專利名稱：一種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種利用凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，屬于透明陶瓷材料制備領域。
背景技術：
所謂透明陶瓷，是指既具有陶瓷固有的耐高溫、耐腐蝕、高絕緣、高強度等特性，又具有良好光學透明性能的ー類多晶陶瓷材料。透明陶瓷材料以其優(yōu)異的性能在透明燈管、激光器、透明裝甲、光學窗口和照相機鏡頭等復雜形狀器件方面顯現(xiàn)巨大的應用潛力，正日益受到研究者的廣泛關注。其中非氧化物氧氮化鋁系(A10N、MgA10N、LiA10N等)透明陶瓷因具有各向同性的光學性能、寬的透光范圍(0. 2飛.Oy m)、比單晶藍寶石更容易制得大尺寸和形狀復雜的透明部件，使其越來越引起人們的興趣和重視。 從目前透明陶瓷制備エ藝來看，獲得均勻的坯體結構對燒結制備接近完全致密其微觀結構可控的透明陶瓷以及復雜形狀器件的制作均非常重要，而透明陶瓷成型處于材料制備エ藝中承上啟下的關鍵位置，是獲得高品質坯體的基礎。傳統(tǒng)陶瓷成型方法在均勻坯體結構以及復雜形狀坯體制備方面存在著一定的問題，如模壓成型中由于本身エ藝限制，顆粒易團聚、坯體均勻性差；傳統(tǒng)的注射成型和注漿成型由于采用大量有機物，在后期脫脂過程中エ藝周期長、風險加大、成本提高。因此發(fā)展先進的成型エ藝是透明陶瓷制備急需解決的問題之一。凝膠注模成型(Gel-casting)是繼注漿成型、注射成型之后發(fā)展起來的又ー種近凈尺寸成型エ藝。凝膠注模成型周期短、坯體均勻性好、性能穩(wěn)定可靠，不需要昂貴的成型模具；一般以水作分散介質，有機物含量少；可制備復雜形狀的部件、坯體強度高、易于機械加工，在陶瓷成型方面顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。低粘度、高均勻性、高穩(wěn)定性及高固相含量漿料的制備是采用膠態(tài)成型獲得高質量坯體的關鍵。而這一目標主要是通過控制粉體在介質中的膠體特性、漿料的PH值以及使用分散劑來實現(xiàn)。高固相含量、低粘度陶瓷漿料制備完成后，需經過漿料真空除氣、凝膠固化、干燥和脫脂過程才得到陶瓷坯體，其中干燥是凝膠注模成型エ藝的重要環(huán)節(jié)之一，它對素坯形狀、結構均勻性等均產生直接的影響。國內外對于透明陶瓷成型的研究工作，目前主要集中在Al2O3和MgAl2O4兩個體系。Xiaojian Mao等人(Geicasting and Pressureless Sintering of Translucent AluminaCeramics, Journal of the American Ceramic Society, 2008, 91 (5) : 1700-1802.)采用凝膠注模成型和無壓燒結制備透明Al2O3陶瓷，所得0. 5mm厚的樣品在19(Tll00nm波段內的直線透過率為 9 10%。Ibram Ganesh 等人(Gelcasting of Magnesium AluminateSpinel Powder, Journal of the American Ceramic Society, 2009, 92 (2): 350-357.)采用凝膠注模成型和無壓燒結制備MgAl2O4尖晶石陶瓷，材料致密度達99. 55%，硬度為800. 26±13kg/mm2，彎曲強度為183±8. 4MPa。作者沒有報道該方法制備MgAl2O4尖晶石陶瓷材料的光學性能。目前，關于AlON系透明陶瓷凝膠注模成型エ藝的研究未見報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，制備得到的MgAlON透明陶瓷素坯形狀完好、顯微結構均勻、表面光滑，并且干坯彎曲強度大。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預混液按照有機単體與交聯(lián)劑的質量比為(5 20): I稱取有機単體與交聯(lián)劑溶解于去離子水，配制成單體濃度為8 20wt%的溶液，在溶液中加入分散劑，分散劑的加入量為待成型MgAlON粉體質量的0. 4 0. 6wt%，攪拌均勻后，用濃氨水將溶液pH值調節(jié)為8 11,得到預混液； 2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預混液和MgAlON粉體混合后球磨2 8h后，得到固相含量為48 54vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料放入真空干燥箱中真空除氣，攪拌均勻后，分別加入引發(fā)劑和催化劑，引發(fā)劑與催化劑的加入量相等，且質量均為MgAlON粉體質量的
0.25 lwt% ;再抽真空除氣，然后注入模具中，在30 60°C下發(fā)生聚合反應I 5h促使?jié){料凝膠，然后脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體干燥、高溫脫脂、自然冷卻后，得到MgAlON陶瓷素還。上述技術方案中，所述MgAlON粉體為單ー MgAlON相、平均粒徑小于600nm、純度不低于98%，是由質量分數(shù)為76. 45 88. 77wt%的a -氧化鋁、3. 79 18. 53wt%的氮化鋁以及4 10wt%氧化鎂固相反應合成得到的。按上述方案，所述有機單體為甲基丙烯酰胺，交聯(lián)劑為N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，分散劑為質量分數(shù)為42. 8wt%聚丙烯酸銨水溶液，引發(fā)劑為10wt%的過硫酸銨水溶液，催化劑為四甲基こニ胺。按上述方案，所述步驟2)中，每IOOml預混液中加入MgAlON陶瓷粉體的質量為364 391g，混合并球磨后所得陶瓷漿料的粘度小于SOOmPa S。按上述方案，所述步驟3)中第一次真空除氣的時間為5 20min，真空度為(0. 