专利名称：一种实施陶瓷胶态成型的方法
技术领域：
本发明涉及一种在线混合实施陶瓷胶态成型的方法，更确切地说，本发明提出了一种在陶瓷胶态成型中为避免组分过早固化所采取的在线混合方法。属于陶瓷材料胶态成型领域。
2.瑞士苏黎士大学发明的直接凝聚浇注成型(Direct CoagulationCasting，DCC)(瑞士专利No.02 377/92-1，No.01 096/93-6，美国专利5,788,891)。其工艺原理是在浆料中加入尿素和尿素酶，在尿素酶引发尿素水解产生较高浓度的电解质离子的作用下，浆料稳定性降低，在模具内固化，得到陶瓷素坯。
3.本发明人提出的反应诱导凝胶化成型工艺(中国专利申请99125696.4)。其原理是通过少量化学物质的水解反应引发浆料中氧化硅组分的溶胶-凝胶转变达到固化的目的。
在这类陶瓷近净成型工艺的实施过程中，普遍采用的方法是在一个混合容器中制备浆料，浆料中加入固化所需的所有组分后，再依次注入各个模具内，或倒入流延机内进行应用(中国专利申请00102922.3)。但是由于浆料中混入所有组分后，体系的粘度常常很快就会明显升高，对浇注的顺利进行产生不利影响。如在常温下实施DCC工艺时，浆料在加入尿素和尿素酶后很快就变得粘稠，致使在模具内产生窝气现象导致在浇注件内生成气孔等缺陷，因此一般需要把浆料预先冷却到5℃以延长浆料的存放时间；在gelcasting中，体系若加入适量催化剂引发剂后固化本来可以在常温下完成，但由于浆料混合以后所进行的脱气及浇注过程相对较缓慢，浆料会固化并滞留在容器内，因此只好降低体系的反应活性，在浇注后对模具和铸件加热以助于固化，大大增加了工艺的复杂性；对于反应诱导凝胶化浇注成型来说，本申请人发现，固化所采用的水解反应物活性越高，固化的效果就越好，但为了满足相对缓慢的脱气和浇注过程，往往不得不采用较慢的反应。为解决浇注中的窝气等问题，中国专利99244767.4采用在浇注过程中抽真空的方法以利于注模过程。这样做的后果是，浇注设备和操作过程的复杂性大大增加，大大降低了浇注的效率。另外，在当前采取的所有实施方法中，浆料制备、添加剂的混合及注模必须采取循环操作的方法，注模过程不能连续进行，对工艺的机械化和自动化也产生不利影响。发明人注意到，若能找到一种能使浆料与固化添加剂可以快速混合、所得浆料可以快速应用的方法，即可以解决这类方法的实施中所面临的困难，为这类方法的应用带来巨大的方便。要想最大限度地加快混合的速度，使混合后的浆料在最短的时间内得以应用，最理想的解决办法是在线混合法使原料在不同储存容器中分开存放，原料在从储罐输出的过程中做到在线混合，混合后的浆料离开出口后立即应用。本发明即提供了这样一种在线混合、连续操作的方法。
发明内容
本发明系为解决目前陶瓷胶态成型，无论是DCC还是Gelcasting或是反应诱导凝胶化浇注成型工艺中体系快速固化过程难以控制的问题，提出一种适用于各类陶瓷胶态成型工艺的在线混合的方法。其工艺方法的特征是将混合后发生固化的陶瓷浆料和添加物分别存放于两个或两个以上的储存容器中，容器的具体数目依固化工艺的要求及工艺方便性的要求来确定。这些浆料分别用泵输入在线的混合装置内进行搅拌混合后迅速从喷口输出至成型模具或流延成型机的料斗或其它的应用场所或直接用于挤出成型。
在各种陶瓷近净成型工艺中，当各组分没有全部混合在一起，浆料缺乏固化所必要的组分，它们可以稳定存放相当长的一段时间。比如在采用凝胶浇注成型工艺时，若浆料中仅加入有机单体或仅加入引发剂或/和催化剂时固化不会发生；在采用DCC工艺时，若浆料中仅加入尿素或仅有尿素酶，浆料的流动性不会降低；对于反应诱导凝胶化浇注成型来说，在没有加入固化剂之前浆料也是可以长期稳定存放的。因此这类工艺都可以设计成两种或两种以上的流体混合和固化的过程。被混合的流体可以是陶瓷粉末悬浮体或加了某些添加剂的陶瓷悬浮体，也可以是液体的添加剂或添加剂的溶液。
为了缩短可固化浆料从混合到输出的时间，本发明设计了在线混合的方法流体原料用泵加压后连续输入混合器，所用的压力依流体原料在传输过程中的阻力确定。原料在混合器中短暂的停留时间内通过机械搅拌装置的作用混合，然后被迅速地输出。这样就避免了在批量制备浆料时所需的较长的混合时间，以及浆料在缓慢的浇注过程中所需的等待时间，从而有效地避免了浆料在混合后流动性逐渐变差对浇注产生的不利影响。另外，浆料在输入混合器前可以先经过脱气，由于混合过程系在密闭容器中进行，不会再混入气体，从而也节省了脱气过程所耗费的时间。
