本發(fā)明涉及氧化鋁陶瓷材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高純氧化鋁陶瓷材料的制備方法。

背景技術(shù)：

約95wt％Al₂O₃陶瓷成型工藝，當(dāng)前主要采用20世紀(jì)50年代的熱壓鑄成型。在熱壓鑄成型過程中經(jīng)常出現(xiàn)塌坑、縮孔、皺紋等缺陷；排蠟時間長且容易開裂、起皮、縮孔等現(xiàn)象；焙燒后收縮大、變形大、廢品率較高等。90年代初，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了凝膠注模成型技術(shù)(Gel-casting)，由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)越來越受到關(guān)注，它將膠體化學(xué)理論巧妙的應(yīng)用于傳統(tǒng)的注漿成型工藝中，使有機(jī)單體與分散穩(wěn)定的陶瓷料漿交聯(lián)形成緊密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，被膠凝的固相顆粒得以在成型中原位固化降低了密度不均等產(chǎn)品缺陷。因此凝膠注模成型工藝對制備高強(qiáng)度高韌性的復(fù)雜形狀部件具有十分重要的意義。目前廣泛應(yīng)用的是丙烯酰胺凝膠體系，由于該體系中的有機(jī)單體對人體健康和環(huán)保有負(fù)面影響，故尋找環(huán)境友好且無毒的凝膠體系是凝膠注模工藝發(fā)展的方向。

許保華等人(陶瓷.2011.13.19-20)采用明膠體系制備氧化鋁陶瓷，在明膠溶液中加入尿素抑制其凝膠化，用其制備料漿懸浮體，之后加入尿酶將尿素分解，使明膠大分子重新獲得氫鍵結(jié)合力，完成凝膠化轉(zhuǎn)變，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，獲得氧化鋁陶瓷坯體，但是，此法步驟復(fù)雜，所用原料較多，成本大，難以工業(yè)化推廣。

CN103304223A的發(fā)明公開了一種高純氧化鋁陶瓷的制備方法，通過在氧化鋁顆粒表面形成的納米氧化鋁涂層作為助燒結(jié)劑，使得少量燒結(jié)助劑可以在主相中均勻分散，實(shí)現(xiàn)了小劑量燒結(jié)助劑的均勻添加。該制備方法不適于工業(yè)化生產(chǎn)高純氧化鋁陶瓷材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高純氧化鋁陶瓷材料的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高純氧化鋁陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)配制氧化鋁陶瓷漿料，將氧化鋁陶瓷漿料進(jìn)行球磨混料；

(2)球磨后的漿料進(jìn)行真空除泡；

(3)將真空除泡后的漿料置于模具中，加入羧甲基殼聚糖溶液，攪拌混合均勻，滴 入戊二醛溶液后，室溫干燥，脫模；

(4)將生坯進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)后，制得高純氧化鋁陶瓷材料成品。

步驟(1)中，氧化鋁陶瓷漿料中氧化鋁的固含量為45-55vol％，氧化鋁陶瓷漿料的分散劑采用聚丙烯酸銨，其加入量為氧化鋁質(zhì)量的2.5-3％，氧化鋁陶瓷漿料的塑化劑采用甘油，其加入量為氧化鋁質(zhì)量的1-2％。

步驟(1)中，球磨混料時間為20-24h。

步驟(2)中，真空除泡時間為8-10min，真空度為-0.095MPa～-0.09MPa。

步驟(3)中，羧甲基殼聚糖的加入量為氧化鋁質(zhì)量的0.5-1％，戊二醛的滴入量為氧化鋁質(zhì)量的0.02-0.035％，室溫干燥時間為24h。

步驟(4)中，高溫?zé)Y(jié)工藝參數(shù)控制如下：

①室溫升溫至300℃，時間在100-120min；

②300℃升溫至600℃，時間在200-210min；

③600℃維持2-2.5h；

④600℃升溫至1250℃，時間在130-150min；

⑤1250℃升溫至1500℃，時間在100-110min；

⑥1500℃維持2-3h；

⑦1500℃降溫至600℃，時間在900-120min；

⑧溫度降至600℃之后自然冷卻至室溫。

本方法與其它制備氧化鋁陶瓷材料的方法相比，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明首次采用糖類大分子羧甲基殼聚糖體系來制備高純氧化鋁陶瓷材料；(2)本發(fā)明無需使用催化劑、引發(fā)劑等，生產(chǎn)成本低，操作簡單，所述周期短，重復(fù)性高，便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；

(3)本發(fā)明具有無毒、環(huán)境友好的特點(diǎn)；

(4)本發(fā)明脫模后的半成品干燥、燒結(jié)后變形和收縮小，獲得的高純氧化鋁陶瓷材料品質(zhì)佳。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述制備方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中高純氧化鋁陶瓷的X射線衍射圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中高純氧化鋁陶瓷生坯的掃描電子顯微鏡圖片。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例3中高純氧化鋁陶瓷的斷面掃描電子顯微鏡圖片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：高純氧化鋁陶瓷材料的制備