8 I. 2) X IO4Pa0按上述方案，所述步驟3)中第二次真空除氣的時間為I lOmin，真空度為(0. 8 I. 2) X IO4Pa0按上述方案，所述步驟4)的干燥分為三步，第一步在聚こニ醇PEG200溶液中室溫下干燥8 12h ;第二步在空氣中干燥24 48h ;第三步在恒溫干燥箱中于110°C空氣中干燥12 24h。按上述方案，所述步驟4)的干燥分為三步，第一歩在化學純的聚こニ醇PEG200溶液中室溫下干燥8 12h，聚こニ醇PEG200溶液用量為坯體體積的5 10倍；第二步在空氣中室溫下干燥24 48h ;第三步在恒溫干燥箱中于110°C空氣中干燥12 24h。按上述方案，所述步驟4)中所述的高溫脫脂是將干燥后的坯體在空氣中以1°C /min速率升溫至400°C并保溫I 2h，再以I 2°C /min速率升溫至500 600で并保溫I 2h，然后隨爐冷卻。
本發(fā)明的原理是將MgAlON粉末分散在有機単體溶液中，制備出高固相含量(體積分數(shù)> 50%)、低粘度(〈IPa s)的穩(wěn)定漿料，然后抽真空除氣防止氧氣對聚合反應的影響，避免注漿過程中氣泡進入坯體中形成缺陷；加入引發(fā)劑和催化劑，使有機單體發(fā)生原位聚合反應固化形成三維網狀結構；最后經過脫模、干燥、脫脂得到MgAlON透明陶瓷素坯，其中坯體的可控干燥原理是利用凝膠坯體中的水分與液體干燥劑中水分的化學勢差異來控制干燥速率，有效避免坯體不一致干燥收縮導致的開裂等問題。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是
I、本發(fā)明制備的MgAlON透明陶瓷素坯形狀完好、顯微結構均勻、表面光滑，并且干坯彎曲強度大，高樣品的微觀結構和力學性能優(yōu)于干壓及其它傳統(tǒng)陶瓷成型方法制備的陶瓷素坯。2、本發(fā)明采用的預混液和漿料制備エ藝，可制備固相含量高于50vol%、表觀粘度低于SOOmPa s的高流動性和穩(wěn)定性MgAlON漿料，非常適合于復雜形狀非氧化物透明陶瓷素坯的成型；
3、本發(fā)明在制備MgAlON素坯過程中采用液體干燥法，有效避免了干燥過快或不均勻造成的坯體起皮、開裂等問題，得到形狀完好、顯微結構均勻的高強度，并在高溫下脫除有機成型劑后獲得結構均勻的素坯；干燥和脫脂收縮變形小，素坯彎曲強度大于lOMPa，十分有利于非氧化物透明陶瓷的進ー步燒結制備。


圖I為本發(fā)明使用的MgAlON粉體及加入分散劑后MgAlON粉體的pH_Zeta電位關系。圖2為本發(fā)明實施例3所得MgAlON素坯的斷面的掃描電子顯微鏡SEM照片。圖3為本發(fā)明實施例5所得MgAlON素坯的斷面掃描電子顯微鏡SEM照片。圖4中左側、右側分別為本發(fā)明中實施例3、實施例5所得的MgAlON坯體樣品的表觀照片。圖5為本發(fā)明MgAlON坯體的脫脂エ藝曲線。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結合附圖、實施例進ー步闡明本發(fā)明的內容，但本發(fā)明的內容不僅僅局限于下面的實施例。本發(fā)明采用的MgAlON陶瓷粉體按照中國發(fā)明專利公開號CN101700977A (—種快速制備MgAlON透明陶瓷粉末的方法)，由質量分數(shù)為76. 45 88. 77wt%的a -氧化鋁、
3.79 18. 53wt%的氮化鋁以及4 10wt%_化鎂固相反應合成，粉體為單ーMgAlON相、平均粒徑小于600nm、純度不低于98wt. %。下述實施例所用的試劑均為化學純。下述實施例中步驟2)所述陶瓷漿料固相含量的測定按如下公式計算
固相含量=MgAlON粉體的體積/ (MgAlON粉體的體積+去離子水的體積),其中去離子水的體積為步驟I)中去離子水的體積，MgAlON粉體的體積由其質量和密度計算所得。本發(fā)明使用的MgAlON粉體及加入分散劑后MgAlON粉體的pH_Zeta電位關系如附圖I所示，說明陶瓷漿料在pH為8 11時穩(wěn)定性好，MgAlON粉體不易團聚；加入分散劑聚丙烯酸銨水溶液后陶瓷漿料的穩(wěn)定性得到進ー步提高。因此，本發(fā)明選取聚丙烯酸銨水溶液作為分散劑，并在步驟I)中將預混液的pH調至8 11。實施例I :
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預混液將3.81g甲基丙烯酰胺(簡稱MAM)和0. 76g的N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺(簡稱MBAM)溶解于20ml去離子水中，配成MAM濃度為16wt%的溶液，加入42. 8wt%聚丙烯酸銨水溶液(簡稱PAA-NH4) 0. 29g為分散劑(分散劑的添加量為待成型MgAlON粉體質量的0. 398wt%,按0. 4wt%計)，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調至10，得到預混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預混液中加入72.8g的MgAlON粉體，按球料質量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨8h后，得到固相含量為48vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空IOmin至I.I X IO4Pa,加入質量分數(shù)為10wt%過硫酸銨水溶液(簡稱APS) 0. 36g作為引發(fā)劑，四甲基こニ胺(簡稱TMEDA) 0. 36g為催化劑，繼續(xù)抽真空3min至I. OX IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于60°C下聚合反應lh，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥12h，然后置于空氣中室溫下干燥48h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內以1°C /min升溫至400°C并保溫lh，然后再以1°C /min升溫至500°C并保溫Ih，隨爐冷卻后得到MgAlON陶瓷素坯。通過步驟2)后獲得固相含量為48vol%、25°C下表觀粘度為126. 83mPa s的高流動性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問題，進一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結構均勻、收縮變形小。實施例2