方法中所应用的存放原料的容器可以是各种材料，如金属、玻璃、陶瓷、搪瓷或聚合物等制造的瓶、罐、缸、釜等，这些容器可以配备搅拌、控温、抽气等各种附加装置。对浆料进行加压可采用各种泵，但最好采用容积泵，如各种活塞泵、齿轮泵、螺杆泵、隔膜泵等以控制各组分的相对比例。在线混合器具有全封闭的结构，有一个浆料出口及一个或一个以上的流体原料入口，并可以对通过它的流体进行机械搅拌以达到混合之目的。
本发明所涉及的方法可以用来完成各种陶瓷近净成型工艺的浆料混合制备过程，包括凝胶浇注成型、直接凝聚浇注成型、反应诱导凝胶化成型等工艺；可用于碳化硅、氮化硅、氧化硅、氧化锆、氧化铝、氮化铝等各种陶瓷及其复合体的成型，条件是将浆料固化所需的各种组分分成两种或两种以上的稳定流体。流体的混合可以在混合器中发生，也可以在管路中预先汇合后送往混合器。混合后的浆料可以注入模具以制备陶瓷素坯或直接挤出以制备陶瓷棒、管等或用于流延成型制备陶瓷的膜、片或涂层等。
本发明所涉及的方法也可以用于在喷雾、喷液过程中各种流体(如燃料、涂料等)之间或流体与气体间的混合。
例2.将上述实施例1所述碳化硅浆料10kg加入尿素100g，混匀后存放在陶瓷罐中。再将上述实施例1所述碳化硅浆料2kg加入尿素酶(60单位/mg)10g存放在陶瓷罐中，然后用齿轮泵将两种浆料分别以5kg/小时和1kg/小时的速度经在线混合器的输出喷口注入无孔模具，约1小时固化。
例3.将上述实施例1所述碳化硅浆料10kg加入甲基丙烯酰胺500g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺10g，混匀后存放在搪瓷罐中。再将上述实施例1所述碳化硅浆料2kg加入过硫酸铵0.5g，N，N，N’N’-四亚甲基二胺0.1g，混匀后存放在搪瓷罐中。两种浆料分别以5kg/小时和1kg/小时的速度经在线混合器的输出喷口注入无孔模具，约10分钟固化。
例4.氧化铝粉10kg加入到1.6kg去离子水中配成浆料，加入10g聚丙烯酸铵作分散剂，得固相体积分数为60％的氧化铝浆料。上述浆料10kg加入甲基丙烯酰胺500g，N，N’-亚甲基双丙烯酰胺5g，混匀。另外1.6kg浆料加入过硫酸铵0.2g，N，N，N’N’-四亚甲基二胺0.05g，混匀。两种浆料分别以5kg/小时和0.8kg/小时的速度经在线混合器的输出口注入流延成型机料斗，连续流延制备薄膜，薄膜在常温下约30分钟固化，在40～50℃约10分钟固化。
权利要求
1.一种在线混合实施陶瓷胶态成型工艺的方法，包括浆料制备、添加物的混合，其特征在于(1)将混合后发生固化的陶瓷浆料和添加物分别存放于两个或两个以上的储存容器中；(2)各储存容器中的原料经泵加压后连续输入在线混合器；(3)在搅拌的作用下混合后，混合物料从在线混合器的喷口输出至模具或流延成型机的料斗或直接用于挤出成型。
2.按权利要求所述的一种在线混合实施陶瓷胶态成型的方法，其特征在于所述的储存器的个数由陶瓷胶态成型的组份数而定；它是由金属、玻璃、搪瓷、陶瓷或聚合物生成的瓶、罐、缸、釜形，并可以配备搅拌、控温、抽气等各种附加装置。
3.按权利要求所述的一种在线混合实施陶瓷胶态成型的方法，其特征在于经泵加压连续输入混合器的压力依流体原料在传输过程中的阻力确定。
4.按权利要求所述的一种在线混合实施陶瓷胶态成型的方法，其特征在于所述的流体混合或在在线混合器中，或在管路中预先汇合后再送往在线混合器中。
5.按权利要求所述的一种在线混合实施陶瓷胶态成型的方法，其特征在于，所述的加压流体的泵为容积泵，如各种活塞泵、齿轮泵、螺杆泵、隔膜泵、蠕动泵等。
全文摘要
本发明涉及一种在线混合实施陶瓷胶态成型工艺的方法,属于陶瓷材料胶态成型领域。本发明提供的方式在于将混合后可以发生固化陶瓷浆料或添加剂分别存放于两个或两个以上的容器中,分别采用泵加压注入封闭的在线混合器,各种原料通过混合器时在搅拌的作用下混合,混合得到的可固化的浆料从喷口喷出,用于各种制品的成型。由于浆料从混合到从喷口喷出的时间非常短,因此浆料可保持有较好的流动性,有利于得到高质量的成型体。本发明提出的方法可以用来完成各种陶瓷近净成型工艺的浆料混合过程,适用于凝胶浇注成型、直接凝聚浇注成型、反应诱导凝胶化浇注成型等工艺,亦可用于在喷雾、喷液等过程中各种流体之间的混合。
文档编号B28B1/00GK1343554SQ01132070
公开日2002年4月10日 申请日期2001年10月30日 优先权日2001年10月30日
发明者张兆泉, 江东亮, 刘茜 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所