一种异形陶瓷的制备方法[0002]氮化硅、碳化硅陶瓷作为特种陶瓷材料，具有高硬度、高强度、良好的抗热震性、抗氧化性和耐高温性等优良性能，广泛应用于轴承材料、耐磨喷嘴、密封器件等。[0003]作为脊性原料的Si3N4、SiC的粉体，以及超细Si3N4、SiC的粉体，其表面易水解，不适合于水溶剂中混料。因此，制备高致密氮化硅、碳化硅陶瓷的方法仅限于目前的干压、冷等静压成型方法，仅适合制备球形、方形、管状等简单形状。但是，随着高致密氮化硅陶瓷在工业、民用领域的推广，异形氮化硅、碳化硅陶瓷产品的需求不断增大，高致密氮化硅、碳化硅异形产品的成型技术成为目前国内外需要攻克的难点。[0004]注射成型能够有效制备出尺寸精度高的异形特种陶瓷，目前陶瓷注射成型主要用于氧化锆、氧化铝陶瓷及硬质合金成型。国内氧化物注射成型技术主要有:[0005]1、中国专利申请200710035085.7公开了一种氧化锆注塑成型方法和粉料有机载体，其采用高压注射成型方式，成型压力为20~IOOMPa ；[0006]2、中国专利申请03115163.9公开了一种注射成型氧化锆制品的制作方法，其采用中压注射成型方式，成型压力为3~20MPa `；[0007]3、中国专利申请200910090645.8公开了一种注射成型制造齿轮异形陶瓷部件的方法。[0008]4、中国专利申请200810067548.2“一种氮化硅陶瓷的制备方法及由该方法制备的
氮化硅陶瓷”公开了一种氮化硅陶瓷注射成型方法，其氮化硅陶瓷注射成型的温度为140°C之上。
[0009]众所周知，高压注射成型对模具和坯体损伤较大，注射温度高则将对环境污染，产生不良影响。目前，在所有文献报道中，采用的均为中、高压注射成型氧化物陶瓷或氮化硅陶瓷，其选用的有机粘结剂、表面活性剂的种类基本相同，造成混炼温度高，注射温度均在110°C之上。


[0010]本发明的目的在于提供一种采用低温、中压注射成型的异形陶瓷的制备方法，该方法具有工艺操作简单、适合自动化、大批量生产氮化硅、碳化硅异形陶瓷产品，产品合格率高；低温、中压注射技术避免了高温注射成型时有机物挥发对环境的破坏。
[0011]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0012]一种采用注射成型的异形陶瓷的制备方法，该制备方法包括如下步骤:
[0013](I)将氮化硅粉或碳化硅粉、烧结助剂、表面活性剂于有机溶剂中混合、干燥；
[0014](2)向步骤(1)得到的混合物加入有机粘结剂，混炼、造粒；[0015](3)将步骤(2)得到的物料在70~110°C、3~IOMpa下注射成型，得到坯体。
[0016]优选地，上述制备方法包括如下步骤:
[0017](1)将氮化硅粉或碳化硅粉51~84重量份、烧结助剂4~15重量份、表面活性剂I~6重量份，于有机溶剂中混合、干燥，过50目筛；其中，氮化硅粉或碳化硅粉、烧结助剂及表面活性剂重量份数之和与有机溶剂的重量份数之比为1: 1.2~1: 1.9 ;
[0018](2)向步骤(1)得到的混合物加入有机粘结剂11~25重量份，混炼，造粒；
[0019](3)将步骤(2)得到的物料在70~110°C、3~IOMpa下注射成型，得到坯体；优选地,注射成型时间为2分钟。
[0020]优选地，在所述步骤(1)中，所述氮化硅粉的粒径为0.2~2 μ m，优选为0.5~
1.5 μ m ;所述碳化娃粉的粒径为0.3~5 μ m,优选为I~3 μ m。
