專利名稱：熱壓鑄成型陶瓷的超臨界流體脫蠟方法
技術領域：
本發明屬于陶瓷材料生產技術范疇，特別涉及能獲得陶瓷坯體在短時間內脫蠟而無變形，無缺陷的一種熱壓鑄成型陶瓷的超臨界流體脫蠟方法。
背景技術：
形狀復雜的陶瓷部件的精密成型是近十余年來陶瓷制備科學所關心的問題。陶瓷熱壓鑄成型作為一種近凈尺寸成型技術，不僅具有成型復雜形狀制品和尺寸精度、表面光潔度高等優點，而且具有自動化程度高，適應大規模生產的特點，對于陶瓷熱壓鑄成型，一般需要加入體積比30％～60％的大量石蠟作為有機載體，因而燒結前必須通過加熱的方法將坯體內有機物排除，即進行脫蠟。傳統的脫蠟方法是將成型出的陶瓷坯體埋入陶瓷粉中加熱。在這一階段，坯體受熱軟化后強度低，易發生變形，脫蠟速率直接受溫度控制，升溫速率較緩，非常耗時；另一方面，這一時期坯體內尚未形成氣孔通道，揮發的小分子會因無法排除而在坯體內產生較高壓力，坯體產生鼓泡、腫脹，開裂，分層、變形等各種缺陷，不僅會降低整個工藝的成品率，還會進一步影響到坯體的完好燒結。
發明內容
本發明的目的是提供一種熱壓鑄成型陶瓷的超臨界流體脫蠟方法，其特征在于所述超臨界流體脫蠟是在陶瓷的熱壓鑄漿料中加入12～18wt％混合石蠟粘合劑，并熱壓鑄成陶瓷坯體，將陶瓷坯體置于超臨界CO2流體中進行超臨界脫蠟，采用動態萃取工藝，其CO2流量為1～1.5L/hr，操作壓力為20Mpa-45Mpa，加熱溫度為40℃-80℃，時間為1～3小時。
所述混合石蠟粘合劑由低分子量石蠟或非極性分子有機物與高分子有機物或極性分子石蠟組成，如石蠟-蜂蠟(PW-BW)、石蠟-微晶石蠟(PW-MCW)、石蠟-棕櫚蠟(PW-Palm Wax)。
本發明的有益效果是1.由于本發明采用了極性分子和非極性分子混合石蠟粘合劑，具有較低的粘度(1～10Pa·S)，較好流動性，因此在成型過程中易于充模，并且可達到較高的固相含量。并且在超臨界萃取過程中，低分子量石蠟在陶瓷坯體形成表面開孔或體內相互連通的孔道，而不溶于超臨界流體的極性分子蜂蠟，棕櫚蠟在陶瓷坯體內支撐保持著陶瓷坯體的形狀，在后續的燒結過程中通過體內相互連通的孔道迅速排出，從而達到快速無缺陷的脫蠟。2.本發明所利用的超臨界CO2流體，既具有與液體接近的密度，使其具有與液體相當的溶解能力；又具有與氣體接近的粘度和擴散系數，使其具有良好的傳質傳熱性能；又由于其臨界溫度低Tc＝31℃，從而避免了熱脫蠟過程中由于產生液相而導致生坯軟化，導致因重力、內應力或粘性流動而產生的變形、開裂等缺陷。因此可以在通常排膠時間的十分之一的短時間內獲得無變形的陶瓷坯體。3.CO2無毒、不易燃，能出色地代替許多有毒、有害、易揮發燃燒的有機溶劑。萃取能力很容易通過調節T、P來加以控制，且可較快達到平衡。
具體實施例方式
本發明為一種熱壓鑄成型陶瓷的超臨界流體脫蠟方法，它是在陶瓷的熱壓鑄漿料中再加入混合石蠟粘合劑，并熱壓鑄成坯體，在CO2流體中加溫排蠟燒結成陶瓷制品。其具體步驟是將陶瓷粉加入12～18wt％混合石蠟粘合劑中，制得熱壓鑄陶瓷漿料，熱壓鑄成陶瓷坯體，該混合石蠟粘合劑為由低分子量石蠟或非極性分子有機物與高分子有機物或極性分子石蠟組成，如石蠟-蜂蠟(PW-BW)，石蠟-微晶石蠟(PW-MCW)，石蠟-棕櫚蠟(PW-Palm Wax)等。然后將陶瓷坯體置于超臨界CO2流體中進行超臨界脫蠟，采用動態萃取工藝，其CO2流量為1～1.5L/hr，操作壓力為20Mpa-45Mpa，加熱溫度為40℃-80℃，時間為1～3小時。
