一种水基凝胶体系制备氮化铝坯体的制备工艺

摘要

本发明涉及一种水基凝胶体系制备氮化铝坯体的制备工艺。本发明公开了一种用水基胶凝技术来制备复杂形状的氮化铝陶瓷坯体的制备方法,氮化铝陶瓷坯体材料以不同颗粒度级配的氮化铝混合粉为原料，添加复相活性无机烧结助剂，添加稀土氧化物或氟化物烧结助剂，助剂组成分别是氟化钇、氟化镧、氧化钇、氧化镧中的一种或混合物，或者是活化的硼酸钙、偏硼酸钙、硼酸钙镁中的一种或混合物，坯体具有很好的加工性能，并可通过高温烧结得到氮化铝陶瓷材料。

说明书

技术领域

本发明涉及氮化陶瓷技术领域，特别是指一种水基凝胶体系制备氮化铝坯体的制备工艺。

背景技术

氮化铝陶瓷是以氮化铝(AlN)为主晶相的陶瓷，具备热导率高、膨胀系数低、强度高及耐高温等优点，氮化铝陶瓷在许多领域得到更为广泛的应用。氮化铝陶瓷引起了国内外研究者的广泛关注，对氮化铝材料要求高导热率的同时还要求其具备高的抗弯强度，这就迫使我们探索新的材料制备方法来满足高的性能要求。

公开号为CN104973865 A的中国专利公开了一种高导热氮化铝陶瓷的制备方法，采用稀土金属氟化物，而非稀土金属氧化物，稀土金属氟化物在烧结过程中，氟化物会分解转变为氧化物，从而吸收氮化铝表面的氧，减少氮化铝陶瓷的氧含量，同时减少了液相量，从而提高氮化铝陶瓷热导率；中国专利CN 102898141A 公开了一种高导热氮化铝陶瓷异形件的制备方法，采用凝胶注模的方法成形，采用氧化钇、氟化钇、氟化钙、氧化钙、氧化锂、氟化锂中的一种或几种作为烧结助剂、经脱脂后直接升温后经保温，随炉冷却至室温，制得氮化铝陶瓷。

发明内容

本发明提供一种水基凝胶体系制备氮化铝坯体的制备工艺，通过水基胶凝技术来制备复杂形状的氮化铝陶瓷坯体。

本发明采用如下技术方案：

一种水基凝胶体系制备氮化铝坯体的制备工艺,按重量份计，包括以下步骤：

（1）制备凝胶浆料：将 8～12份的过硫酸铵加入90～100份的水中搅拌溶解，搅拌均匀溶解后得到溶液A；将18～22份的丙烯酰胺和4～6份的N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入70～80份的水中溶解，加入处理好氮化铝混合粉200～260份，加入水性反应型分散剂3～5份，高速搅拌10分钟后，再砂磨1～8小时，脱泡后加入1～6份引发剂溶液A，并搅拌1～2分钟，搅拌的转速为1450转/分，得到待浇注浆料；

（2）凝胶成型：将步骤（1）的待浇注浆料注入预热且涂抹有脱模剂-凡士林的PVC模具中，并放入70～85℃的烘箱中，凝胶固化成型，5～60分钟后脱模进行干燥和烧结；凝胶体系为丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵；凝胶体系为丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵；

（3）干燥和烧结：先在105℃环境中真空干燥2小时，后在170℃环境中真空干燥4小时，最后在260℃环境中真空干燥30小时，除去溶剂后，得到可进行后续加工或待加工的氮化铝坯体。

进一步改进地，在步骤（1）中，上述氮化铝混合粉的制备：将氮化铝粉体1～6份、烧结助剂粉末30～60份、磷酸二氢铝8～12份和聚四氟乙烯粉末8～12份分别加入尼龙球磨罐中，磨球为级配为1mm～6mm的氧化锆球或者氧化铝球，干磨8小时后备用。

进一步改进地，烧结助剂按组分分为两种：第一种,组分为氟化钇、氟化镧、氧化钇和氧化镧中的一种或者几种混合；第一种, 组分为硼酸钙、偏硼酸钙和硼酸钙镁中的一种或者几种混合。

进一步改进地，上述第二种烧结助剂的粉末活化工艺：硼酸盐和1N硝酸或醋酸溶液的重量比1：1～2的条件下，球磨5小时后加入甲醇钙或乙酸钙，球磨4小时，用氨水调节PH值为8.0～8.5后，球磨1小时，在105℃的环境中烘干磨细。

进一步改进地，上述水性反应型分散剂的制备：将丙烯酸30份、三羟甲基丙烷50份、苯磺酸1份和苯醌0.01份混合后在140℃条件下反应2小时，降温80℃后 ，再将NN,-二甲基丙烯酰胺20份、异丙醇50份、偶氮二异丁腈0.3份和线性二聚体0.5份的混合物滴加进入，反应3小时后，加15份二甲基乙醇胺或三乙胺得到水性反应型分散剂。