[0021]优选地，在所述步骤(1)中，所述烧结助剂选自氧化铝、氧化镁、镁铝尖晶石、氧化铈、氧化钍、氧化镧、氧化钐、氧化铥、氧化锂或氧化钙中的一种或多种，优选为氧化镁、氧化招、氧化镧、氧化铺、氧化钇、氧化衫。
[0022]优选地，在所述步骤(1)中，所述干燥温度为50~95°C，优选为70°C。
[0023]优选地，在所述步骤(1)中，所述表面活性剂选自油酸、反油酸、液体蜡、硬脂酸、硬脂酸盐或三聚甘油单硬脂酸酯中的一种或多种，优选为油酸、反油酸、硬脂酸镁、三聚甘油单硬脂酸酯或液体蜡；所述有机溶剂选自无水乙醇、异丙醇、丙酮或汽油中的一种或多种；所述有机粘结剂选自石蜡、白蜡、微晶石蜡、聚乙二醇、聚氧化乙烯、聚乙烯蜡或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
[0024]优选地，所述步骤(2)包括以下步骤:
[0025]向步骤(1)得到的混合物加入作为第一有机粘结剂的聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚乙烯蜡，混合，在100~110°C下混炼；
[0026]然后降温至70~80°C，加入作为第二有机粘结剂的聚乙二醇，混炼；
[0027]然后降温至55~70°C，加入作为第三有机粘结剂的石蜡、白蜡、蜂蜡、微晶石蜡、聚乙二醇或聚氧化乙烯中的一种或多种，优选为石蜡、聚氧化乙烯或白蜡，混炼，冷却，造粒。
[0028]更优选地，所述步骤(2)包括以下步骤:
[0029]向步骤(1)得到的混合物加入作为第一有机粘结剂的聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚乙烯蜡，在100~110°C下混炼10~20分钟；
[0030]然后降温至70~80°C，加入作为第二有机粘结剂的聚乙二醇，混炼10~20分钟；优选地，所述聚乙二醇的分子量为10000~20000 ；
[0031]然后降温至55~70°C，加入作为第三有机粘结剂的石蜡、白蜡、蜂蜡、微晶石蜡、聚乙二醇或聚氧化乙烯中的一种或多种，优选为石蜡、聚氧化乙烯、白蜡，混炼5~20分钟，冷却，造粒，其粒度< 5mm ;优选地，所述聚乙二醇或聚氧化乙烯的分子量为1500~8000，进一步优选为 1500、2000、4000、6000 或 8000 ；
[0032]其中，第一有机粘结剂、第二有机粘结剂与第三有机粘结剂的重量份数之比为5 ~15%: 15 ~45%:40 ~65%。
[0033]与现有技术相比，本发明具有至少以下有益效果:
[0034](1)克服了高致密、结构均匀的氮化硅、碳化硅异形陶瓷产品的成型难、产品合格率低的缺陷；
[0035](2)低温、中压注射技术避免了高温注射成型时有机物的挥发对环境的破坏，同时避免了高压注射时对模具的损伤；
[0036](3)适合自动化、大批量生产氮化硅、碳化硅异形陶瓷产品，适于工业化，不仅仅限于实验室制备。

[0037]以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
[0038]实施例1
[0039]本实施例中，氮化硅陶瓷粉的平均粒径为1.0 μ m，烧结助剂为氧化镁、氧化铝，表面活性剂选用油酸和硬脂酸镁，有机粘结剂选用聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯蜡、微晶石蜡、聚氧乙烯、分子量为20000的聚乙二醇。
