基于凝膠注模工藝的氧化鋯陶瓷刀具制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷凝膠注摸技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于凝膠注模工藝的氧化鋯陶瓷刀具制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)飛速發(fā)展，對(duì)所需材料的性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)金屬材料在硬度、耐磨、耐高溫方面已不能適用于高新技術(shù)領(lǐng)域，因此很多學(xué)者開始向陶瓷材料尋求解決方案。陶瓷材料是工程材料中剛度最好、硬度最高的材料，抗壓強(qiáng)度很高。而且，陶瓷材料一般具有高熔點(diǎn)，且在高溫環(huán)境中化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)酸、堿、鹽具有良好的抗腐蝕能力。陶瓷熱導(dǎo)率低，是良好的隔熱材料。當(dāng)溫度變化時(shí)，陶瓷具有良好的尺寸穩(wěn)定性。因此，陶瓷材料被廣泛用作結(jié)構(gòu)材料。某些陶瓷還具有特殊的電、光、磁學(xué)性能，能夠用作功能陶瓷。因此，人們十分關(guān)注陶瓷材料可靠性的提高及其制造成本的降低
[0003]尤其需要指出的是，陶瓷材料制備工藝的可靠性基本決定了其使用性能的可靠性，制備工藝決定制備成本，先進(jìn)的制備技術(shù)不僅可以使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、形狀、功能最大限度接近實(shí)際使用要求，減少后期加工成本，而且能夠減小廢品率，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。成型就是將陶瓷粉末加工制備成具有一定形狀和尺寸的坯體。
[0004]其中，干法成型主要包括干壓成型、熱壓成型、等靜壓成型，主要指?jìng)鹘y(tǒng)的干壓成型。干壓成型顧名思義就是采用壓力將陶瓷粉料在不加水的情況下壓制成具有一定形狀的陶瓷坯體。其實(shí)質(zhì)就是使用外力將粉體在模具內(nèi)壓實(shí)，使顆粒相互靠近，此時(shí)內(nèi)摩擦力就能夠?qū)⒎垠w牢固地結(jié)合在一起，使聚集在一起的粉體具有一定的形狀。等靜壓成型作為一種特種成型方法，是以傳統(tǒng)干壓成型為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。不同在于它傳遞壓力利用的是液體，液體可以向模具內(nèi)的粉體從各個(gè)方向施加壓力。由于液體具有均勻性，內(nèi)部壓力具有一致性，因此，粉體在所有方向上所承受的壓力具有一致性，因此能夠較好的消除坯體內(nèi)密度的部分差別，但是，其對(duì)于大尺寸或大截面的部件仍然無法克服坯體密度不均勻的問題。
[0005]針對(duì)上述問題，濕法成型工藝相比較而言，設(shè)備比較簡(jiǎn)單且應(yīng)用比較廣泛，成型的要求比較低，濕法成型中漿料混合均勻，使得成型后坯體成分均勻，缺陷少。其中，凝膠注模成型作為一種新型近凈尺寸的陶瓷成型技術(shù)，漿料具有較好的流動(dòng)性，可以很好地填充模具，因此很容易制備出復(fù)雜形狀的坯體，避免了后期機(jī)械加工，即可達(dá)到合適形狀，降低成本。此外，由于單體和交聯(lián)劑為有機(jī)物，在燒結(jié)過程中能夠完全排除，因此，燒結(jié)后的部件純凈度高。相比其它膠體成型方法，凝膠注模成型工藝具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)。由丙烯酰胺聚合成型得到的陶瓷坯體強(qiáng)度較高，不易開裂，脫模時(shí)不會(huì)變形
[0006]然而，傳統(tǒng)的凝膠注模成型工藝依然存在如下缺陷:由于單體丙烯酰胺具有毒性，因此，在確保坯體強(qiáng)度的同時(shí)，又會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，以及對(duì)操作人員的人身健康產(chǎn)生了威脅。此外，單體丙烯酰胺在聚合過程，有可能會(huì)受到氧氣的影響，使坯體產(chǎn)生開裂或起皮等問題，成型過程可控性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]基于此，有必要提供一種毒性較低以及可以得到機(jī)械強(qiáng)度較高的氧化鋯陶瓷的基于凝膠注模工藝的氧化鋯陶瓷刀具制備方法。
