[发明专利]一种陶瓷坯体的成型方法

说明书

本发明涉及一种陶瓷坯体的成型方法。该陶瓷坯体的成型方法包括：将陶瓷粉体、异丁烯与马来酸酐共聚物分散于水中制备水基陶瓷浆料，控制水基陶瓷浆料的固含量为40～60 vol%；将所得水基陶瓷浆料注入微波能完全穿透的模具中，然后在＞250 W功率的微波作用下，自发凝固成型形成陶瓷凝胶，再经脱模和干燥，得到陶瓷坯体。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷坯体的成型方法，属于陶瓷制备领域。

背景技术

与传统的干压或冷等静压等陶瓷成型方法相比，胶态成型在制备宏观结构复杂和微观结构均匀的先进陶瓷方面具有明显的优势。在2011年，杨燕等人(中国专利公开号CN103130509A)发明了自发凝固成型，该方法使用水溶性异丁烯与马来酸酐类共聚物制备固含量高于50vol％的陶瓷浆料，并利用共聚物的自发凝胶固化得到陶瓷坯体。该自发凝固成型方法具有有机物添加量少且无毒和素坯显微结构均匀等优点，已经成功应用于结构陶瓷(J.Mater.Res.,2014.29(2):p.247-251.)、泡沫陶瓷(J.Adv.Ceram.,2021.10(4):p.852-859.)以及透明陶瓷(J.Adv.Ceram.,2022.11(4):p.582-588.)的制备。但是，凝胶速度较慢大约需要18h完成凝胶固化，形成的湿坯含有约一半体积的水分；导致了陶瓷颗粒凝胶固化阶段可能发生沉降，使坯体密度分布不均匀、干燥变形或开裂。

发明内容

针对自发凝固成型所存在的凝胶固化慢、以及湿坯干燥过程漫长的问题，本发明人利用微波辅助自发凝固成型的方法，即采用适当的微波功率能够加速陶瓷颗粒的运动，以及分散剂分子运动和分子中极化偶极子转动，增加了分子之间碰撞或接触的几率，促进了疏水基团的缔合，且快速并均匀地排出陶瓷湿坯内的一部分水分，使得凝胶速度大幅度提高，且能提高素坯的均匀性。

具体地，本发明提供一种陶瓷坯体的成型方法，包括：

将陶瓷粉体、异丁烯与马来酸酐共聚物分散于水中制备水基陶瓷浆料，控制水基陶瓷浆料的固含量为40～60vol％；

将所得水基陶瓷浆料注入微波能完全穿透的模具中，然后在＞250W功率的微波作用下，自发凝固成型形成陶瓷凝胶，再经脱模和干燥，得到陶瓷坯体。

本发明中，首先通过加入异丁烯与马来酸酐共聚物制备得到粘度低、流动性好且固含量在40～60vol％的水基陶瓷浆料。将所得浆料真空除气后在微波辅助下自发凝固型，通过施加适当的微波功率(例如，对于含水量为150g的湿坯施加250～350W的功率)，在微波的作用下，加快陶瓷颗粒运动，以及分散剂有机分子的运动和分子中极化偶极子转动，增加了分子之间碰撞或接触的几率，促进了疏水基团的缔合，且排出陶瓷湿坯内部的水分(约15％)，导致凝胶过程大幅度缩短，得到强度较高且结构均匀的陶瓷素坯。而且，在后续的干燥过程中，进一步缩短了干燥时间，避免了开裂等问题。

较佳的，当水基陶瓷浆料中的含水的质量不超过150g时，微波的功率为250～550W，优选为300～400W；

当水基陶瓷浆料的含水的质量超过150g时，微波的功率≥400W，优选大于550W。其中，功率大小主要和浆料含水量相匹配，不然温度会过高导致湿坯破裂。

较佳的，所述陶瓷粉体为氧化物陶瓷粉体、非氧化物陶瓷粉体、氧化物和非氧化物的复合陶瓷粉体，优选为氧化铝粉体、氧化锆粉体、氧化钇粉体、碳化硅粉体、镁铝尖晶石粉体、莫来石粉体中的至少一种；

优选地，所述陶瓷粉体的粒径为100nm～1μm。

较佳的，所述异丁烯与马来酸酐共聚物为铵化的水溶性异丁烯与马来酸酐共聚物；所述异丁烯与马来酸酐共聚物的加入量为陶瓷粉体质量的0.1～1wt.％，优选0.3～0.5wt.％。

较佳的，将水基陶瓷浆料进行真空除气之后，再注入微波能完全穿透的模具中。