[0040]将氮化硅陶瓷粉体和烧结助剂共计1520g、硬脂酸镁20g、油酸20g，在无水乙醇2888g中研磨混合后，70°C下鼓风干燥，过50目标准筛。将过筛后的物料混合均匀后，加入聚甲基丙烯酸甲酯33g、聚乙烯蜡33g，后置于对辊混炼机混炼20分钟，温度控制在100~110°C之间；将温度降低到80°C时，逐步加入分子量为20000的聚乙二醇198克，后置于对辊混炼机混炼10分钟，温度控制在70~80°C之间；继续将温度下降到55°C，加入石蜡88g，聚氧化乙烯44g，分子量为6000的聚乙二醇44g，后置于混炼机混炼15分钟。混炼结束后冷却，后置于对棍造粒机中造粒，混合料粒度< 5_ ；
[0041]将混合料放置于中`压注射机入料口，注射温度为100°C，注射压力为lOMPa，注射后2分钟内脱模，可得到成型的异形陶瓷坯体。桥架形注塑坯体成型合格率达到95%，素坯的坯体强度达到SMPa以上，完全满足搬运的需要，烧结后氮化硅陶瓷的致密度达到99%以上。
[0042]实施例2
[0043]本实施例中，碳化硅陶瓷粉的平均粒径为3.0 μ m，烧结助剂为氧化镧、氧化钐，表面活性剂选用三聚甘油单硬脂酸酯和反油酸，有机粘结剂选用聚乙烯蜡、石蜡、分子量为10000的聚乙二醇。
[0044]将碳化硅陶瓷粉体和烧结助剂共计1760g、三聚甘油单硬脂酸酯10g，反油酸10g，在异丙醇2112g中研磨混合后，70°C下鼓风干燥，过50目标准筛。将过筛后的物料混合均匀后，加入聚乙烯蜡llg，后置于对辊混炼机混炼20分钟，温度控制在100°C;将温度降低到70°C时，逐步加入分子量为10000的聚乙二醇99克，后置于对辊混炼机混炼20分钟，温度控制在70°C ;继续将温度下降到55°C，加入石蜡110，置于混炼机混炼10分钟。混炼结束后冷却，后置于对辊造粒机中造粒，混合料粒度< 5_ ；
[0045]将混合料放置于中压注射机入料口，注射温度为70°C，注射压力为3Mpa，注射后2分钟内脱模，可得到成型的异形陶瓷坯体。碳化硅锥形喷嘴的注塑合格率超过90%，烧结后碳化硅陶瓷的致密度达到99%以上，显微硬度达到19~21GPa。
[0046]实施例3
[0047]本实施例中，氮化硅陶瓷粉的平均粒径为0.5 μ m，烧结助剂为氧化铈、氧化钇，表面活性剂选用液体蜡和油酸，有机粘结剂选用聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯蜡、石蜡、白蜡、分子量10000的聚乙二醇。
[0048]将氮化硅陶瓷粉体和烧结助剂共计1600g、液体蜡20g、油酸80g，在丙酮与汽油的重量比为8:2的混合有机溶剂共计2400g中研磨混合后，70°C下鼓风干燥，过50目标准筛。将混炼机温度升高到110°C，将过筛后的物料混合均匀后，加入聚甲基丙烯酸甲酯15g、聚乙烯蜡15g，后置于对辊混炼机混炼20分钟，温度控制在100~110°C之间；将温度降低到70°C时，逐步加入分子量为10000的聚乙二醇90g，后置于对辊混炼机混炼15分钟，温度控制在70~80°C之间；继续将温度下降到55°C，加入石蜡136g，白蜡54g，后置于混炼机混炼15分钟。混炼结束后冷却，后置于对辊造粒机中造粒，混合料粒度< 5_ ；
[0049]将混合料放置于中压注射机入料口，注射温度为100°C，注射压力为7MPa，注射后2分钟内脱模，可得到成型的异形陶瓷坯体。注塑成型的氮化硅陶瓷球阀的合格率99.7%，烧结后氮化硅陶瓷的致密度达到99.1%。
[0050]总之，以上对本发明的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。`

申请人:北京中材人工晶体研究院有限公司, 中材高新氮化物陶瓷有限公司