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預混液將3.81g的MAM和0. 38g的MBAM溶解于20ml去離子水中，配成MAM濃度為16wt%的溶液，加入0. 34g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液PH值調至10，得到預混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預混液中加入74.6g的MgAlON粉體，按球料質量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量為50vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空20min至0.8 X IO4Pa,加入0. 37g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 37g的TMEDA為催化劑，繼續(xù)抽真空3min至0. 8 X IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于50°C聚合反應2h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥12h，然后置于空氣中室溫下干燥24h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內以1°C /min升溫至400°C并保溫lh，然后再以1°C /min升溫至550°C并保溫Ih，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。
通過步驟2)后獲得固相含量為50vol%、25°C下表觀粘度為99. 13mPa-s的高流動性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問題，進一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結構均勻、收縮變形小。實施例3
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預混液將3.81g的MAM和0. 25g的MBAM溶解于20ml去離子水中，配成MAM濃度為16wt%的溶液，加入0. 38g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液PH值調至10，得到預混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預混液中加入76.4g的MgAlON粉體，按球料質量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨4h后，得到固相含量為52vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空5min至1.2X104Pa，加入0.38g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 38g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空3min至I. OX IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于40°C聚合反應3h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥12h，然后置于空氣中室溫下干燥36h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥18h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內以1°C /min升溫至400°C并保溫lh，然后以1°C /min升溫至600°C并保溫lh，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過步驟2)后獲得固相含量為52vol%、25°C下表觀粘度為128. 97mPa s的高流動性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問題，進一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好(見圖4中左圖)、顯微結構均勻(見圖2)、收縮變形小，素坯三點彎曲強度達16MPa。實施例4