如圖1，稱取1g羧甲基殼聚糖，并將其溶于8ml去離子水中備用；將氧化鋁粉199g，去離子水50ml，聚丙烯酸銨5.97g，甘油1.99g，攪拌混合均勻，并用氨水調(diào)節(jié)漿料pH值至9，倒入GQM-5-2型罐磨機(jī)中球磨混料24h。取出漿料，置入真空攪拌機(jī)中真空除泡10min，真空度為-0.095MPa～-0.09MPa。取出漿料放置于自制模具中，加入羧甲基殼聚糖溶液，攪拌混合均勻，滴入6滴戊二醛(25wt％)溶液后，室溫干燥24h，脫模。將生坯放于剛玉坩堝中并將剛玉坩堝放于KSL-1400X-A4型馬弗爐中燒結(jié)后，獲得高純氧化鋁陶瓷材料成品。

燒結(jié)的溫度工藝曲線如下：

①室溫升溫至300℃，時間在100min；

②300℃升溫至600℃，時間在200min；

③600℃維持2h；

④600℃升溫至1250℃，時間在130min；

⑤1250℃升溫至1500℃，時間在100min；

⑥1500℃維持2h；

⑦1500℃降溫至600℃，時間在900min；

⑧溫度降至600℃之后自然冷卻至室溫。

X射線衍射分析(圖2)的結(jié)果表明，所制得的樣品的衍射峰與α-Al₂O₃標(biāo)準(zhǔn)卡完全吻合，無其它雜峰。

實(shí)施例2：高純氧化鋁陶瓷材料的制備

如圖1，稱取1g羧甲基殼聚糖，并將其溶于8ml去離子水中備用；將氧化鋁粉179.1g，去離子水50ml，聚丙烯酸銨5.97g，甘油1.99g，攪拌混合均勻，并用氨水調(diào)節(jié)漿料pH值至9，倒入GQM-5-2型罐磨機(jī)中球磨混料24h。取出漿料，置入真空攪拌機(jī)中真空除泡10min，真空度為-0.095MPa～-0.09MPa。取出漿料放置于自制模具中，加入羧甲基殼聚糖溶液，攪拌混合均勻，滴入6滴戊二醛(25wt％)溶液后，室溫干燥24h，脫模。將生坯放于剛玉坩堝中并將剛玉坩堝放于KSL-1400X-A4型馬弗爐中燒結(jié)后，獲得高純氧化鋁陶瓷材料成品。

燒結(jié)的溫度工藝曲線如下：

①室溫升溫至300℃，時間在100min；

②300℃升溫至600℃，時間在200min；

③600℃維持2h；

④600℃升溫至1250℃，時間在130min；

⑤1250℃升溫至1500℃，時間在100min；

⑥1500℃維持2h；

⑦1500℃降溫至600℃，時間在900min；

⑧溫度降至600℃之后自然冷卻至室溫。

圖3是上述制得的高純氧化鋁陶瓷生坯的掃描電子顯微鏡圖片，從圖3可以看出，氧化鋁粉料已部分粘結(jié)在一起，氣孔較多。

實(shí)施例3：高純氧化鋁陶瓷材料的制備

如圖1，稱取1.5g羧甲基殼聚糖，并將其溶于8ml去離子水中備用；將氧化鋁粉199g，去離子水50ml，聚丙烯酸銨5.97g，甘油1.99g，攪拌混合均勻，并用氨水調(diào)節(jié)漿料pH值至9，倒入GQM-5-2型罐磨機(jī)中球磨混料24h。取出漿料，置入真空攪拌機(jī)中真空除泡10min，真空度為-0.095MPa～-0.09MPa。取出漿料放置于自制模具中，加入羧甲基殼聚糖溶液，攪拌混合均勻，滴入6滴戊二醛(25wt％)溶液后，室溫干燥24h，脫模。將生坯放于剛玉坩堝中并將剛玉坩堝放于KSL-1400X-A4型馬弗爐中燒結(jié)后，獲得高純氧化鋁陶瓷材料成品。

燒結(jié)的溫度工藝曲線如下：

①室溫升溫至300℃，時間在100min；

②300℃升溫至600℃，時間在200min；

③600℃維持2h；

④600℃升溫至1250℃，時間在130min；

⑤1250℃升溫至1500℃，時間在100min；

⑥1500℃維持2h；

⑦1500℃降溫至600℃，時間在900min；

⑧溫度降至600℃之后自然冷卻至室溫。

圖4是上述制得的高純氧化鋁陶瓷的斷面掃描電子顯微鏡圖片，從圖4可以看 出，氧化鋁粉料已完全粘結(jié)在一起，氣孔明顯減少，等軸晶粒具有明顯的晶界和多面體形態(tài)。