專利名稱：水脫脂粘結(jié)劑體系及陶瓷構(gòu)件的注射成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陶瓷注射成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及水脫脂粘結(jié)劑體系及原料包含水脫脂粘結(jié)劑體系的陶瓷注射成型方法。
背景技術(shù)：
陶瓷注射成型是一種近凈尺寸成型工藝，主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于機(jī)械化程度高、產(chǎn)品尺寸精密和制品表面光潔度高，在制造形狀復(fù)雜的小尺寸陶瓷部件領(lǐng)域具有不可替代性。 在陶瓷注射成型技術(shù)中有一個(gè)很重要的脫脂環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的脫脂方法是采用加熱的方式使有機(jī)粘結(jié)劑揮發(fā)或裂解為氣體排出，即熱脫脂。由于注射成型的素坯中的氣孔完全被有機(jī)粘結(jié)劑填充，屬于閉氣孔結(jié)構(gòu)，如果在熱脫脂中升溫速率過快，坯體內(nèi)部的氣體產(chǎn)物無法迅速排出，氣壓升高將導(dǎo)致開裂、鼓泡和變形等缺陷。因此，熱脫脂往往需要幾十小時(shí)的時(shí)間，效率低下，并且很難制造大尺寸陶瓷部件。水脫脂技術(shù)是一種高效脫脂新技術(shù)，其粘結(jié)劑體系包括水溶性和非水溶性組分兩種。水溶性組分通過水溶解的方式排除，非水溶性組分作為骨架粘結(jié)劑保證坯體的強(qiáng)度。水脫脂后的坯體內(nèi)形成了貫通的氣孔網(wǎng)絡(luò)，剩余的粘結(jié)劑可以通過加熱的方式快速排除。水脫脂的速率較熱脫脂速率大大提高，厚度5mm的坯體經(jīng)過2小時(shí)就可以脫除超過70%的水溶性有機(jī)粘結(jié)劑。目前已經(jīng)公開的水脫脂粘結(jié)劑體系的骨架粘結(jié)劑和水溶性組分是熱力學(xué)不相容的，例如骨架粘結(jié)劑為聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)； 而水溶性組分為聚乙二醇(PEG)和聚乙烯醇(PVA)。因此在高固相體積分?jǐn)?shù)下很難制備流動(dòng)性好的注射料，同時(shí)陶瓷粉體表面和骨架粘結(jié)親和性差，直接影響到陶瓷顆粒和有機(jī)粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度，很容易導(dǎo)致高速高壓注射成型中陶瓷顆粒和有機(jī)粘結(jié)劑分離，導(dǎo)致后期脫脂和燒結(jié)過程中出現(xiàn)開裂、變形和鼓泡等缺陷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種骨架粘結(jié)劑和水溶性組分熱力學(xué)相容的水脫脂粘結(jié)劑體系，以及相應(yīng)提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低的原料中包含有該水脫脂粘結(jié)劑體系的陶瓷構(gòu)件的注射成型方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種水脫脂粘結(jié)劑體系，主要由骨架粘結(jié)劑和水溶性聚合物組成，所述骨架粘結(jié)劑和水溶性聚合物的質(zhì)量比為1 (0.5 3)，其中骨架粘結(jié)劑包括質(zhì)量比為(5 1. 1的植物淀粉和增塑劑。作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述骨架粘結(jié)劑還包括改性劑。所述改性劑優(yōu)選為聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。所述改性劑與所述植物淀粉的質(zhì)量比優(yōu)選為1 0 5)。作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述植物淀粉優(yōu)選為玉米淀粉、木薯淀粉或者土豆淀粉。