體積分?jǐn)?shù)為50％～60％，所述分散劑的質(zhì)量為所述陶瓷粉體質(zhì)量的0.1％～1.5％；優(yōu)選的，所述金屬氧化物助燒劑的質(zhì)量為所述陶瓷粉體質(zhì)量的0.02％～2.00％。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(1)中，所述陶瓷漿料是通過(guò)球磨混合處理得到的；優(yōu)選的，所述球磨混合處理的球磨速率為200～400r/min，球磨時(shí)間為0.5～1.5h。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(2)中，所述酯類pH調(diào)節(jié)劑的添加體積為陶瓷漿料體積的0.5％～3.0％；優(yōu)選的，所述酯類pH調(diào)節(jié)劑為二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯、乳酸乙酯和乙酸乙酯中的至少一種。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(2)中，所述攪拌除氣的時(shí)間為10～30min；加入所述酯類pH調(diào)節(jié)劑后的所述攪拌是利用玻璃棒攪拌10～30s。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)中，所述模具為無(wú)孔模具；所述控制陶瓷漿料的溫度具體是將注入有所述陶瓷漿料的所述模具進(jìn)行水浴處理從而控制溫度；優(yōu)選的，所述水浴處理的水浴溫度為35℃～70℃，水浴時(shí)間為1～5h。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(3)中，所述干燥處理是將所述陶瓷濕坯在60～90℃條件下干燥24～48h。作為本專利技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)選，所述步驟(4)中，所述燒結(jié)處理具體是將所述陶瓷干坯升溫至1250℃～2200℃進(jìn)行保溫；優(yōu)選的，所述升溫的升溫速率為3℃～6℃/min，所述保溫的保溫時(shí)間為4～8h。通過(guò)本專利技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于利用溫度控制酯類pH調(diào)節(jié)劑分解出酸與陶瓷漿料中的金屬氧化物助燒劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出高價(jià)反離子壓縮陶瓷顆粒表面的雙電子層，實(shí)現(xiàn)陶瓷漿料的直接凝固成型。采用該方法制備的素坯均勻性好，由于助燒劑的加入還能夠有效降低燒結(jié)溫度、提高燒結(jié)件致密度和綜合力學(xué)性能，尤其適用于帶負(fù)電的陶瓷漿料的固化，并具有環(huán)境友好，操作簡(jiǎn)單，便于規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)先利用陶瓷粉體、分散劑、金屬氧化物助燒劑和水混合得到陶瓷漿料，陶瓷漿料中陶瓷粉體顆粒表面帶負(fù)電；然后，利用溫度控制酯類pH調(diào)節(jié)劑分解出酸與陶瓷漿料中的金屬氧化物助燒劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出高價(jià)反離子壓縮陶瓷顆粒表面的雙電子層，實(shí)現(xiàn)陶瓷漿料的直接凝固成型。本專利技術(shù)中的酯類pH調(diào)節(jié)劑是利用酯類發(fā)生水解反應(yīng)生成相應(yīng)的酸(由于起到調(diào)節(jié)pH值的作用，因此被稱作酯類pH調(diào)節(jié)劑)，并且，酯類的分解速率隨溫度的升高而加快，從而能夠利用簡(jiǎn)單的溫度控制調(diào)節(jié)其分解速率；酯類pH調(diào)節(jié)劑分解出的酸與金屬氧化物助燒劑反應(yīng)來(lái)釋放出高價(jià)反離子以增強(qiáng)漿料中的高價(jià)反離子濃度，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度，可有效控制酯類pH調(diào)節(jié)劑分解出酸的量，從而最終影響陶瓷漿料的固化速率。此外，本專利技術(shù)中未反應(yīng)的酯類、以及酯的反應(yīng)副產(chǎn)物，能通過(guò)干燥、以及燒結(jié)等高溫條件去除，能夠減少最終得到的陶瓷燒結(jié)體中所引入的雜質(zhì)?？