由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明公开了一种用水基胶凝技术来制备复杂形状的氮化铝陶瓷坯体的制备方法,氮化铝陶瓷坯体材料以不同颗粒度级配的氮化铝混合粉为原料，添加复相活性无机烧结助剂，添加稀土氧化物或氟化物烧结助剂，助剂组成分别是氟化钇、氟化镧、氧化钇、氧化镧中的一种或混合物，或者是活化的硼酸钙、偏硼酸钙、硼酸钙镁中的一种或混合物，坯体具有很好的加工性能，并可通过高温烧结得到氮化铝陶瓷材料。

具体实施方式

具体实施例1

一种水基凝胶体系制备氮化铝坯体的制备工艺,按重量g计，包括以下步骤：

（1）制备凝胶浆料：将 8g的过硫酸铵加入90g的水中搅拌溶解，搅拌均匀溶解后得到溶液A；将18的丙烯酰胺和4的N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入70g的水中溶解，加入处理好氮化铝混合粉200g，加入水性反应型分散剂3g，高速搅拌10分钟后，再砂磨1小时，脱泡后加入1g引发剂溶液A，并搅拌1分钟，搅拌的转速为1450转/分，得到待浇注浆料；

（2）凝胶成型：将步骤（1）的待浇注浆料注入预热且涂抹有脱模剂-凡士林的PVC模具中，并放入70℃的烘箱中，凝胶固化成型，5分钟后脱模进行干燥和烧结；凝胶体系为丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵；凝胶体系为丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵；

（3）干燥和烧结：先在105℃环境中真空干燥2小时，后在170℃环境中真空干燥4小时，最后在260℃环境中真空干燥30小时，除去溶剂后，得到可进行后续加工或待加工的氮化铝坯体。

在步骤（1）中，上述氮化铝混合粉的制备：将氮化铝粉体1g、烧结助剂粉末30g、磷酸二氢铝8g和聚四氟乙烯粉末8g分别加入尼龙球磨罐中，磨球为级配为1mm的氧化锆球或者氧化铝球，干磨8小时后备用。

烧结助剂的组分为氟化钇、氟化镧、氧化钇和氧化镧中的一种或者几种混合，优选氟化钇和氧化镧。

上述水性反应型分散剂的制备：将丙烯酸30g、三羟甲基丙烷50g、苯磺酸1g和苯醌0.01g混合后在140℃条件下反应2小时，降温80℃后 ，再将NN,-二甲基丙烯酰胺20g、异丙醇50g、偶氮二异丁腈0.3g和线性二聚体0.5g的混合物滴加进入，反应3小时后，加15g二甲基乙醇胺或三乙胺得到水性反应型分散剂。

具体实施例2

一种水基凝胶体系制备氮化铝坯体的制备工艺,按重量g计，包括以下步骤：

（1）制备凝胶浆料：将 12g的过硫酸铵加入100g的水中搅拌溶解，搅拌均匀溶解后得到溶液A；将22g的丙烯酰胺和6g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入80g的水中溶解，加入处理好氮化铝混合粉260g，加入水性反应型分散剂5g，高速搅拌10分钟后，再砂磨8小时，脱泡后加入6g引发剂溶液A，并搅拌2分钟，搅拌的转速为1450转/分，得到待浇注浆料；

（2）凝胶成型：将步骤（1）的待浇注浆料注入预热且涂抹有脱模剂-凡士林的PVC模具中，并放入85℃的烘箱中，凝胶固化成型，60分钟后脱模进行干燥和烧结；凝胶体系为丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵；凝胶体系为丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵；

（3）干燥和烧结：先在105℃环境中真空干燥2小时，后在170℃环境中真空干燥4小时，最后在260℃环境中真空干燥30小时，除去溶剂后，得到可进行后续加工或待加工的氮化铝坯体。

在步骤（1）中，上述氮化铝混合粉的制备：将氮化铝粉体6g、烧结助剂粉末60g、磷酸二氢铝12g和聚四氟乙烯粉末12g分别加入尼龙球磨罐中，磨球为级配为6mm的氧化锆球或者氧化铝球，干磨8小时后备用。

上述烧结助剂的组分为硼酸钙、偏硼酸钙和硼酸钙镁中的一种或者几种混合，优选偏硼酸钙和硼酸钙镁。

上述烧结助剂的粉末活化工艺：硼酸盐和1N硝酸或醋酸溶液的重量比1：1～2的条件下，球磨5小时后加入甲醇钙或乙酸钙，球磨4小时，用氨水调节PH值为8.0～8.5后，球磨1小时，在105℃的环境中烘干磨细。

