通過(guò)高價(jià)金屬離子控制注凝成型的凝膠化和脫水收縮過(guò)程的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及通過(guò)高價(jià)金屬離子控制注凝成型的凝膠化和脫水收縮過(guò)程的方法，所述方法是在采用注凝成型法進(jìn)行陶瓷成型的過(guò)程中，在制備陶瓷漿料時(shí)，在作為交聯(lián)-固化劑的水溶性順丁烯類聚合物的水溶液中加入二價(jià)以上的金屬離子，混合均勻后再加入陶瓷粉料，其中所述二價(jià)以上的金屬離子的含量相對(duì)于所述陶瓷粉料不高于200ppm，通過(guò)調(diào)節(jié)所加入的二價(jià)以上的金屬離子的量來(lái)控制陶瓷漿料的凝膠化和脫水收縮過(guò)程。
【專利說(shuō)明】通過(guò)高價(jià)金屬離子控制注凝成型的凝膠化和脫水收縮過(guò)程的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過(guò)高價(jià)金屬離子控制注凝成型的凝膠化和脫水收縮過(guò)程的方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬陶瓷成型【技術(shù)領(lǐng)域】。具體說(shuō)，是涉及一種利用高價(jià)金屬離子和有機(jī)分子之間的鍵合作用控制凝膠體系的固化和脫水收縮過(guò)程的方法，可以大大縮短凝膠化和脫水收縮的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，尤其適用于大尺寸的陶瓷坯體的成型。

【背景技術(shù)】
[0002]由美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出的注凝成型工藝(gelcasting),在陶瓷成型過(guò)程中具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)漿料在模具中原位固化成型，素坯顯微結(jié)構(gòu)均勻；(2)素坯強(qiáng)度高，可以進(jìn)行機(jī)械加工；(3)是一種準(zhǔn)凈尺寸成型技術(shù)，可以大大降低陶瓷的機(jī)械加工量；(4)所需的工裝設(shè)備簡(jiǎn)單；(5)與傳統(tǒng)的濕法成型工藝(如注漿成型)非常接近，適于工業(yè)化推廣；等等。自注凝成型發(fā)明以來(lái)，先后研發(fā)出來(lái)了自由基聚合凝膠體系(J.Am.Ceram.Soc.，1991，74 [3] 612-618)、環(huán)氧-多胺加成聚合凝膠體系(中國(guó)專利ZL200610024613.4)、天然高分子凝膠體系(J.Am.Ceram.Soc.，2006，89 [6] 1897-1902)以及水溶性順丁烯類凝膠體系(中國(guó)專利CN 103130509 A)等。而相對(duì)于其他凝膠體系，水溶性順丁烯類凝膠體系具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)只需添加一種水溶性順丁烯類聚合物添加劑，既充當(dāng)分散劑，又充當(dāng)交聯(lián)-固化劑，且用量少，原料廉價(jià)易得，成本低；(2)工藝簡(jiǎn)單，無(wú)氧阻聚，在空氣條件下即可操作，無(wú)苛刻的操作條件和設(shè)備要求；(3)無(wú)毒無(wú)污染，綠色環(huán)保，且適用于多種氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、復(fù)合陶瓷的制備，具有廣泛的應(yīng)用前景。而對(duì)水溶性順丁烯類凝膠體系的進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，在干燥之前的凝膠固化階段時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易引起沉降現(xiàn)象，而且影響生產(chǎn)效率。