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預混液將3.81g的MAM和0. 19g的MBAM溶解于20ml去離子水中，配成MAM濃度為16wt%的溶液，加入0. 47g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑(分散劑的添加量為待成型MgAlON粉體質量的0. 601wt%,按0. 6wt%計)，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調至10’得到預混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預混液中加入78.2g的MgAlON粉體，按球料質量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨2h后，得到固相含量為54vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空15min至I.OX IO4Pa,加入0. 39g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 39g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空3min至
0.9X IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于30°C聚合反應5h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥12h，然后置于空氣中室溫下干燥24h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥12h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內以l°c /min升溫至400°C并保溫lh，然后以I. 5°C /min升溫至550°C并保溫Ih，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過步驟2)后獲得固相含量為54vol%、25°C下表觀粘度為173. 02mPa s的高流動性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問題，進一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結構均勻、收縮變形小。實施例5
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預混液將2.5g的MAM和0. 25g MBAM溶解于IOml去離子水中，配成MAM濃度為20wt%的溶液，加入0. Hg的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調至8，得到預混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預混液中加入37.3g的MgAlON粉體，按球料質量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量為50vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空5min至I.2X IO4Pa,加入0. 09g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 09g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空Imin至I. 2X IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于50°C聚合反應2h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥10h，然后置于空氣中室溫下干燥48h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內以1°C /min升溫至400°C并保溫Ih，然后以2V /min升溫至550°C并保溫Ih(エ藝制度見圖5)，隨爐冷卻后得到MgAlON素坯。通過步驟2)后獲得固相含量為50vol%、25°C下表觀粘度為381. 92mPa s的高流動性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問題，進一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好(見圖4中右圖)、顯微結構均勻(見圖3)、收縮變形小，素坯三點彎曲強度達11. 5MPa。實施例6
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預混液將I.36g的MAM和0. 14g的MBAM溶解于IOml去離子水中，配成MAM濃度為12wt%的溶液，0. 17g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調至9，得到預混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預混液中加入37.3g的MgAlON粉體，按球料質量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量為50vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空IOmin至I.I X IO4Pa,加入0. 09g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 09g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空Imin至
