[发明专利]一种用于橡胶模具的碳化硅陶瓷坯体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于橡胶模具的碳化硅陶瓷坯体制备方法，属于陶瓷胶态成型领域。

背景技术

凝胶浇注成型(Gelcasting)是制备SiC陶瓷的一种重要成型工艺。凝胶浇注成型可以获得坯体结构均匀、坯体强度高并可进行机械加工。作为聚合体系的单体一般为丙烯酰胺类或丙烯酸类，其优点是单体的加入可以降低浆料体系的粘度；价格低等。但是其缺点是：1，属于自由基聚合的反应过程很容易受到体系中溶解的物质的影响，产生氧阻聚、碳阻聚等。为了克服氧阻聚，浆料必须在密闭并有惰性气体的容器中固化。这导致工艺的复杂化；2，来自易加工、易脱模的模具材料(橡胶、塑料)的阻聚导致坯体表面不固化，表层容易脱落，坯体结构失真。为避免模具材料的阻聚导致部分浆料不能固化，一般采用不锈钢制备模具，这增加了工业生产的成本和模具制备的难度。Walls等人使用聚合物凝胶模具，虽然避免了模具本身对自由基聚合反应过程的阻聚，但是聚合物凝胶模具强度低，重复使用会导致模具破损。适合于浇注的模具对于制备复杂形状、精细结构的陶瓷部件极其重要。所以凝胶浇注成型制备SiC陶瓷的工业化生产仍然存在一定的难度。

发明内容

为解决SiC凝胶浇注成型工艺中上述问题，本发明提出了以水溶性环氧树脂作为聚合体系制备SiC陶瓷坯体，避免模具材料的阻聚，并且保证能够制备出适合凝胶浇注的SiC浆料。模具材料可采用具有弹性的橡胶等有机或无机高分子化合物及其复合材料，以橡胶等模具制备出SiC陶瓷坯体部件，并可以重复使用，如图1。这对凝胶浇注成型制备SiC陶瓷的工业化具有重要的意义。

本发明涉及以下两点：

1、具有弹性的橡胶等有机或无机高分子化合物及其复合材料制备SiC凝胶浇注成型的模具；

2、以水溶性环氧树脂作为聚合体系制备SiC陶瓷坯体。

根据以环氧树脂作为聚合体系制备SiC陶瓷坯体的工艺步骤，其特征在于如下：

1)将环氧树脂和分散剂溶于分散介质中，配制成预混液。

所述环氧树脂作为聚合体系，环氧树脂分子中具有2个以上环氧基，每100g溶剂中溶解量大于5.0g。与固化剂反应的温度在10℃～100℃之间。可以使SiC浆料固化，如图2。

所述分散介质包括：水、有机溶剂及其水溶液。以水为分散介质满足环保要求，为最佳分散介质。

所述环氧树脂还可为：水溶性环氧树脂、水化性改性环氧树脂和非水溶性环氧树脂。

环氧树脂溶液中可加入增韧剂、偶联剂和稀释剂等物质，以提高坯体性能。

所述增韧剂包括：非活性增韧剂、活性增韧剂。

所述偶联剂包括：铬络合物偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸化合物。

所述稀释剂包括：惰性和活性稀释剂。

分散介质中可加入消泡剂、结合剂、湿润剂、润滑剂(也称滑动剂)、可塑剂、胶体保护剂、保水剂、防静电剂、杀菌剂、络合稳定剂、发泡剂、表面活性剂等试剂，提高浆料体系的稳定性和流动性。

所述分散剂为四甲基氢氧化铵、聚乙烯亚胺、聚甲基丙烯酸铵、醇铝、山梨醇脂肪酸脂、阿拉伯树胶、三聚磷酸钠、聚乙二醇、磺化丙酮一甲醛缩聚物。四甲基氢氧化铵分散SiC浆料具有最好的流动性。

2)根据制备的陶瓷的用途，浆料混合过程可加入造孔剂制备多孔SiC陶瓷。

所述造孔剂包括：碳粉、羧甲基纤维素、磷酸二氢铵、聚氯乙烯、碳酸钙、炭粉、锯木、淀粉、酵母粉、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯颗粒。

3)加入SiC粉体，通过搅拌、球磨及砂磨等方式使浆料混合均匀。如果有必要可以使用冷却装置对浆料进行冷却。

4)根据SiC烧结机制加入烧结助剂。所述烧结助剂包括以下体系：Al₂O₃、Al₂O₃-Y₂O₃、Al₂O₃-Y₂O₃-CaO、Al-B-C、Al₄C₃-B₄C-C、AlB₂-C、Al-B₄C-C和纳米SiC粉体。

5)如果有必要可将SiC浆料进行真空除气。

6)在浆料中加入固化剂，并使固化剂混合均匀。