因此，如何有效控制其凝膠固化過(guò)程成為了水溶性順丁烯類凝膠體系研究的方向之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種有效的控制水溶性順丁烯類聚合物凝膠化進(jìn)程的方法。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在漿料配制過(guò)程中引入高價(jià)金屬離子，利用金屬離子與水溶性順丁烯類聚合物中羧酸根基團(tuán)的鍵合作用，可以促進(jìn)水溶性順丁烯類聚合物的交聯(lián)，從而控制凝膠化和隨后的脫水收縮的進(jìn)程，以控制注凝成型的生產(chǎn)進(jìn)程。
[0004]在此，本發(fā)明提供一種通過(guò)高價(jià)金屬離子控制注凝成型的凝膠化和脫水收縮過(guò)程的方法，所述方法是在采用注凝成型法進(jìn)行陶瓷成型的過(guò)程中，在制備陶瓷漿料時(shí)，在作為交聯(lián)-固化劑的水溶性順丁烯類聚合物的水溶液中加入二價(jià)以上的金屬離子，混合均勻后再加入陶瓷粉料，其中所述二價(jià)以上的金屬離子的含量相對(duì)于所述陶瓷粉料不高于200ppm，通過(guò)調(diào)節(jié)所加入的二價(jià)以上的金屬離子的量來(lái)控制陶瓷漿料的凝膠化和脫水收縮過(guò)程。
[0005]水溶性順丁烯類凝膠體系是通過(guò)順丁烯類聚合物水解后分子間的羧酸根基團(tuán)(-C00-)、胺根基團(tuán)(-NH2)和銨根離子(-NH4+)等官能團(tuán)的離子鍵以及氫鍵作用，從而使陶瓷漿料自發(fā)凝膠固化。而凝膠化的過(guò)程受環(huán)境溫度、分子鏈的多少以及長(zhǎng)短所控制。本發(fā)明在這過(guò)程中引入帶正電荷的二價(jià)以上的金屬離子(高價(jià)金屬離子)，能在自發(fā)凝膠化過(guò)程中通過(guò)離子鍵和羧酸根(-coo—)等帶負(fù)電荷的基團(tuán)發(fā)生作用，從而在聚合物分子間充當(dāng)橋鍵，控制有機(jī)分子間的鍵合和交聯(lián)，進(jìn)而影響體系的凝膠化以及隨后的脫水收縮過(guò)程。該過(guò)程的速率可以通過(guò)高價(jià)離子的量來(lái)調(diào)節(jié)。例如，高價(jià)金屬離子的含量越大，則凝膠固化時(shí)間越短，而凝膠的脫水收縮速率也越快。但是，高價(jià)金屬離子的含量也不宜過(guò)高，否則會(huì)影響漿料的流變特性，導(dǎo)致漿料粘度變大，流動(dòng)性變差，不適宜漿料的穩(wěn)定和澆注。因此，高價(jià)金屬離子的含量可以通過(guò)測(cè)定漿料的流變和膠凝曲線來(lái)確定。
[0006]較佳地，所述二價(jià)以上的金屬離子的含量相對(duì)于所述陶瓷粉料在20?200ppm之間，優(yōu)選為30?200ppm之間，更優(yōu)選為30?160ppm之間。
[0007]較佳地，所述二價(jià)以上的金屬離子包括Mg2+、Ca2+、Cu2+、Al3+、和/或Y3+。又，所述二價(jià)以上的金屬離子可以以硫酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽和/或有機(jī)酸鹽的形式加入。
[0008]較佳地，所述二價(jià)以上的金屬離子是待制備的陶瓷的燒結(jié)助劑和/或穩(wěn)定劑。
[0009]較佳地，所述水溶性順丁烯類聚合物是聚[(異丁烯-alt-馬來(lái)酸，銨鹽)-CO-(異丁烯-alt-馬來(lái)酸酐)]中的任意一種型號(hào)或相互組合。
[0010]較佳地，在所述水溶性順丁烯類聚合物的水溶液中，水溶性順丁烯類聚合物與水的質(zhì)量比為0.005:1?0.05:1。
[0011]較佳地，所述陶瓷漿料的固相體積分?jǐn)?shù)在50?58%之間。
[0012]較佳地，所述陶瓷漿料為氧化物漿料、非氧化物陶瓷漿料或復(fù)合陶瓷漿料。
[0013]較佳地，所述陶瓷漿料為氧化鋁漿料、氧化鋯漿料、氮化鋁、氧氮化鋁、氧化釔漿料或碳化硅漿料。
