一种陶瓷薄板及其制备方法与流程

本发明涉及陶瓷复合材料，具体而言，涉及一种陶瓷薄板及其制备方法。

背景技术：

1、陶瓷生坯成型后的内部微观结构、应力分布会影响其强度以及最终烧结后获得的成品的性能，目前应用于电子产品领域的陶瓷薄板(约3mm)可以采用干压、等静压成型，并在后续磨削加工获得；而厚度更低(≤1mm)的薄板可用流延法制备成型。

2、但流延法制备陶瓷薄板具有以下缺点：在流延成型过程中，需要使用约20％的粘结剂以确保材料的成型和稳定性，上述含量的粘结剂的使用会导致产品在后续的烧结过程中产生较大的收缩率，影响产品的尺寸精度和整体性能，需要额外的加工和修整来满足设计要求。此外，流延设备和工艺相对复杂，导致生产成本较高，会限制流延法在某些低成本或大规模生产场景中的应用。

3、干压法和等静压制备陶瓷薄板具有以下缺点：干压法和等静压法难以成型厚度较薄(≤1mm)的坯体，其需要获得的较为厚重坯体以避免开裂；而且厚重的生坯进行大量加工(如cnc切削、研磨抛光等)以达到所需的尺寸和表面质量的过程中会产生一定的原料浪费，降低材料利用率。

4、并且，上述方法难以得到平整度高、兼具较高抗弯强度、断裂韧性和硬度的陶瓷薄板。

5、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种陶瓷薄板及其制备方法，以解决或改善上述技术问题。

2、本发明可这样实现：

3、第一方面，本发明提供一种陶瓷薄板的制备方法，包括以下步骤：将陶瓷薄板的制备原料注入模具中，随后进行固化、脱模、干燥、排胶和烧结；

4、其中，制备原料包括浆料原料、引发剂和催化剂；浆料原料包括粉体原料和预混液；粉体原料包括陶瓷粉末和烧结助剂；预混液包括有机单体、交联剂、分散剂、增塑剂和溶剂；

5、粉体原料的质量为浆料原料的60％～77％；

6、粉体原料中烧结助剂的质量为2％～7％，余量为陶瓷粉末；

7、有机单体的质量为预混液的14％～25％，有机单体与交联剂的质量比为20:1至70:1，分散剂的质量为粉体原料的0.5％～1.6％，增塑剂的质量为浆料原料的2％～3.3％；

8、引发剂的质量为浆料原料的0.045％～0.096％，催化剂的质量为浆料原料的0.020％～0.102％。

9、在可选的实施方式中，陶瓷粉末包括氮化硅、碳化硅、氧化铝、氮化铝、氧化铁、氧化铬和氧化锆中的至少一种；

10、和/或，烧结助剂包括氧化镁、氧化钇、氧化钛、氧化硅、氧化钙和氧化锶中的至少一种；

11、和/或，有机单体包括二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和羟甲基丙烯酰胺中的至少一种；

12、和/或，交联剂包括亚甲基丙烯酰胺、丙烯基丙烯酸甲酯和聚(乙烯基乙二醇)双甲基丙烯酸中的至少一种；

13、和/或，分散剂包括聚丙烯酸铵、聚乙二醇、柠檬酸盐、聚醚酰亚胺、一缩二乙二醇、乙二醇乙醚、十二烷基硫酸钠、六偏磷酸钠和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；

14、和/或，增塑剂包括邻苯二甲酸酯类、硬脂酸盐和柠檬酸酯中的至少一种；

15、和/或，引发剂包括过硫酸铵、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢和偶氮二异丁腈中的至少一种；

16、和/或，催化剂包括四甲基乙二胺、β-萘磺酸甲醛缩聚物和2,2′-偶氮[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二氢氯化物中的至少一种。

17、在可选的实施方式中，粉体原料的制备包括：将陶瓷粉末与烧结助剂的混合物进行湿法球磨，干燥。

18、在可选的实施方式中，球磨转速为200r/min～320r/min，球磨时间为15h～24h。

19、在可选的实施方式中，将陶瓷粉末与烧结助剂的混合物先进行第一次湿法球磨和第一次干燥，随后烧结，再进行第二次湿法球磨和第二次干燥。

20、在可选的实施方式中，烧结温度为1000℃～1300℃，烧结时间为3h～5h。

21、在可选的实施方式中，浆料原料的制备包括：将部分粉体原料与预混液进行第一次混合并脱泡，随后再加入剩余的粉体原料进行第二次混合并脱泡。

22、在可选的实施方式中，第一次混合是于1150r/min～1450r/min的条件下进行3min～5min。

23、在可选的实施方式中，第二次混合是于1500r/min～1800r/min的条件下进行5min～8min。

24、在可选的实施方式中，第一次混合所用的粉体原料占所有粉体原料的1/2～2/3。

25、在可选的实施方式中，模具包括互配的上模和下模；

26、下模设有凹槽，上模设有通孔，以使上模和下模合模后，凹槽和通孔配合形成用于容纳制备原料的浇注腔，通孔的远离凹槽的敞口处用于注入制备原料。

27、在可选的实施方式中，下模的用于与制备原料接触的表面的粗糙度为2.1μm～5.8μm，下模的用于与上模接触的表面的粗糙度为7.3μm～13.2μm；上模的用于与下模接触的表面的粗糙度为7.3μm～13.2μm。

28、在可选的实施方式中，凹槽的槽壁具有光滑疏水层。

29、在可选的实施方式中，固化是于28℃～42℃、1torr～10torr的条件下进行6min～12min。

30、在可选的实施方式中，干燥包括：采用液体干燥剂对脱模所得的湿坯进行脱水。

31、在可选的实施方式中，液体干燥剂包括聚乙二醇、乙醇、丙酮、丙三醇、1,2-丙二醇和二甘醇中的至少一种。

32、在可选的实施方式中，湿坯先于第一液体干燥剂中放置2h～6h，随后再于第二液体干燥剂中放置2h～6h，随后排除液体干燥剂，得到生坯；其中，第一液体干燥剂的浓度小于第二液体干燥剂的浓度。

33、在可选的实施方式中，每次干燥所用的液体干燥剂的质量与湿坯的质量之比为1.21:1至2.47:1。

34、在可选的实施方式中，排胶包括：先于230℃～340℃的条件下进行2h～3h，再于500℃～625℃的条件下进行2h～3h，再于780℃～820℃的条件下进行2h～3h；

35、在可选的实施方式中，以1℃/min～3℃/min的升温速率升温至230℃～340℃。

36、在可选的实施方式中，以0.5℃/min～1℃/min的升温速率升温至500℃～625℃。

37、在可选的实施方式中，烧结是于2mpa～6mpa条件下进行。

38、在可选的实施方式中，烧结气氛为真空或惰性气氛。

39、第二方面，本发明提供一种陶瓷薄板，其经前述实施方式任一项的制备方法制备而得。

40、在可选的实施方式中，陶瓷薄板的厚度≤3mm。

41、在可选的实施方式中，陶瓷薄板的抗弯强度不低于675mpa。

42、在可选的实施方式中，陶瓷薄板的断裂韧性不低于5.74mpa·m1/2。

43、在可选的实施方式中，陶瓷薄板的硬度不低于17.60gpa。

44、本发明的有益效果包括：

45、本发明通过采用特定组成和配比的制备原料，能够减缓单体和交联剂的聚合速度，提高固化后湿坯的韧性，获得平整度高、兼具较高抗弯强度、断裂韧性和硬度的陶瓷薄板，此外，该方法能实现快速提拉上模，提高脱模成型效率，降低生产成本。