一种光固化氧化锆陶瓷浆料及其制备方法与应用与流程

2021-01-31 03:01:58|

330|

起点商标网

本发明涉及功能陶瓷技术领域，尤其涉及一种光固化氧化锆浆料及其制备方法与应用。

背景技术：

氧化锆陶瓷具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性，优异的隔热性能，热膨胀系数接近于钢等优点，因此被广泛应用于结构陶瓷领域。然而，但是在高致密、高硬度的形状复杂陶瓷异形件，由于陶瓷本身的脆性，加上制备的复杂模具增加了生产成本和周期，制约了它的发展。传统的陶瓷坯体成型方法有干法成型、塑形成型和流态成型。这些方法都不能有效解决先进结构陶瓷材料的可靠性和成本问题。同时，传统陶瓷制备工艺的排胶工艺和烧结工艺也无法满足烧制高致密陶瓷的要求。

光固化是一种典型的光化学反应，它是在光的照射下引起物质分子中的电子分布发生变化，使分子处于激发态，激发态的分子发生化学反应而生成新的产物。在uv辐射下，引发剂被激发出自由基，而发生c＝c双键反应，形成增长链，增长链进一步反应形成了聚合物链，最后形成交联网状结构。同时，光固化成为制备复杂、致密陶瓷的有效途途径。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于用特殊的表面改性剂对氧化锆粉体进行改性，有效低降低了树脂与粉体的折射率差，制备出了高固相、低粘度的氧化锆陶瓷浆料。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种光固化氧化锆浆料，包括以下重量份数的组分：改性氧化锆粉末50-100份，偶联剂30-80份，活性稀释剂10-30份，光引发剂1-10份；所述改性氧化锆粉末由氧化锆粉末、表面改性剂和醇溶剂按照质量比50-80:1-10:50-60混合制得。

优选地，所述氧化锆粉末的粒径为50-800nm。在本发明中，所述氧化锆粉末的粒径优选为100～500nm，更优选为200～400nm，更优选为250～350nm。本发明对所述氧化锆粉末的来源没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。

在本发明中，所述醇溶剂优选包括乙醇。本发明对所述醇溶剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的醇溶剂即可。在本发明中，所述醇溶剂能够起到稀释作用。

在本发明中，所述表面改性剂优选包括硅烷偶联剂。本发明对所述硅烷偶联剂的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的硅烷偶联剂即可，具体的，如kh550、kh560、kh570和kh792中的任意一种或多种。当所述偶联剂为混合物时，本发明对所述混合物中各物质的质量比没有特殊的限定，采用任何质量比的混合物均可。

在本发明中，将氧化锆粉末、醇溶剂和表面改性剂混合，能够使硅烷偶联剂充分附着在氧化锆粉末的表面，提高其表面活性，改进氧化锆粉末在光固化浆料中的分散性。

本发明提供的光固化氧化锆浆料包括60～68重量份的偶联剂，优选为64～67份，更优选为65～66份。在本发明中，所述偶联剂优选包括水性uv聚氨酯丙烯酸酯。在本发明中，所述水性uv聚氨酯丙烯酸酯具有较低的黏性(25℃下黏度为70～135cps)，降低了光固化浆料的黏性，进而提高了光固化浆料的稳定性。本发明对所述偶联剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。

本发明提供的光固化氧化锆浆料包括30～35份重量份的活性稀释剂，优选为31～34份，更优选为32～33份。在本发明中，所述活性稀释剂优选包括甲基丙烯酸-β-羟乙酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯和丙烯酸酯中的任意一种或多种。当所述活性稀释剂为混合物时，本发明对所述混合物的物质重量比没有特殊的限定，采用任何质量比的混合物均可。在本发明中，所述活性稀释剂能够降低光固化氧化锆浆料体系的黏度，提高光固化氧化锆浆料的稳定性；同时在光固化浆料固化时，能够参与光固化反应，提高光固化效果。

本发明提供的光固化氧化锆浆料包括1～6份重量份的光引发剂，优选为2～5份，更优选为3～4份。在本发明中，所述光引发剂优选包括巴斯夫-184和/或巴斯夫-819。当所述光引发剂为巴斯夫-184和巴斯夫-819的混合物时，本发明对所述巴斯夫-184和巴斯夫-819的质量比没有特殊的限定，采用任何质量比的混合物均可。

优选地，所述活性稀释剂用丙烯酸羟乙酯(hea)。

优选地，所述光引发剂用tpo。在本发明中，所述光引发剂在紫外光的照射下，被激发产生自由基或阳离子等活性反应位点，引发偶联剂和活性稀释剂发生交联反应。

本发明还提供了上述技术方案所述光固化氧化锆浆料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化锆粉末、醇溶剂、表面改性剂混合后干燥，得到改性氧化锆粉末；