[0014]較佳地，原位固化和脫水收縮的溫度范圍在30?80°C之間。
[0015]本發(fā)明主要有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)利用高價(jià)金屬離子與水溶性順丁烯類聚合物中羧酸基團(tuán)的鍵合作用，促進(jìn)水溶性順丁烯類聚合物的交聯(lián)，從而有效控制凝膠化和隨后的脫水收縮的進(jìn)程，以控制注凝成型的生產(chǎn)過(guò)程。本發(fā)明提高了凝膠化以及陶瓷凝膠脫水收縮的效率，且工藝綠色環(huán)保。同時(shí)，高價(jià)金屬離子的選擇還兼顧了有利于陶瓷材料的燒結(jié)或物相的穩(wěn)定；
(2)制備工藝簡(jiǎn)單，無(wú)苛刻操作條件和設(shè)備要求，且適用于多種氧化物、非氧化、復(fù)合陶瓷的大尺寸素坯成型，適合規(guī)?；a(chǎn)要求。同時(shí)，除了水溶性順丁烯類凝膠體系，本發(fā)明還適用于通過(guò)分子間氫鍵或離子鍵作用形成陶瓷凝膠的體系，例如天然高分子凝膠體系坐寸ο

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1所得的不同鎂離子含量的氧化鋁漿料的流變曲線；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1不同鎂離子含量的氧化鋁漿料的儲(chǔ)能模量隨時(shí)間變化曲線；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例4所得的不同鎂離子含量的陶瓷凝膠在50°C下的脫水收縮速率曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明提供了一種通過(guò)高價(jià)金屬離子控制注凝成型的凝膠化和脫水收縮過(guò)程的方法。這里的注凝成型的凝膠化和脫水收縮過(guò)程尤其是指以順丁烯類聚合物為交聯(lián)-固化劑的注凝成型法中的凝膠化和脫水收縮過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，水溶性順丁烯類凝膠體系在干燥之前的凝膠固化階段時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，易引起沉降現(xiàn)象，而且影響生產(chǎn)效率。因此若能縮短凝膠固化階段的時(shí)間，則能顯著提高生產(chǎn)效率。
[0018]水溶性順丁烯類凝膠體系是通過(guò)順丁烯類聚合物水解后分子間的羧酸根基團(tuán)(-C00-)、胺根基團(tuán)(-NH2)和銨根離子(-NH4+)等官能團(tuán)的離子鍵以及氫鍵作用，從而使陶瓷漿料自發(fā)凝膠固化。而凝膠化的過(guò)程受環(huán)境溫度、分子鏈的多少以及長(zhǎng)短所控制。本發(fā)明在這過(guò)程中引入帶正電荷的高價(jià)金屬離子，能在自發(fā)凝膠化過(guò)程中通過(guò)離子鍵和羧酸根(-coo-)等帶負(fù)電荷的基團(tuán)發(fā)生作用，從而在聚合物分子間充當(dāng)橋鍵，控制有機(jī)分子間的鍵合和交聯(lián)，進(jìn)而影響體系的凝膠化以及隨后的脫水收縮過(guò)程。
[0019]高價(jià)金屬離子可以在制備陶瓷漿料的過(guò)程中引入。優(yōu)選地，在作為交聯(lián)-固化劑的水溶性順丁烯類聚合物的水溶液中加入二價(jià)以上的金屬離子，混合均勻后再加入陶瓷粉料。
