CN103922757B - 一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机非金属陶瓷固化方法技术领域，特别涉及一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法。本发明方法通过酯类分解出的酸与陶瓷浆料中的分散剂发生反应，实现非氧化物陶瓷的直接固化成型。该方法主要步骤如下：首先将陶瓷粉体、分散剂与水混合并充分球磨后获得陶瓷浆料，然后向浆料中添加酯类固化剂，将得到的浆料经除气后注入无孔模具中，在15℃～70℃放置15～60分钟脱模获得陶瓷湿坯，经过干燥后得到干坯；然后在1700℃～2100℃烧结得到陶瓷烧结体。本发明方法具有固化速度快、环境友好、性能优异等优点，操作简单、便于规模化生产。

Description

一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法
技术领域
本发明属于无机非金属陶瓷固化方法技术领域，特别涉及一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法。
背景技术
直接凝固成型(Direct Coagulation Casting，DCC)是利用尿素酶或自身催化反应，使浆料内部发生化学反应来增加浆料中的盐离子浓度(ΔI法)或调节浆料的pH值至等电点(ΔpH法)，从而实现陶瓷浆料的固化。由于不同种陶瓷的等电点不一样，需要寻找不同的反应体系及相对应的酶，导致调节浆料pH值至等电点的方法难于适用所有体系。另外，酶的价格比较昂贵，很难实现工业化生产。而增加离子强度的方法是通过尿素酶催化分解尿素增加一价离子(NH4 +,HCO3 -)的浓度实现陶瓷浆料的固化，此方法需要比较高的尿素浓度才能使浆料固化，而且固化时间很长(1～3天)，陶瓷湿坯容易产生裂纹，从而影响陶瓷的性能。
本发明提供一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，通过酯类水解生成的酸与陶瓷浆料中的分散剂发生反应，使陶瓷浆料发生失稳而直接固化成型。本发明采用的方法具有固化时间短、适用于所有非氧化物陶瓷体系及性能优异等优点，有效地解决了ΔpH法中寻找反应体系难及ΔI法中固化时间长，容易产生裂纹等问题。
发明内容
为了克服现有的直接凝固成型方法固化时间长、成本高、普适性不强等缺点，本发明的目的在于提供一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法。
一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，其具体步骤如下：
(1)将分散剂、水与非氧化物陶瓷粉体混合均匀，球磨混合均匀，得到固相体积分数为50％～55％的非氧化物陶瓷浆料，其中分散剂的质量为非氧化物陶瓷粉体质量的0.1％～2.5％；
(2)向非氧化物陶瓷浆料中添加固化剂，真空条件下搅拌，以除去气泡，所述固化剂的添加量为非氧化物陶瓷浆料体积的1％～5％；
(3)将经步骤(2)真空除气处理的非氧化物陶瓷浆料注入无孔模具中，在15℃～70℃下处理15～60分钟，脱模得到非氧化物陶瓷湿坯，干燥后得到非氧化物陶瓷干坯；
(4)将步骤(3)所得非氧化物陶瓷干坯置于电炉中，以每分钟5℃～15℃的升温速率升温至1700℃～2100℃，保温1～3小时，完成非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型，得到非氧化物陶瓷烧结体。
步骤(1)中所述分散剂为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵和四丙基氢氧化铵中的一种或多种。
步骤(1)中所述非氧化物陶瓷粉体为氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳化钨和碳化硼中的一种或多种。
步骤(1)中所述球磨的球磨时间为24～48小时。
步骤(2)中所述固化剂为酯类化合物，所述酯类化合物为二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯、葡萄糖酸内脂、乙酸乙酯和己酸乙酯中的一种或多种。
步骤(2)中所述搅拌的搅拌时间为10～30分钟。
步骤(3)中所述干燥的干燥温度为80℃～100℃，干燥时间为24～48小时。
本发明的有益效果为：
(1)固化时间短，适用于所有非氧化物陶瓷体系；
(2)操作简单，便于工业化生产；
(3)成型陶瓷坯体内应力小、表面光洁、尺寸精度高；
(4)与传统直接凝固注模成型工艺相比，固化剂用量少；
(5)陶瓷微观结构均匀，相对密度为95～99％，具有较高的机械性能。
具体实施方式
本发明提供了一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
二乙酸甘油酯固化氮化硅陶瓷浆料的直接凝固注模成型方法：
将160克氮化硅陶瓷粉体、3克四甲基氢氧化铵和50克水混合，球磨48小时后，得到固相体积分数为50％的陶瓷浆料；再添加2克二乙酸甘油酯脂，真空搅拌10分钟，以除去气泡；然后注入金属模具中，在50℃温度下放置20分钟后脱模，在80℃温度下干燥24小时，再在1800℃温度下烧结2小时获得陶瓷烧结体。
实施例2
三乙酸甘油酯固化碳化硅陶瓷浆料的直接凝固注模成型方法：
将161克碳化硅陶瓷粉体、4克四乙基氢氧化铵和50克水混合，球磨36小时后，得到固相体积分数为50％的陶瓷浆料；再添加4克三乙酸甘油酯，真空搅拌10分钟，以除去气泡，注入塑料模具中，在40℃温度下放置30分钟后脱模，在80℃温度下干燥24小时，再在2000℃温度下烧结2小时获得陶瓷烧结体。
实施例3
乙酸乙酯固化碳化硼陶瓷浆料的直接凝固注模成型方法：
将125克碳化硼陶瓷粉体、2克四丙基氢氧化铵和50克水混合，球磨36小时后，得到固相体积分数为50％的陶瓷浆料；再添加3克乙酸乙酯，真空搅拌10分钟，以除去气泡，注入塑料模具中，在60℃温度下放置15分钟后脱模，在80℃温度下干燥24小时，再在2100℃温度下烧结2小时获得陶瓷烧结体。实施例4
葡萄糖酸内酯固化氮化硼陶瓷浆料的直接凝固注模成型方法：
将115克碳化硼粉体、2克四乙基氢氧化铵和50克水混合，球磨36小时后，得到固相体积分数为50％的陶瓷浆料；再添加3克葡萄糖酸内酯，真空搅拌10分钟，以除去气泡，注入塑料模具中，在25℃温度下放置50分钟后脱模，在80℃温度下干燥24小时，再在1800℃温度下烧结2小时获得陶瓷烧结体。实施例5
己酸乙酯固化碳化钨陶瓷浆料的直接凝固注模成型方法：
将80克碳化钨粉体、1克四乙基氢氧化铵和50克水混合，球磨36小时后，得到固相体积分数为50％的陶瓷浆料；再添加2克己酸乙酯，真空搅拌10分钟，以除去气泡，注入塑料模具中，在70℃温度下放置10分钟后脱模，在80℃温度下干燥24小时，再在1900℃温度下烧结获得陶瓷烧结体。