(2)将偶联剂、活性稀释剂和光引发剂混合，得到树脂体系；

(3)将所述步骤(1)得到的改性氧化锆粉末与所述步骤(2)得到的树脂体系混合，得到光固化氧化锆浆料；

所述步骤(1)中氧化锆粉末、醇溶剂和偶联剂的重量比为30～50:30～50:1～3；

对所述步骤(1)和(2)没有顺序限定。

本发明将氧化锆粉末、醇溶剂、表面改性剂(硅烷偶联剂)依次经混合和干燥，得到改性氧化锆粉末。本发明对所述混合的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的，如搅拌。在本发明中，所述搅拌的速率优选为350～450r/min，更优选为375～425r/min，最优选为400r/min；所述搅拌的时间优选为5～20min，更优选为8～15min，最优选为10～12min。在本发明中，所述混合能够使硅烷偶联剂与氧化锆粉末充分混合，使硅烷偶联剂均匀分布在氧化锆粉末上，增加氧化锆粉末的活性，进而提高改性氧化锆粉末与偶联剂、活性稀释剂等物质的混合效果。

在本发明中，所述干燥的温度优选为30～80℃，更优选为40～70℃，最优选为50～60℃。在本发明中，所述干燥的时间优选为24～48h，更优选为30～40h，最优选为34～36h。

本发明将偶联剂、活性稀释剂和光引发剂混合，得到树脂体系。本发明对所述混合的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的，如搅拌。在本发明中，所述搅拌的速率优选为350～450r/min，更优选为375～425r/min，最优选为400r/min。在本发明中，所述搅拌的时间优选为15～60min，更优选为20～50min，最优选为30～40min。

得到改性氧化锆粉末和树脂体系后，本发明将所述改性氧化锆粉末与树脂体系混合，得到光固化氧化锆浆料。本发明对所述混合的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知混合方式即可，具体的，如搅拌。在本发明中，所述搅拌的速率优选为350～450r/min，更优选为375～425r/min，最优选为400r/min。在本发明中，所述搅拌的时间优选为30～60min，更优选为35～55min，最优选为40～50min。

本发明还提供了上述技术方案所述光固化氧化锆陶瓷浆料在制备氧化锆陶瓷零件中的应用。

优选地，所述应用包括以下步骤：

(1)将光固化氧化锆浆料在模具中进行光固化，形成坯体；

(2)对所述步骤(1)得到的坯体依次进行脱脂和烧结，得到氧化锆零件。

优选地，所述步骤(1)中光固化用光源的波长为365～450nm。更优选为380～420nm，最优选为390～410nm。本发明对所述光固化氧化锆浆料的光固化次数没有限定，本领域技术人员根据需要进行调整即可。在本发明中，每次光固化的时间优选4～10s，更优选5～9s，更优选6～8s。在本发明中，每次光固化后光固化产物的厚度优选为0.02～0.05mm，更优选0.03～0.04mm，最优选0.035mm。本发明优选对光固化氧化锆浆料进行多次固化，提高光固化浆料的光固化效果，而且也能够制备出形状较复杂的坯体。

在本发明中，所述光固化优选在光固化设备中，按照预先设计的图形，得到坯体。本发明对图形没有特殊的限定，本领域技术人员根据需要进行设计即可。

得到坯体后，本发明将坯体依次进行脱脂和烧结，得到氧化锆零件。在本发明中，所述脱脂的温度优选为700～800℃，更优选720～780℃，最优选740～760℃，脱脂的时间优选为60-120min，更优选为60-90min，最优选为80min。在本发明中，所述升温至脱脂温度的升温速率优选为0.5～2℃/min，更优选为0.8～1.6℃/min，最优选为1.0～1.4℃/min。在本发明中，所述脱脂能够脱除坯体中的活性稀释剂。

在本发明中，所述烧结的压力优选为0.2～0.5mpa，更优选为0.3～0.4mpa，最优选为0.35mpa。在本发明中，所述烧结的温度优选为1600～1750℃，更优选为1650～1700℃，最优选为1670～1690℃，所述烧结的时间优选为48-96h，更优选为72-96h，最优选为80h。在本发明中，所述烧结能够使氧化锆零件结构致密。

本发明的有益效果：

本发明提供的光固化氧化锆浆料性能稳定，均匀性和分散性好。

采用本发明的方法制备的氧化锆零件力学性能稳定，且制备方法简单，耗时短，成本低。

具体实施方式

为了更清楚、完整的描述本发明的技术方案，以下通过具体实施例进一步详细说明本发明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，可以在本发明权利限定的范围内进行各种改变。

实施例1-3和对比例1-3

一种光固化氧化锆浆料，包括改性氧化锆粉末。

其中，改性氧化锆粉末配方如表1所示。

光固化氧化锆浆料配方如表1所示。

表1

光固化氧化锆浆料的配方如表2所示。

表2