[0008]一種基于凝膠注模工藝的氧化鋯陶瓷刀具制備方法，包括如下步驟:
[0009]提供釔穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體、氧化鋁粉體、氮化硅粉體、分散劑、凝膠劑、脫模劑；
[0010]將所述釔穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體、所述氧化鋁粉體、氮化硅粉體、所述分散劑和適量去離子水放入球磨罐中進(jìn)行球磨操作后，制備得到陶瓷粉料懸浮物；
[0011 ]將所述陶瓷粉料懸浮物進(jìn)行預(yù)熱，其中，所述預(yù)熱的溫度為65°C?75°C;
[0012]將所述凝膠劑加熱溶解得到凝膠劑溶液，趁熱將所述凝膠劑溶液加入至預(yù)熱的所述陶瓷粉料懸浮物中，攪拌混合，并進(jìn)行除泡，得到陶瓷漿料；
[0013]在模具內(nèi)側(cè)壁涂覆脫模劑后，向所述模具內(nèi)注入所述陶瓷漿料，靜置成型，脫模干燥后，得到刀具生坯；
[0014]將所述刀具生坯進(jìn)行煅燒，得到所述氧化鋯陶瓷刀具。
[0015]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述陶瓷粉料懸浮物的固含量為50vol%?65vol%。
[0016]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述攪拌混合的操作具體為恒溫真空攪拌混合。
[0017]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述向所述模具內(nèi)注入所述陶瓷漿料的操作中，還包括如下步驟:將所述模具進(jìn)行震蕩，并排出氣泡。
[0018]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述脫模劑包括凡士林和植物油中的至少一種。
[0019]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述脫模劑為植物油。
[0020]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)熱的溫度為70°C。
[0021]上述基于凝膠注模工藝的氧化鋯陶瓷刀具制備方法采用無毒性以及綠色環(huán)保的凝膠劑，相對(duì)于傳統(tǒng)的采用有毒性的單體丙烯酰胺聚合來進(jìn)行凝膠注模工藝，上述制備方法可以消除制備過程中對(duì)環(huán)境以及操作人員產(chǎn)生的毒性，綠色環(huán)保。此外，上述制備方法制備得到的氧化鋯陶瓷刀具機(jī)械強(qiáng)度較高。
【附圖說明】
[0022]圖1為一實(shí)施方式的基于凝膠注模工藝的氧化鋯陶瓷刀具制備方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
[0024]如圖1所示，一實(shí)施方式的基于凝膠注模工藝的氧化鋯陶瓷刀具制備方法，包括如下步驟:
[0025]S110:提供釔穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體、氧化鋁粉體、氮化硅粉體、分散劑、凝膠劑、
脫模劑。
[0026]為了更好地提高凝膠注模工藝成型后的生坯的強(qiáng)度，例如，所述釔穩(wěn)定四方相氧化錯(cuò)粉體的平均粒徑為0.6μηι?5μηι;又如，所述氧化招粉體的平均粒徑為0.5μηι?5μηι;又如所述氮化娃粉體的平均粒徑為0.5μηι?5μηι，這樣，采用上述粒徑，如，采用納米級(jí)粒徑的?乙穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體、氧化鋁粉體、氮化硅粉體可以更好地提高凝膠注模工藝成型后的生坯的強(qiáng)度，同時(shí)，也有利于后續(xù)制作漿料時(shí)，三者的均勻分散。