所述增塑劑優(yōu)選為乙二醇、丙三醇、甲酰胺或者甲酰胺水溶性聚合物優(yōu)選為聚乙二醇。作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種陶瓷構(gòu)件的注射成型方法，包括以下步驟(1)原料準(zhǔn)備稱取原料組分，所述原料組分包括陶瓷粉體、上述本發(fā)明的水脫脂粘結(jié)體系、偶聯(lián)劑及表面活性劑，各原料組分質(zhì)量配比如下陶瓷粉末80% 90%，植物淀粉2. 0 % 5. 0 %，增塑劑0.5% 1.5%，改性劑0 2.0%，水溶性聚合物 3. 0 % 10. 0 %，偶聯(lián)劑0. 01% 0. 05%，和表面活性劑1.0% 1.5%。(2)制備注射成型料將上述各原料組分混合，然后將混合物加入單螺桿擠出機(jī)中混煉擠出，擠出溫度為120°C 180°C，擠出后得到注射成型料；(3)注射將上述注射成型料在注射成型機(jī)上注射制得陶瓷構(gòu)件坯體；(4)脫脂將上述陶瓷構(gòu)件坯體置于45°C 60°C的水中脫脂，然后進(jìn)行干燥、熱脫脂，得到半成品；(5)燒結(jié)將上述半成品進(jìn)行燒結(jié)，得到陶瓷構(gòu)件。上述的陶瓷構(gòu)件的注射成型方法，所述各原料組分混合時(shí)的具體操作優(yōu)選為首先將所述植物淀粉、增塑劑在高速混合機(jī)中混合均勻，放置0. 5 1. 5小時(shí)后，得到預(yù)塑化淀粉，然后將所述預(yù)塑化淀粉、陶瓷粉末、改性劑、水溶性聚合物、偶聯(lián)劑和表面活性劑加入高速混合機(jī)中充分混合即可。上述陶瓷構(gòu)件的注射成型方法中，所述陶瓷粉末優(yōu)選為氧化鋯、氧化鋁、碳化硅或氮化硅。所述偶聯(lián)劑優(yōu)選為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑。所述表面活性劑優(yōu)選為硬脂酸或油酸。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明采用植物淀粉作為原料，通過對(duì)其進(jìn)行塑化及改性使其成為水脫脂粘結(jié)劑體系的骨架粘結(jié)劑，本發(fā)明選用的骨架粘結(jié)劑和水溶性聚合物具有良好的相容性，它們共同組成的水脫脂粘結(jié)劑體系在脫脂過程中不會(huì)出現(xiàn)變形、開裂和鼓泡等缺陷，且水脫脂速率高。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 —種本發(fā)明的水脫脂粘結(jié)劑體系，由質(zhì)量比為4. 07 7.8的骨架粘結(jié)劑和水溶性聚合物組成，該骨架粘結(jié)劑包括質(zhì)量比為3. 17 0.9的玉米淀粉和增塑劑甲酰胺，水溶性
聚合物為聚乙二醇。一種本發(fā)明的陶瓷構(gòu)件的注射成型方法，包括以下步驟1)原料準(zhǔn)備稱取原料組分，原料組分包括陶瓷粉體、本實(shí)施例上述的水脫脂粘結(jié)體系、偶聯(lián)劑及表面活性劑，各原料組分質(zhì)量配比如下表1所示；
2)制備注射成型料將準(zhǔn)備好的植物淀粉和增塑劑(即玉米淀粉和甲酰胺)在高速混合機(jī)中混合均勻，放置1小時(shí)得到預(yù)塑化淀粉，然后將預(yù)塑化淀粉、陶瓷粉末(Al2O3)、 聚乙二醇、硅烷偶聯(lián)劑和硬脂酸加入高速混合機(jī)中充分混合，再將上述混合物加入單螺桿擠出機(jī)中混煉擠出，擠出溫度為125°C，得到注射成型料；3)注射將上述注射成型料在注射成型機(jī)上注射制得陶瓷構(gòu)件坯體；4)脫脂將上述陶瓷構(gòu)件坯體置于45°C的水中脫脂，然后進(jìn)行干燥和熱脫脂得到半成品；5)燒結(jié)將上述半成品進(jìn)行燒結(jié)后得到陶瓷構(gòu)件。實(shí)施例2 一種水脫脂粘結(jié)劑體系，由質(zhì)量比為5. 45 10的骨架粘結(jié)劑和水溶性聚合物組成，該骨架粘結(jié)劑包括木薯淀粉和增塑劑，增塑劑為甲酰胺與尿素的混合物，其中木薯淀粉、甲酰胺與尿素質(zhì)量比分別為4. 25 0.4 0.8，水溶性聚合物為聚乙二醇。