Claims (6)

1.一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将分散剂、水与非氧化物陶瓷粉体混合均匀，球磨混合均匀，得到固相体积分数为50％～55％的非氧化物陶瓷浆料，其中分散剂的质量为非氧化物陶瓷粉体质量的0.1％～2.5％；
(2)向非氧化物陶瓷浆料中添加固化剂，真空条件下搅拌，以除去气泡，所述固化剂的添加量为非氧化物陶瓷浆料体积的1％～5％；
(3)将经步骤(2)真空除气处理的非氧化物陶瓷浆料注入无孔模具中，在15℃～70℃下处理15～60分钟，脱模得到非氧化物陶瓷湿坯，干燥后得到非氧化物陶瓷干坯；
(4)将步骤(3)所得非氧化物陶瓷干坯置于电炉中，以每分钟5℃～15℃的升温速率升温至1700℃～2100℃，保温1～3小时，完成非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型，得到非氧化物陶瓷烧结体；
步骤(2)中所述固化剂为酯类化合物，所述酯类化合物为二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯、葡萄糖酸内脂、乙酸乙酯和己酸乙酯中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，其特征在于：步骤(1)中所述分散剂为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵和四丙基氢氧化铵中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，其特征在于：步骤(1)中所述非氧化物陶瓷粉体为氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳化钨和碳化硼中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，其特征在于：步骤(1)中所述球磨的球磨时间为24～48小时。
5.根据权利要求1所述的一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，其特征在于：步骤(2)中所述搅拌的搅拌时间为10～30分钟。
6.根据权利要求1所述的一种非氧化物陶瓷的直接凝固注模成型方法，其特征在于：步骤(3)中所述干燥的干燥温度为80℃～100℃，干燥时间为24～48小时。
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