I.I X IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于50°C聚合反應2h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥10h，然后置于空氣中室溫下干燥48h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內以1°C /min升溫至400°C并保溫Ih，然后以2V /min升溫至550°C并保溫I. 5h，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過步驟2)后獲得固相含量為50vol%、25°C下表觀粘度為738. 94mPa s的高流動性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問題，進一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結構均勻、收縮變形小。實施例I
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預混液將0.87g的MAM和0. 09g的MBAM溶解于IOml去離子水中，配成濃度 為8wt%的溶液，0. 17g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調至11，得到預混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預混液中加入37.3g的MgAlON粉體，按球料質量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨6h后，得到固相含量為50vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空IOmin至I.I X IO4Pa,加入0. 09g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 09g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空5min至
I.OX IO4Pa,去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于50°C聚合反應4h，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥8h，然后置于空氣中室溫下干燥48h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內以1°C /min升溫至400°C并保溫lh，然后以2V /min升溫至550°C并保溫2h，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過步驟2)后獲得固相含量為50vol%、25°C下表觀粘度為328. 93mPa s的高流動性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問題，進一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結構均勻、收縮變形小。實施例8
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預混液將I.91g的MAM和0. 19g的MBAM溶解于IOml去離子水中，配成MAM濃度為16wt%的預混液，0. 2g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調至10，得到預混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預混液中加入36.4gMgA10N粉，按球料質量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨4h后，得到固相含量為48vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空IOmin至I.I X IO4Pa,加入0. 36g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 36g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空8min至0.9X104Pa，去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于60°C聚合反應lh，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥8h，然后置于空氣中室溫下干燥36h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內以1°C /min升溫至400°C并保溫I. 5h，然后以2°C /min升溫至550°C并保溫Ih，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過步驟2)后獲得固相含量為48vol%、25°C下表觀粘度為141. 68mPa s的高流動性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問題，進一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結構均勻、收縮變形小。實施例9
ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟
1)配制預混液將3.81g的MAM和0. 38g的MBAM溶解于20ml去離子水中，配成MAM濃 度為16wt%的溶液，0. 4g的42. 8wt%PAA-NH4為分散劑，攪拌均勻后用濃氨水將溶液pH值調至10，得到預混液；
2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預混液中加入72.8gMgA10N粉，按球料質量比I. 5:1加入氧化鋁球，放入混料瓶中混合、球磨4h后，得到固相含量為48vol%的陶瓷漿料；
