[发明专利]一种直接凝固注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用直接凝固注模成型制备MgAlON透明陶瓷素坯的方法，属于透明陶瓷材料制备领域。

背景技术

透明陶瓷不仅具有陶瓷固有的耐高温、耐腐蚀、高绝缘、高强度等性能，还具有优异的光学特性，因此可被广泛应用于照明、光学、透明装甲、太阳能、红外探测器等领域。其中非氧化物氧氮化铝系（AlON、MgAlON、LiAlON等）透明陶瓷具有各向同性的光学性能、高的透光率，因此越来越引起人们的兴趣和重视。

由于良好光学透过性要求透明陶瓷材料需具备晶界上没有杂质以及第二相存在、相对致密度极高等要求。因此应保证透明陶瓷制备过程中没有杂质存在、成型的坯体结构均匀致密。陶瓷部件的复杂形状也对成型技术提出了要求。目前，在众多的成型方法中既能制备出复杂形状陶瓷部件又比较适用于成型透明陶瓷坯体的方法有直接凝固注模成型。

直接凝固注模成型（Direct Coagulation Casting，DCC）是把生物酶化学、胶体化学及陶瓷工艺学融为一体的一种净尺寸陶瓷成型技术。该技术主要采用生物酶催化陶瓷浆料中相应的反应物发生化学反应，从而改变浆料pH值至等电点或压缩陶瓷颗粒表面双电层，使浆料中固体颗粒间斥力消除，颗粒在范德华引力作用下团聚（司文捷，苗赫濯，黄勇.“陶瓷直接凝固注模（DCC）成型”，现代技术陶瓷， 1995，40-44）。目前人们已采用传统的酶催化底物反应的直接凝固注模成型制备出了膝关节、转子等复杂形状的陶瓷部件。但是这种直接凝固注模成型的方法对适用陶瓷粉末的范围具有局限性，对于等电点pH=9左右的氧化铝陶瓷比较适用，而不适用于等电点较低的陶瓷粉末。因为通过浆料的内部反应不易把pH值从碱性降低至等电点。为此，一些改进的直接凝固注模成型得到了发展，包括高价反离子直接凝固注模成型、以MgO作为凝固剂的直接凝固注模成型等（K.Prabhakaran，A.Melkei，N.M.Gokhale et al. “Direct coagulation casting of YSZ powder suspensions using MgOas coagulating agent”，Ceramics International，35，2009，1487-1492 ）。

高价反离子直接凝固注模成型的原理是通过控制陶瓷浆料中高价反离子的释放，增加浆料中反离子强度，压缩颗粒表面双电层来达到陶瓷浆料固化的效果。高价反离子直接凝固注模成型过程中使用凝固剂含量极少，因此凝固剂的引入不会影响透明陶瓷的组成及光学性能。而且高价反离子直接凝固注模成型所制备的坯体有机物含量低，可直接烧结而无需脱脂。与凝固注模成型相比，高价反离子直接凝固注模成型所加入的凝固剂无毒害，有利于环境保护。与传统直接凝固注模成型相比，由高价反离子直接凝固注模成型所得坯体的强度较高（Jie Xu，Yanan Qu，Xiaoqing Xi et al. “Properties of alumina coagulated Bodies prepared by direct coagulation casting via high valence counter ions(DCC-HVCI)”，Journal of the American Ceramics Society，95（11），2012，3415-3420），有利于坯体无变形脱模。基于高价反离子直接凝固注模成型的这些特点以及透明陶瓷的制备要求，高价反离子直接凝固注模成型适于制备大尺寸复杂形状的透明陶瓷部件。