一種本發(fā)明的陶瓷構(gòu)件的注射成型方法，包括以下步驟1)原料準(zhǔn)備稱取原料組分，原料組分包括陶瓷粉體、本實(shí)施例上述的水脫脂粘結(jié)體系、偶聯(lián)劑及表面活性劑，各原料組分質(zhì)量配比如下表1所示；2)制備注射成型料將準(zhǔn)備好的植物淀粉和增塑劑(即木薯淀粉、甲酰胺與尿素的混合物)在高速混合機(jī)中混合均勻，放置1小時(shí)得到預(yù)塑化淀粉，然后將預(yù)塑化淀粉、陶瓷粉末(Al2O3)、聚乙二醇、鈦酸酯偶聯(lián)劑和油酸加入高速混合機(jī)中充分混合，再將上述混合物加入單螺桿擠出機(jī)中混煉擠出，擠出溫度為125°C，得到注射成型料；3)注射將上述注射成型料在注射成型機(jī)上注射制得陶瓷構(gòu)件坯體；4)脫脂將上述陶瓷構(gòu)件坯體置于45°C的水中脫脂，然后進(jìn)行干燥和熱脫脂得到半成品；5)燒結(jié)將上述半成品進(jìn)行燒結(jié)后得到陶瓷構(gòu)件。實(shí)施例3一種水脫脂粘結(jié)劑體系，由質(zhì)量比為4 9. 47的骨架粘結(jié)劑和水溶性聚合物組成，該骨架粘結(jié)劑包括質(zhì)量比為3 1的玉米淀粉和增塑劑乙二醇，水溶性聚合物為聚乙二一種本發(fā)明的陶瓷構(gòu)件的注射成型方法，包括以下步驟1)原料準(zhǔn)備稱取原料組分，原料組分包括陶瓷粉體、本實(shí)施例上述的水脫脂粘結(jié)體系、偶聯(lián)劑及表面活性劑，各原料組分質(zhì)量配比如下表1所示；2)制備注射成型料將準(zhǔn)備好的植物淀粉和增塑劑(即玉米淀粉和乙二醇)在高速混合機(jī)中混合均勻，放置1小時(shí)得到預(yù)塑化淀粉，然后將預(yù)塑化淀粉、陶瓷粉末(ZrO2)、聚乙二醇、硅烷偶聯(lián)劑和硬脂酸加入高速混合機(jī)中充分混合，再將上述混合物加入單螺桿擠出機(jī)中混煉擠出，擠出溫度為125°C，得到注射成型料；3)注射將上述注射成型料在注射成型機(jī)上注射制得陶瓷構(gòu)件坯體；4)脫脂將上述陶瓷構(gòu)件坯體置于45°C的水中脫脂，然后進(jìn)行干燥和熱脫脂得到半成品；5)燒結(jié)將上述半成品進(jìn)行燒結(jié)后得到陶瓷構(gòu)件。實(shí)施例4
一種水脫脂粘結(jié)劑體系，由質(zhì)量比為2. 7 6. 08的骨架粘結(jié)劑和水溶性聚合物組成，該骨架粘結(jié)劑包括質(zhì)量比為2 0.7的玉米淀粉和增塑劑丙三醇，水溶性組分為聚乙二一種本發(fā)明的陶瓷構(gòu)件的注射成型方法，包括以下步驟1)原料準(zhǔn)備稱取原料組分，原料組分包括陶瓷粉體、本實(shí)施例上述的水脫脂粘結(jié)體系、偶聯(lián)劑及表面活性劑，各原料組分質(zhì)量配比如下表1所示；2)制備注射成型料將準(zhǔn)備好的植物淀粉和增塑劑(即玉米淀粉和丙三醇)在高速混合機(jī)中混合均勻，放置1小時(shí)得到預(yù)塑化淀粉，然后將預(yù)塑化淀粉、陶瓷粉末(ZrO2)、聚乙二醇、鈦酸酯偶聯(lián)劑和油酸加入高速混合機(jī)中充分混合，再將上述混合物加入單螺桿擠出機(jī)中混煉擠出，擠出溫度為135°C，得到注射成型料；3)注射將上述注射成型料在注射成型機(jī)上注射制得陶瓷構(gòu)件坯體；4)脫脂將上述陶瓷構(gòu)件坯體置于45°C的水中脫脂，然后進(jìn)行干燥和熱脫脂得到半成品；5)燒結(jié)將上述半成品進(jìn)行燒結(jié)后得到陶瓷構(gòu)件。表1 實(shí)施例1 4的原料配方組成
權(quán)利要求
1.一種水脫脂粘結(jié)劑體系，主要由骨架粘結(jié)劑和水溶性聚合物組成，其特征在于所述骨架粘結(jié)劑和水溶性聚合物的質(zhì)量比為1 (0.5 3)，所述骨架粘結(jié)劑包括質(zhì)量比為 (5 1.5) 1的植物淀粉和增塑劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水脫脂粘結(jié)劑體系，其特征在于所述骨架粘結(jié)劑還包括改性劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水脫脂粘結(jié)劑體系，其特征在于所述改性劑為聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯或者乙烯_醋酸乙烯酯共聚物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水脫脂粘結(jié)劑體系，其特征在于所述改性劑與所述植物淀粉的質(zhì)量比為1 (2 5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的水脫脂粘結(jié)劑體系，其特征在于所述植物淀粉為玉米淀粉、木薯淀粉或者土豆淀粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的水脫脂粘結(jié)劑體系，其特征在于所述增塑劑為乙二醇、丙三醇、甲酰胺或者甲酰胺與尿素的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的水脫脂粘結(jié)劑體系，其特征在于所述水溶性聚合物為聚乙二醇。
8.—種陶瓷構(gòu)件的注射成型方法，包括以下步驟(1)原料準(zhǔn)備稱取原料組分，所述原料組分包括陶瓷粉體、權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的水脫脂粘結(jié)體系、偶聯(lián)劑及表面活性劑，各原料組分質(zhì)量配比如下陶瓷粉末80% 90%，植物淀粉2.0% 5.0%，增塑劑0.5% 1.5%，改性劑0 2.0%，水溶性聚合物 3. 0 % 10. 0 %，偶聯(lián)劑0. 01% 0. 05%，和表面活性劑1.0% 1.5%;(2)制備注射成型料將上述各原料組分混合，然后將混合物加入單螺桿擠出機(jī)中混煉擠出，擠出溫度為120°C 180°C，擠出后得到注射成型料；(3)注射將上述注射成型料在注射成型機(jī)上注射制得陶瓷構(gòu)件坯體；(4)脫脂將上述陶瓷構(gòu)件坯體置于45°C 60°C的水中脫脂，然后進(jìn)行干燥、熱脫脂， 得到半成品；(5)燒結(jié)將上述半成品進(jìn)行燒結(jié)，得到陶瓷構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陶瓷構(gòu)件的注射成型方法，其特征在于，所述各原料組分混合時(shí)的具體操作為首先將所述植物淀粉、增塑劑在高速混合機(jī)中混合均勻，放置0. 5 1. 5小時(shí)后，得到預(yù)塑化淀粉，然后將所述預(yù)塑化淀粉、陶瓷粉末、改性劑、水溶性聚合物、偶聯(lián)劑和表面活性劑加入高速混合機(jī)中充分混合即可。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的陶瓷構(gòu)件的注射成型方法，其特征在于所述陶瓷粉末為氧化鋯、氧化鋁、碳化硅或氮化硅；所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑；所述表面活性劑為硬脂酸或油酸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水脫脂粘結(jié)劑體系，主要由骨架粘結(jié)劑和水溶性聚合物組成，該骨架粘結(jié)劑和水溶性聚合物的質(zhì)量比為1∶(0.5～3)，骨架粘結(jié)劑包括質(zhì)量比為(5～1.5)∶1的植物淀粉和增塑劑。本發(fā)明公開的陶瓷構(gòu)件的注射成型方法包括以下步驟先準(zhǔn)備原料，然后將各原料組分混合，將混合物加入單螺桿擠出機(jī)中混煉擠出，擠出后得到注射成型料；將上述注射成型料在注射成型機(jī)上注射，再置于45℃～60℃的水中脫脂，然后干燥、熱脫脂、燒結(jié)后得到陶瓷構(gòu)件。本發(fā)明的粘結(jié)劑體系具有良好的相容性，在陶瓷構(gòu)件的注射成型過程中不會(huì)出現(xiàn)變形、開裂和鼓泡等缺陷，且水脫脂速率高。
文檔編號(hào)C04B35/636GK102153353SQ20101058909
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者劉其城, 劉鵬, 夏清, 廖紅衛(wèi), 李海斌, 楊現(xiàn)鋒, 陳曙光 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)