[发明专利]一种改善氧化锆粉体陶瓷性能的复合添加剂

说明书

本发明涉及一种改善氧化锆粉体陶瓷性能的复合添加剂用添加装置，添加装置至少包括改性区域和用于向改性区域提供粉末状原料的细化区域，添加装置被构造为多层壳体结构，添加装置能够通过其至少两层壳体之间的相对运动使细化区域与改性区域之间间歇式连通，并且在该间歇式连通的方式下形成位于细化区域与改性区域之间的添加剂滞留室，以此添加装置能够利用在该间歇式连通的方式下所形成的添加剂滞留室使位于细化区域内的第一粉末状原料在未完全细化达到目标粒径之前被引导至改性区域内，并且能够利用由该间歇式连通方式所促进的涡流运动使位于改性区域内的第一粉末状原料逐步细化至目标粒径并与第二粉末状原料彼此掺合且至少部分地接触合并。

技术领域

本发明涉及氧化锆粉体陶瓷改性技术领域，尤其涉及一种改善氧化锆粉体陶瓷性能的复合添加剂。

背景技术

陶瓷注射成型技术Ceramic Injection Moulding，简称CIM技术，是类似于20世纪70年代发展起来的金属注射成型技术(Metal injection Molding，简称MIM技术)，CIM技术与MIM技术均属于粉末注射成型技术(Powder Injection Molding，PIM技术)的主要分支，均是在聚合物注射成型技术比较成熟的基础上发展而来的。由于CIM技术能生产复杂形状制品，且尺寸精度高，机加工量少，表面光洁，适合批量生产，成本低，因而成为当今发展最快、应用最广的陶瓷零部件精密制造技术。这一陶瓷制备技术在氧化锆陶瓷生产中的应用尤其广泛。CIM技术作为一种新兴的精密制造技术，有着其不可比拟的独特优势。特别是近年来全球范围内产业化的不断扩大，更加充分证明CIM技术诱人的发展前景。CIM技术是将聚合物注射成型方法与陶瓷制备工艺相结合而发展起来的一种制备陶瓷零部件的新工艺。主要技术优势在于CIM技术的机械化程度高、产品尺寸精密和制品表面光洁度高，在制造形状复杂的小尺寸陶瓷部件领域既有不可替代性，例如Optical Fiber Connector光纤连接器插芯和牙齿正畸用陶瓷托槽等。陶瓷材料优异的物理化学性能和精密注射成型的有机结合，必将使CIM技术在航天航空、国防军事以及医疗器械等High-tech领域发挥越来越重要的作用，成为国内外精密陶瓷零部件中最有优势的先进制备技术。

CIM技术主要包括以下步骤：首先是注射喂料的制备，将陶瓷粉与合适的有机载体按一定的比例在一定的温度下进行混炼，然后干燥、造粒；再把注射喂料加入注射机内在一定的温度和压力下注入模具内并冷却固化成型，随后通过加热或者其他物理化学方法排除坯体内的有机物，最后烧结致密化得到各种陶瓷产品。CIM过程中陶瓷粉体依靠有机粘结剂载体实现流动性，美因茨有机粘结剂含量比较高，必须经过单独的脱脂步骤才能进行最终烧结。传统的脱脂方法是采用加热的方式使有机粘结剂挥发或裂解为气体排出，即为热脱脂。LEWIS J A.等人在Annual Review of Materials Science[J].1997,27(01):147.文献中指出CIM技术的素坯中的气孔完全被有机粘结剂填充，属于闭气孔结构(closed porestructure)，如果在热脱脂中升温速率过快，坯体内部的气体产物无法迅速排出，气压升高将导致开裂、鼓泡和变形等缺陷。因此，热脱脂往往需要几十个小时的时间，效率低下，并且很难制造大尺寸陶瓷部件。颜鲁婷,司文捷,苗赫濯等人在CIM中最新脱脂工艺的进展[J].材料科学与工程学报,2001,19(3):108-112.文献中提出作为高效脱脂新技术的水基萃取脱脂技术，水萃取脱脂技术是基于溶剂萃取脱脂原理而开发出的一种新的脱脂方法。其最早由美国Thermal Precision Technology公司开发并应用到CIM技术中的。该脱脂技术所采用的粘结剂体系，一部分是水溶性的高聚物如聚乙二醇(PEG)、聚环氧乙烷(PEO)以及纤维素和纤维素衍生出的琼脂糖等，水溶性组分通过水溶解的方式排除；另一部分是不溶于水的非水溶性组分，非水溶性组分作为骨架粘结剂保证胚体的强度。该工艺脱脂速度快、时间短、无污染。