[发明专利]一种改性陶瓷材料及其改性制备方法和陶瓷浆料

说明书

本发明公开了一种改性陶瓷材料及其改性制备方法和陶瓷浆料，其中，改性陶瓷材料由包括表面改性剂和纳米陶瓷材料的原料经搅拌反应制得；其中，纳米陶瓷材料包括纳米氧化锆、纳米氧化铝、纳米氧化硅和纳米氮化硼中的任一种；表面改性剂选自磷酸共聚物、硅烷偶联剂和C16～C20烯酸中的至少一种。通过以上方式，本发明改性陶瓷材料分散性高，颗粒表面能大，烧结温度较低，利于减少能耗，且烧结后材料的力学性能好。

技术领域

本发明涉及无机陶瓷材料表面改性技术领域，具体涉及一种改性陶瓷材料及其改性制备方法和陶瓷浆料。

背景技术

由于陶瓷材料具有耐高温、耐磨性和耐化学腐蚀等高分子材料和金属材料不具备的优点，因而在材料领域备受青睐，常见的陶瓷材料包括氧化铝、氧化锆、氮化硼等。随着电子行业、航空航天技术的发展，研究者对材料性能的要求越来越高，陶瓷浆料是制备高性能陶瓷部件的关键，高分散低粘度的浆料是获得高致密性陶瓷零件的关键，同时有利于降低烧结能耗。

目前传统的成型工艺，如流延成型、凝胶注模等，可以成型大部分简单结构陶瓷零件，对于复杂结构，需要借助模具，成本高，周期长，难以适应市场对产品的需求。增材制造技术作为新型的制造技术对于加工复杂结构陶瓷零件具有明显的优势，该技术包括选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)、融化沉积成型技术(Fused Deposition ofCeramics,FDC)和分层实体制造技术(Laminated Object Manufacturing,LOM)等，光固化成型(Stereolithography,SLA)陶瓷零件具有成型精度高、工艺简单等优点。在SLA成型技术中，浆料的分散性、粘度、均匀性和流动性等因素决定能否固化成型以及固化质量。

合适的表面改性剂(分散剂)能大大改善陶瓷材料在浆料中的分散性，降低浆料的粘度，从而得到流变性能好、分散均匀、固含量高且稳定的浆料。分散剂在悬浮液中通过三种机理与陶瓷表面发生作用而阻止互相团聚，分别是：静电斥力作用、空间位阻作用和静电位阻作用。目前，大多数研究者主要研究水基陶瓷浆料体系，因此静电斥力作用和静电位阻作用两种机理被应用在水基氧化锆浆料中提高陶瓷的分散性，但水基浆料成型精度不高。另外，现大多数研究者主要研究亚微米级陶瓷材料颗粒，该类颗粒表面能较低，烧结过程中需要较高的能量，同时烧结后材料的力学性能较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种改性陶瓷材料及其改性制备方法和陶瓷浆料，该改性陶瓷材料分散性高，且颗粒表面能较大，烧结温度较低，利于减少能耗，且烧结后材料的力学性能好。

本发明所采用的技术方案是：一种改性陶瓷材料，其由包括表面改性剂和纳米陶瓷材料的原料经搅拌反应制得；其中，所述纳米陶瓷材料包括纳米氧化锆、纳米氧化铝、纳米氧化硅和纳米氮化硼中的任一种；所述表面改性剂选自磷酸共聚物(如BYK-111)、硅烷偶联剂(如KH560、KH570等)和C16～C20烯酸(如油酸)中的至少一种。

本发明还提供了一种改性陶瓷材料的改性制备方法，包括如下步骤：将表面改性剂溶解于有机溶剂(如乙醇等醇类溶液)中，而后加入纳米陶瓷材料，搅拌制得改性纳米陶瓷材料混合液；其中，所述表面改性剂选自磷酸共聚物(如BYK-111)、硅烷偶联剂(如KH560、KH570等)和C16～C20烯酸(如油酸)中的至少一种。通过以上方式，所使用的表面改性剂分子链一端含有锚固基团(如羟基、羧基和磷酸基团等)，另一端是溶剂化链段(即亲油基的一端)，当锚固基团吸附在纳米陶瓷材料颗粒表面时，由于亲油基在油基溶剂中的溶剂化作用，使得一端吸附颗粒的表面活性剂可以完全在油基溶剂中伸展开，形成空间位阻，从而实现对纳米陶瓷材料颗粒表面的亲油化改性。

优选地，所述纳米陶瓷材料的平均粒径为40～60nm。

优选地，所述纳米陶瓷材料在加入之前经过干燥处理，以除去纳米陶瓷材料中的水分，以防止团聚现象严重。