[0020]高價(jià)金屬離子的加入量可以通過(guò)測(cè)定漿料的流變和膠凝曲線來(lái)確定。具體而言，取球磨混合好的陶瓷漿料放入流變儀中測(cè)定漿料的流變性和膠凝曲線。如圖1所示，金屬離子的加入量越大，漿料的粘度越大。通過(guò)調(diào)節(jié)所加入的高價(jià)金屬離子的量還可以控制陶瓷漿料的凝膠化和脫水收縮過(guò)程。例如高價(jià)金屬離子的量越大，則凝膠固化時(shí)間越短，而凝膠的脫水收縮速率也越快。圖2示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，不同高價(jià)離子(鎂離子)含量的氧化鋁漿料的儲(chǔ)能模量隨時(shí)間變化曲線。由該圖可知，當(dāng)鎂離子的含量從O增加到160ppm時(shí)，陶瓷衆(zhòng)料的儲(chǔ)能模量達(dá)到100Pa的固化時(shí)間從160min銳減到不足2min,大大縮短了凝膠固化的時(shí)間。而且凝膠固化的時(shí)間是隨著鎂離子含量的增大而縮短。圖3示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中，不同高價(jià)離子(鎂離子)含量的陶瓷凝膠在50°C下的脫水收縮速率曲線。由該圖可知，凝膠的脫水收縮速率也隨著鎂離子含量的增加而加快。但是，高價(jià)金屬離子的含量也不宜過(guò)高，優(yōu)選為不高于200ppm，否則過(guò)高的金屬離子會(huì)影響漿料的流變特性，導(dǎo)致漿料粘度變大，流動(dòng)性變差，不適宜漿料的穩(wěn)定和澆注。更優(yōu)選地，高價(jià)金屬離子的含量在20?200ppm之間，更優(yōu)選為30?200ppm之間，最好是30?160ppm之間。
[0021]本發(fā)明中，高價(jià)金屬離子包括但不限于Mg2+、Ca2+、Cu2+、Al3+、Y3+等。優(yōu)選地，高價(jià)金屬離子的選擇兼顧有利于陶瓷粉體后續(xù)燒結(jié)或物相的穩(wěn)定，可以為待制備的陶瓷的燒結(jié)助劑和/或穩(wěn)定劑。例如制備氧化鋁陶瓷時(shí)，可以選用鎂離子，其可以作為燒結(jié)助劑。又，制備氧化鋯陶瓷時(shí)，可以選用鈣、釔、和/或鈰離子，其可以作為穩(wěn)定劑。高價(jià)金屬離子主要以硫酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽和/或有機(jī)酸鹽的形式加入,例如CaS04、Mg(NO3)2、CuCl2, A1C13、Y(NO3)3 等。
[0022]本發(fā)明中，水溶性順丁烯類聚合物可以是聚[(異丁烯-alt-馬來(lái)酸，銨鹽)-co_(異丁烯-alt-馬來(lái)酸酐)]中的任意一種型號(hào)或相互組合。它們的分子量在5500-65000之間不等，它們?cè)谒幸兹芙猓饶芴岣邼{料的分散性，又能夠滿足原位凝膠固化的要求。在水溶性順丁烯類聚合物的水溶液中，水溶性順丁烯類聚合物與水的質(zhì)量比可為0.005:1?0.05:1。所制得的陶瓷漿料的固相體積分?jǐn)?shù)可在50?58%之間。
[0023]本發(fā)明中，陶瓷漿料包括但不限于氧化物漿料、非氧化物陶瓷漿料或復(fù)合陶瓷漿料，例如為氧化鋁漿料、氧化鋯漿料、氮化鋁、氧氮化鋁、氧化釔漿料或碳化硅漿料。
[0024]利用本發(fā)明的方法制備陶瓷的過(guò)程可以包括以下步驟:步驟一，以水為溶劑，加入水溶性順丁烯類聚合物和高價(jià)金屬離子混合成水溶液；步驟二，加入陶瓷粉體制備陶瓷漿料，將陶瓷漿料除氣后注入成型模具中，密封好后在特定溫度進(jìn)行原位固化以及脫水收縮；步驟三，對(duì)經(jīng)過(guò)脫水收縮后的陶瓷凝膠脫模干燥、燒結(jié)。更具體地，可以包括以下步驟:
(1)以水為溶劑，加入水溶性順丁烯類聚合物，其中:水溶性順丁烯類聚合物與水的質(zhì)量比為 0.005:1 ?0.05:1 ；
(2)在步驟(I)所得的水溶液中引入高價(jià)金屬離子，然后加入陶瓷粉體，混合成陶瓷漿料，通過(guò)高價(jià)金屬離子與水溶性順丁烯類聚合物分子中羧酸根基團(tuán)的鍵合作用，促進(jìn)水溶性順丁烯類聚合物的交聯(lián)，從而控制凝膠化和隨后的脫水收縮過(guò)程。其中:高價(jià)金屬離子的選擇以有利于陶瓷粉體后續(xù)燒結(jié)或物相的穩(wěn)定為原則，離子的含量相對(duì)于陶瓷粉料不高于200ppm,具體含量通過(guò)測(cè)定漿料的流變和膠凝曲線來(lái)確定；
(3)將制備的陶瓷漿料注入成型模具中，密封好后在30°C?80°C進(jìn)行原位固化以及隨后的脫水收縮；