3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料抽真空IOmin至I.I X IO4Pa,加入0. 73g的10wt%APS水溶液為引發(fā)劑，0. 73g的TMEDA為催化劑，攪拌均勻后繼續(xù)抽真空IOmin至
0.8X104Pa，去除漿料中的氣泡；然后將漿料注入模具中，置于60°C聚合反應lh，脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體；
4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體先置于PEG200中干燥10h，然后置于空氣中室溫下干燥36h，最后將坯體置于恒溫干燥箱中110°C干燥24h ;將干燥后的坯體放入高溫爐內以1°C /min升溫至400°C并保溫2h，然后以2°C /min升溫至550°C并保溫lh，隨爐冷卻后得到MgAlON素還。通過步驟2)后獲得固相含量為48vol%、25°C下表觀粘度為291. 94mPa s的高流動性和穩(wěn)定性的MgAlON陶瓷漿料，其注模填充容易、成型均勻；可控液相干燥有效避免了成型坯體起皮、開裂等問題，進一歩干燥和脫脂后得到的MgAlON陶瓷素坯表面光潔、形狀完好、顯微結構均勻、收縮變形小。本發(fā)明所列舉的各原料，以及本發(fā)明各原料的上下限、區(qū)間取值，以及エ藝參數(shù)(如溫度、時間等)的上下限、區(qū)間取值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實施例。
權利要求
1.ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于它包括如下步驟 1)配制預混液按照有機単體與交聯(lián)劑的質量比為(5 20): I稱取有機単體與交聯(lián)齊U，加入去離子水，配制成單體濃度為8 20wt%的溶液，在溶液中加入分散劑，分散劑的加入量為待成型MgAlON粉體質量的0. 4 0. 6wt%，攪拌均勻后，用濃氨水將溶液pH值調節(jié)為8 11，得到預混液； 2)配制陶瓷漿料將步驟I)配制的預混液和MgAlON粉體混合后球磨2 8h后，得到固相含量為48 54vol%的陶瓷漿料； 3)注模成型將步驟2)配制好的陶瓷漿料放入真空干燥箱中真空除氣，攪拌均勻后，分別加入引發(fā)劑和催化劑，引發(fā)劑與催化劑的加入相等，且質量均為MgAlON陶瓷粉體質量的0. 25 lwt% ;再抽真空除氣，然后注入模具中，在30 60°C下發(fā)生聚合反應I 5h促使?jié){料凝膠，然后脫模即可得到MgAlON陶瓷坯體； 4)坯體干燥脫脂將步驟3)得到的成型坯體干燥、高溫脫脂、自然冷卻后，得到MgAlON陶瓷素還。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述MgAlON粉體是由質量分數(shù)為76. 45 88. 77wt%的a-氧化鋁、3. 79 18. 53wt%的氮化鋁以及4 10wt%氧化鎂固相反應合成，粉體為單ー MgAlON相、平均粒徑小于600nm、純度不低于98 wt %。
3.根據(jù)權利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在干，所述有機單體為甲基丙烯酰胺，交聯(lián)劑為N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，分散劑為質量分數(shù)為42. 8被％聚丙烯酸銨水溶液，引發(fā)劑為10wt%的過硫酸銨水溶液，催化劑為四甲基こニ胺。
4.根據(jù)權利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步驟2)中，每IOOml預混液中加入MgAlON陶瓷粉體的質量為364 391g，混合并球磨后所得陶瓷漿料的粘度小于SOOmPa S。
5.根據(jù)權利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步驟3)中第一次真空除氣的時間為5 20min，真空度為0. 8 I. 2X IO4Pa ’第二次真空除氣的時間為I lOmin，真空度為0.8 1.2X104Pa。
6.根據(jù)權利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步驟4)的干燥分為三步，第一歩在化學純的聚こニ醇PEG200溶液中室溫下干燥8 12h ;第二步在空氣中室溫下干燥24 48h ;第三步在恒溫干燥箱中于110°C空氣中干燥12 24h。
7.根據(jù)權利要求6所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述的聚こニ醇PEG200溶液用量為坯體體積的5 10倍。
8.根據(jù)權利要求I所述的ー種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，其特征在于，所述步驟4)中所述的高溫脫脂是將干燥后的坯體在空氣中以1°C /min速率升溫至400°C并保溫I 2h，再以I 2°C /min速率升溫至500 600で并保溫I 2h，然后隨爐冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種凝膠注模成型制備MgAlON透明陶瓷素坯的方法，它包括如下步驟1)配制預混液；2)配制陶瓷漿料；3)注模成型；4)坯體干燥脫脂；最后得到MgAlON陶瓷素坯。本發(fā)明制備得到的MgAlON素坯表面光潔、形狀完好、顯微結構均勻，干坯彎曲強度大于10MPa，樣品的微觀結構和力學性能優(yōu)于干壓及其它傳統(tǒng)陶瓷成型方法制備的陶瓷素坯。
文檔編號C04B35/58GK102825649SQ20121024888
公開日2012年12月19日 申請日期2012年7月18日 優(yōu)先權日2012年7月18日
發(fā)明者王皓, 徐慧琴, 王為民, 傅正義 申請人:武漢理工大學