傮w而言，通過(guò)本專利技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：1.本專利技術(shù)提供一種溫度控制酯類pH調(diào)節(jié)劑分解出酸與陶瓷漿料中的金屬氧化物助燒劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放出高價(jià)反離子，實(shí)現(xiàn)陶瓷漿料的直接凝固成型。2.本專利技術(shù)采用助燒劑提供高價(jià)反離子，避免了影響尚不明確的雜質(zhì)元素的引入，既可以有效地固化陶瓷漿料，又可以降低燒結(jié)溫度，提高燒結(jié)件致密度和綜合力學(xué)性能。3.本專利技術(shù)中陶瓷粉體與助燒劑充分混合均勻，可以實(shí)現(xiàn)陶瓷漿料的均勻固化，有效提高陶瓷素坯的均勻性。4.本專利技術(shù)與傳統(tǒng)直接凝固注模成型工藝相比，固化時(shí)間短，無(wú)需添加有機(jī)物，避免排膠引起的變形、開(kāi)裂等缺陷。5.本專利技術(shù)制備得到的陶瓷干坯密度為理論密度的51.8％～62.0％，收縮率為2.2％～3.8％，陶瓷燒結(jié)體的密度大于理論密度的9本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種利用溫控緩釋助燒劑中金屬離子固化陶瓷漿料的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將陶瓷粉體、分散劑、金屬氧化物助燒劑和水通過(guò)球磨混合均勻，以制備陶瓷粉體顆粒表面帶負(fù)電的陶瓷漿料；(2)將所述步驟(1)得到的所述陶瓷漿料在真空條件下攪拌除氣，接著，向所述陶瓷漿料中加入酯類pH調(diào)節(jié)劑，然后攪拌均勻；(3)將所述步驟(2)得到的所述陶瓷漿料注入模具中，然后控制所述陶瓷漿料的溫度，接著脫模即得到陶瓷濕坯；然后，將所述陶瓷濕坯進(jìn)行干燥處理即得到陶瓷干坯；(4)將所述步驟(3)得到的所述陶瓷干坯進(jìn)行燒結(jié)處理，從而得到陶瓷燒結(jié)體。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種利用溫控緩釋助燒劑中金屬離子固化陶瓷漿料的方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將陶瓷粉體、分散劑、金屬氧化物助燒劑和水通過(guò)球磨混合均勻，以制備陶瓷粉體顆粒表面帶負(fù)電的陶瓷漿料；(2)將所述步驟(1)得到的所述陶瓷漿料在真空條件下攪拌除氣，接著，向所述陶瓷漿料中加入酯類pH調(diào)節(jié)劑，然后攪拌均勻；(3)將所述步驟(2)得到的所述陶瓷漿料注入模具中，然后控制所述陶瓷漿料的溫度，接著脫模即得到陶瓷濕坯；然后，將所述陶瓷濕坯進(jìn)行干燥處理即得到陶瓷干坯；(4)將所述步驟(3)得到的所述陶瓷干坯進(jìn)行燒結(jié)處理，從而得到陶瓷燒結(jié)體。2.如權(quán)利要求1所述利用溫控緩釋助燒劑中金屬離子固化陶瓷漿料的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述陶瓷粉體為氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、高嶺土、鋯鈦酸鉛、氮化硅、碳化硅和碳化鈦中的至少一種；優(yōu)選的，所述分散劑為檸檬酸銨、聚丙烯酸銨、四甲基氫氧化銨和多聚磷酸銨中的至少一種；優(yōu)選的，所述金屬氧化物助燒劑為氧化鎂、氧化釔、氧化銅和三氧化二鐵中的至少一種。3.如權(quán)利要求1所述利用溫控緩釋助燒劑中金屬離子固化陶瓷漿料的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述陶瓷粉體占所述陶瓷漿料的固相體積分?jǐn)?shù)為50％～60％，所述分散劑的質(zhì)量為所述陶瓷粉體質(zhì)量的0.1％～1.5％；優(yōu)選的，所述金屬氧化物助燒劑的質(zhì)量為所述陶瓷粉體質(zhì)量的0.02％～2.00％。4.如權(quán)利要求1所述利用溫控緩釋助燒劑中金屬離子固化陶瓷漿料的方法，其特征在于，所述步驟(1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳甲民，陳安南，陳敬炎，肖歡，劉夢(mèng)月，馬伊欣，陳芬，史玉升，賀智勇，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華中科技大學(xué)，北京鋼研新冶精特科技有限公司，深圳華中科技大學(xué)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北,42