下面例舉95％Al2O3陶瓷圓柱和ZrO2陶瓷管的脫蠟工藝對本發明予以說明(一)5％Al2O3陶瓷圓柱以平均粒徑為2μm的Al2O3陶瓷粉體為原料，加入5％的SiO2，CaO，粘土等助燒劑，詳細配方見表一，在配好的料中加入無水乙醇，經48小時球磨混合后，按常規的陶瓷制備工藝經烘干、過篩后，加入12～14wt％混合石蠟粘結劑(詳細配方見表一)，再經混合，真空攪拌，熱壓鑄成直徑φ＝8mm，長L＝40mm的95％Al2O3陶瓷圓柱坯體試樣1，2，3，4。將試樣1，2，3置于超臨界CO2流體2小時，流體壓力為20～25MPa，溫度T＝40℃～70℃，流量為1L/hr；將試樣3再按常規方法進行短時間熱脫蠟至1100℃；試樣4則由常規熱壓鑄脫蠟方法進行脫蠟。最后將所有試樣在硅 棒爐中進行燒結，1650℃，保溫1hr。性能指標如表一。
表一，Al2O3陶瓷圓柱熱壓鑄漿料配方及性能
注SD超臨界流體脫脂；TD熱脫脂(二)ZrO2陶瓷管以平均粒徑為0.5μm的ZrO2陶瓷超細粉為原料，加入12～14wt％混合石蠟粘結劑(詳細配方見表二)，經混合，真空攪拌，熱壓鑄成外徑φ外＝4.8mm，內徑φ內＝3.2mm，長L＝15mm的ZrO2陶瓷管坯體試樣1，2，3，4。將試樣1，2，3置于超臨界CO2流體1.5小時，流體壓力為20MPa-25MPa，溫度T為40℃-70℃，流量為1L/hr；將試樣3再按常規方法進行短時間熱脫蠟至1100℃；試樣4則由常規熱壓鑄脫蠟方法進行脫蠟。最后將所有試樣在硅 棒爐中進行燒結，1450℃，保溫2hr。性指標如表二。
表二，ZrO2陶瓷管熱壓鑄漿料配方及性能
注SD超臨界流體脫脂；TD熱脫脂從表1、表2中對比試驗結果看出普通熱脫法的尺寸變形為絲級，本發明在μm級。
權利要求
1.一種熱壓鑄成型陶瓷的超臨界流體脫蠟方法，其特征在于所述超臨界流體脫蠟是在陶瓷的熱壓鑄漿料中加入12～18wt％混合石蠟粘合劑，并熱壓鑄成陶瓷坯體，將陶瓷坯體置于超臨界CO2流體中進行超臨界脫蠟，采用動態萃取工藝，其CO2流量為1～1.5L/hr，操作壓力為20Mpa-45Mpa，加熱溫度為40℃-80℃，時間為1～3小時。
2.根據權利要求1所述熱壓鑄成型陶瓷的超臨界流體脫蠟方法，其特征在于所述混合石蠟粘合劑由低分子量石蠟或非極性分子有機物與高分子有機物或極性分子石蠟組成，如石蠟-蜂蠟(PW-BW)、石蠟-微晶石蠟(PW-MCW)、石蠟-棕櫚蠟(PW-Palm Wax)。
全文摘要
本發明公開了屬于陶瓷制品生產工藝中的一種熱壓鑄成型陶瓷的超臨界流體脫蠟方法，在陶瓷漿料中加入具有極性分子和非極性分子的混合石蠟粘合劑，在CO
文檔編號C04B35/63GK1397516SQ02125718
公開日2003年2月19日 申請日期2002年8月14日 優先權日2002年8月14日
發明者司文捷, 吳音 申請人:清華大學