(4)對(duì)充分脫水后的陶瓷凝膠進(jìn)行干燥和燒結(jié)。
[0025]進(jìn)一步說(shuō)，先將高價(jià)金屬離子加入水溶液中，混合攪拌靜置1min后再加入陶瓷粉料，然后混合制備成陶瓷漿料。這里所述的金屬離子的含量在30?200ppm之間(相對(duì)于陶瓷粉料的質(zhì)量)。所述的模具可選用塑料、玻璃、橡膠、金屬或木質(zhì)拼裝模具。
[0026]進(jìn)一步說(shuō)，澆注完成后對(duì)模具進(jìn)行密封，放入特定溫度進(jìn)行脫水收縮。
[0027]更進(jìn)一步說(shuō)，所述的脫水收縮溫度范圍30°C?80°C，脫水收縮時(shí)間為I天?8天。
[0028]所述的干燥在脫水收縮階段結(jié)束后進(jìn)行，干燥控制在溫度范圍30°C?80°C，濕度范圍20%?80%烘干。
[0029]所述的燒結(jié)在坯體干燥結(jié)束后進(jìn)行，燒結(jié)溫度由陶瓷粉體的種類所決定。
[0030]所述的脫水收縮過(guò)程包括水溶性順丁烯類凝膠體系，環(huán)氧-多胺凝膠體系等水基凝膠體系。
[0031]本發(fā)明通過(guò)高價(jià)金屬離子與水溶性順丁烯類聚合物中羧酸根基團(tuán)的鍵合作用，控制水溶性順丁烯類聚合物的凝膠化和隨后的脫水收縮過(guò)程。此外，高價(jià)金屬離子的選擇又兼顧有利于陶瓷材料的燒結(jié)或物相的穩(wěn)定。本發(fā)明提供了一種通過(guò)高價(jià)金屬離子與有機(jī)分子鏈的相互作用來(lái)控制注凝成型的進(jìn)程的方法，具有工藝簡(jiǎn)單有效，環(huán)境友好，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
[0032]下面進(jìn)一步例舉實(shí)施例以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下述示例具體的時(shí)間、溫度、質(zhì)量等工藝參數(shù)也僅是合適范圍中的一個(gè)示例，即本領(lǐng)域技術(shù)人員可以通過(guò)本文的說(shuō)明做合適的范圍內(nèi)選擇，而并非要限定于下文示例的具體數(shù)值。
[0033]實(shí)施例1:氧化鋁引入鎂離子的陶瓷漿料的制備
所用的氧化鋁陶瓷粉體由日本住友化學(xué)公司提供，平均粒徑約為0.45μπι。向50g去離子水中加入0.6g長(zhǎng)短鏈結(jié)合的順丁烯類聚合物，然后加入O?0.205g(0?160ppm)不等的六水合硝酸鎂，混合水溶1min后，再加入200g氧化鋁陶瓷粉，用行星球磨機(jī)混合球磨30min備用。通過(guò)測(cè)試漿料的流變曲線和膠凝固化曲線選擇適當(dāng)?shù)逆V離子加入量。圖1示出本實(shí)施例所得的不同鎂離子含量的氧化鋁漿料的流變曲線，由圖1可知，鎂離子的加入量越大，漿料的粘度越大。圖2示出本實(shí)施例不同鎂離子含量的氧化鋁漿料的儲(chǔ)能模量隨時(shí)間變化曲線，由圖2可知，當(dāng)鎂離子的含量從O增加到160ppm時(shí)，陶瓷漿料的儲(chǔ)能模量達(dá)到100Pa的固化時(shí)間從160min銳減到不足2min,大大縮短了凝膠固化的時(shí)間。由圖3可知，氧化鋁陶瓷凝膠的脫水收縮速率隨著鎂離子含量的增加而加快。
[0034]實(shí)施例2:氧化鋯引入鈣離子的陶瓷漿料的制備
向50g去離子水中加入1.08g長(zhǎng)短鏈結(jié)合的順丁烯類聚合物，然后加入O?0.072g(0?200ppm)的硫酸鈣混合水溶lOmin，最后加入360g氧化鋯陶瓷粉，用行星球磨機(jī)混合球磨30min后備用。通過(guò)測(cè)試漿料的流變曲線和膠凝固化曲線選擇適當(dāng)?shù)拟}離子加入量。經(jīng)測(cè)試，適當(dāng)?shù)腎丐離子加入量為60?180ppm。
[0035]實(shí)施例3:碳化硅引入釔離子的陶瓷漿料的制備
向50g去離子水中加入0.48g長(zhǎng)短鏈結(jié)合的順丁烯類聚合物，然后加入O?