[0027]—實(shí)施方式中，所述釔穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體、所述氧化鋁粉體和氮化硅粉體的質(zhì)量比為(80?95): (5?20): (5?10)，優(yōu)選的，所述釔穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體、所述氧化鋁粉體和氮化硅粉體的質(zhì)量比為90:10:10，這樣，采用上述質(zhì)量比的釔穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體、氧化鋁粉體、氮化硅粉體可以利于后續(xù)制作漿料時(shí)，三者的均勻分散。此外，采用上述質(zhì)量比的釔穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體、氧化鋁粉體、氮化硅粉體制作的生坯在煅燒后，可以具有機(jī)械強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)。
[0028]S120:將所述釔穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體、所述氧化鋁粉體、氮化硅粉體、所述分散劑和適量去離子水放入球磨罐中進(jìn)行球磨操作后，制備得到陶瓷粉料懸浮物。
[0029]通過將所述釔穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體、所述氧化鋁粉體、氮化硅粉體與分散劑混合，并利用分散劑對(duì)三種粉體的分散作用，可以使所述釔穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體、所述氧化鋁粉體、氮化硅粉體更好地分散，從而可以制備得到高固相含量的陶瓷粉料懸浮物，即陶瓷粉料懸浮物這一懸浮體的原位固化過程。
[0030]可以理解，高固相含量的陶瓷粉料懸浮物制備的生坯在煅燒燒結(jié)時(shí)，可以減少變形開裂的情況發(fā)生，即可以實(shí)現(xiàn)凈尺寸的燒結(jié)效果。例如，制備得到的所述陶瓷粉料懸浮物的固含量為5 O V ο I %?6 5 V ο I %，優(yōu)選的，制備得到的所述陶瓷粉料懸浮物的固含量為65vol%，這樣，可以實(shí)現(xiàn)凈尺寸的燒結(jié)效果。
[0031 ] 一實(shí)施方式中，陶瓷粉料懸浮物包括如下質(zhì)量份的各組分:0.4份?0.6份的分散劑;80份?95份的釔穩(wěn)定四方相氧化鋯粉體;5份?20份的氧化鋁粉體和5份?10份的氮化硅粉體；以及適量的去離子水，去離子水的用量以確保球磨順利進(jìn)行即可。
[0032]—實(shí)施方式中，所述球磨為濕法球磨工藝，并采用氧化鋯球作為研磨球;又如，所述球磨以700r/min?800r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行;又如，所述球磨的持續(xù)時(shí)間為12小時(shí)?48小時(shí)；又如，所述研磨球與所述陶瓷粉料懸浮物的質(zhì)量比為1: (2?3);又如，所述研磨球的直徑為5?20_;又如，還采用氧化鋁球?yàn)檠心デ?，這樣，有利于得到分散效果較佳和粒徑更均勻的陶瓷粉料懸浮物。
[0033]—實(shí)施方式中，所述分散劑包括聚丙烯酸銨和檸檬酸銨中的至少一種，又如，所述分散劑包括質(zhì)量比為1: (2?3)的聚丙烯酸銨和檸檬酸銨;又如，所述分散劑包括質(zhì)量比為1:1.5的聚丙烯酸銨和檸檬酸銨。
[0034]需要說明的是，一方面，在陶瓷粉料懸浮物體系中，氧化鋁懸浮體的zeta電位(電動(dòng)電勢(shì))隨PH值的變化而變化，氧化鋁懸浮體在酸性條件下zeta電位為正值，隨著pH值的升高，會(huì)促使陶瓷粉料懸浮物體系的zeta電位逐漸減小，在pH值為9附近時(shí)，達(dá)到等電點(diǎn)，隨后zeta電位將小于零，因此，在未加入分散劑的情況下，氧化鋁懸浮體在酸性條件下分散性比較好。但是，當(dāng)在加入分散劑為質(zhì)量比為1: (2?3)的聚丙烯酸銨和檸檬酸銨時(shí)，其對(duì)陶瓷粉料懸浮物體系的zeta電位的影響比較大，在堿性條件下，如，陶瓷粉料懸浮物體系的pH為9?10時(shí)，陶瓷粉料懸浮物體系的zeta電位絕對(duì)值比未加入分散劑時(shí)的zeta電位絕對(duì)值更大，也就是說，采用上述質(zhì)量比的分散劑，可以使陶瓷粉料懸浮物體系分散地更均勻。也就是說，zeta電位絕對(duì)值越大，則說明粉體之間的靜電排斥力越大，即陶瓷粉料懸浮物體系的分散性越好。如此，在陶瓷粉料懸浮物體系的PH