0.032g(0?200ppm)的硝酸乾混合水溶1min,最后加入160g碳化娃陶瓷粉,用行星球磨機(jī)混合球磨30min后備用。通過(guò)測(cè)試漿料的流變曲線和膠凝固化曲線選擇適當(dāng)?shù)尼愲x子加入量。經(jīng)測(cè)試，適當(dāng)?shù)那x子加入量為20?140ppm。
[0036]實(shí)施例4:引入鎂離子控制氧化鋁陶瓷凝膠的脫水收縮過(guò)程
向150g去離子水中加入1.8g長(zhǎng)短鏈結(jié)合的順丁烯類聚合物，然后加入O?0.615g六水合硝酸鎂混合水溶lOmin，最后加入600g氧化鋁陶瓷粉，用行星球磨機(jī)混合球磨60min，混合均勻后，所得到的陶瓷漿料真空除氣后注入塑料模具中，用PVC膜密封好后放入50°C恒溫箱中進(jìn)行脫水收縮，每10小時(shí)測(cè)取凝膠表面析出的水分。圖3示出本實(shí)施例所得的不同鎂離子含量的陶瓷凝膠在50°C下的脫水收縮速率曲線，由圖3可知，凝膠的脫水收縮速率隨著鎂離子含量的增加而加快。
[0037]實(shí)施例5:引入鈣離子控制氧化鋯陶瓷凝膠的脫水收縮過(guò)程
向150g去離子水中加入3.24g長(zhǎng)短鏈結(jié)合的順丁烯類聚合物，然后加入O?0.216g的硫酸鈣混合水溶lOmin，最后加入1SOg氧化鋯陶瓷粉，用行星球磨機(jī)混合球磨60min，混合均勻后，所得到的陶瓷漿料真空除氣后注入塑料模具中，用PVC膜密封好后放入50°C恒溫箱中進(jìn)行脫水收縮，每10小時(shí)測(cè)取凝膠表面析出的水分。結(jié)果表明凝膠的脫水收縮速率隨著鈣離子含量的增加而加快。
[0038]實(shí)施例6:引入釔離子控制碳化硅陶瓷凝膠的脫水收縮過(guò)程
向150g去離子水中加入1.44g長(zhǎng)短鏈結(jié)合的順丁烯類聚合物，然后加入O?0.096g的硝酸乾混合水溶1min,最后加入480g碳化娃陶瓷粉,用行星球磨機(jī)混合球磨60min,混合均勻后，所得到的陶瓷漿料真空除氣后注入塑料模具中，用PVC膜密封好后放入50°C恒溫箱中進(jìn)行脫水收縮，每10小時(shí)測(cè)取凝膠表面析出的水分。結(jié)果表明凝膠的脫水收縮速率隨著釔離子含量的增加而加快。
[0039]產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性:本發(fā)明能有效控制水溶性順丁烯類凝膠體系的凝膠固化過(guò)程，從而改善生產(chǎn)效率，適用于多種氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、復(fù)合陶瓷的制備，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種通過(guò)高價(jià)金屬離子控制注凝成型的凝膠化和脫水收縮過(guò)程的方法，其特征在于，在采用注凝成型法進(jìn)行陶瓷成型的過(guò)程中，在制備陶瓷漿料時(shí)，在作為交聯(lián)-固化劑的水溶性順丁烯類聚合物的水溶液中加入二價(jià)以上的金屬離子，混合均勻后再加入陶瓷粉料，其中所述二價(jià)以上的金屬離子的含量相對(duì)于所述陶瓷粉料不高于200ppm，通過(guò)調(diào)節(jié)所加入的二價(jià)以上的金屬離子的量來(lái)控制陶瓷漿料的凝膠化和脫水收縮過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述二價(jià)以上的金屬離子的含量相對(duì)于所述陶瓷粉料在30?160ppm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述二價(jià)以上的金屬離子包括Mg2+、Ca2+、Cu2+、A13+、和/或Y3+，所述二價(jià)以上的金屬離子以硫酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽和/或有機(jī)酸鹽的形式加入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述二價(jià)以上的金屬離子是待制備的陶瓷的燒結(jié)助劑和/或穩(wěn)定劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述水溶性順丁烯類聚合物是聚[(異丁烯-alt-馬來(lái)酸，銨鹽)-co-(異丁烯-alt-馬來(lái)酸酐)]中的任意一種型號(hào)或相互組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述水溶性順丁烯類聚合物的水溶液中，水溶性順丁烯類聚合物與水的質(zhì)量比為0.005:1?0.05:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述陶瓷漿料的固相體積分?jǐn)?shù)在50?58%之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述陶瓷漿料為氧化物漿料、非氧化物陶瓷漿料或復(fù)合陶瓷漿料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述陶瓷漿料為氧化鋁漿料、氧化鋯漿料、氮化鋁、氧氮化鋁、氧化釔漿料或碳化硅漿料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，原位固化和脫水收縮的溫度范圍在30?80°C之間。
【文檔編號(hào)】C04B35/63GK104341158SQ201410556989
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】彭翔, 島井駿臧, 孫怡, 周國(guó)紅, 王士維 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所