上述水性反应型分散剂的制备：将丙烯酸30g、三羟甲基丙烷50g、苯磺酸1g和苯醌0.01g混合后在140℃条件下反应2小时，降温80℃后 ，再将NN,-二甲基丙烯酰胺20g、异丙醇50g、偶氮二异丁腈0.3g和线性二聚体0.5g的混合物滴加进入，反应3小时后，加15g二甲基乙醇胺或三乙胺得到水性反应型分散剂。

具体实施例3

一种水基凝胶体系制备氮化铝坯体的制备工艺,按重量g计，包括以下步骤：

（1）制备凝胶浆料：将 10g的过硫酸铵加入90g的水中搅拌溶解，搅拌均匀溶解后得到溶液A；将20g的丙烯酰胺和5g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入75g的水中溶解，加入处理好氮化铝混合粉250g，加入水性反应型分散剂4g，高速搅拌10分钟后，再砂磨5小时，脱泡后加入4g引发剂溶液A，并搅拌2分钟，搅拌的转速为1450转/分，得到待浇注浆料；

（2）凝胶成型：将步骤（1）的待浇注浆料注入预热且涂抹有脱模剂-凡士林的PVC模具中，并放入75℃的烘箱中，凝胶固化成型，30分钟后脱模进行干燥和烧结；凝胶体系为丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵；

（3）干燥和烧结：先在105℃环境中真空干燥2小时，后在170℃环境中真空干燥4小时，最后在260℃环境中真空干燥30小时，除去溶剂后，得到可进行后续加工或待加工的氮化铝坯体。

在步骤（1）中，上述氮化铝混合粉的制备：将氮化铝粉体5g、烧结助剂粉末40g、磷酸二氢铝9g和聚四氟乙烯粉末10g分别加入尼龙球磨罐中，磨球为级配为4mm的氧化锆球或者氧化铝球，干磨8小时后备用。

烧结助剂的组分为氟化钇、氟化镧、氧化钇和氧化镧中的一种或者几种混合，优选氟化镧。

上述水性反应型分散剂的制备：将丙烯酸30g、三羟甲基丙烷50g、苯磺酸1g和苯醌0.01g混合后在140℃条件下反应2小时，降温80℃后 ，再将NN,-二甲基丙烯酰胺20g、异丙醇50g、偶氮二异丁腈0.3g和线性二聚体0.5g的混合物滴加进入，反应3小时后，加15g二甲基乙醇胺或三乙胺得到水性反应型分散剂。

具体实施例4

一种水基凝胶体系制备氮化铝坯体的制备工艺,按重量g计，包括以下步骤：

（1）制备凝胶浆料：将 8g的过硫酸铵加入92g的水中搅拌溶解，搅拌均匀溶解后得到溶液A；将20g的丙烯酰胺和5g的N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入75g的水中溶解，加入处理好氮化铝混合粉250g，加入水性反应型分散剂5g，高速搅拌10分钟后，再砂磨6小时，脱泡后加入5g引发剂溶液A，并搅拌1.5分钟，搅拌的转速为1450转/分，得到待浇注浆料；

（2）凝胶成型：将步骤（1）的待浇注浆料注入预热且涂抹有脱模剂-凡士林的PVC模具中，并放入80℃的烘箱中，凝胶固化成型，50分钟后脱模进行干燥和烧结；凝胶体系为丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵；凝胶体系为丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵；

（3）干燥和烧结：先在105℃环境中真空干燥2小时，后在170℃环境中真空干燥4小时，最后在260℃环境中真空干燥30小时，除去溶剂后，得到可进行后续加工或待加工的氮化铝坯体。

在步骤（1）中，上述氮化铝混合粉的制备：将氮化铝粉体5g、烧结助剂粉末50g、磷酸二氢铝10g和聚四氟乙烯粉末10g分别加入尼龙球磨罐中，磨球为级配为6mm的氧化锆球或者氧化铝球，干磨8小时后备用。

烧结助剂的组分为硼酸钙、偏硼酸钙和硼酸钙镁中的一种或者几种混合，优选硼酸钙。

上述第二种烧结助剂的粉末活化工艺：硼酸盐和1N硝酸或醋酸溶液的重量比1：1的条件下，球磨5小时后加入甲醇钙或乙酸钙，球磨4小时，用氨水调节PH值为8.0～8.5后，球磨1小时，在105℃的环境中烘干磨细。

上述水性反应型分散剂的制备：将丙烯酸30g、三羟甲基丙烷50g、苯磺酸1g和苯醌0.01g混合后在140℃条件下反应2小时，降温80℃后 ，再将NN,-二甲基丙烯酰胺20g、异丙醇50g、偶氮二异丁腈0.3g和线性二聚体0.5g的混合物滴加进入，反应3小时后，加15g二甲基乙醇胺或三乙胺得到水性反应型分散剂。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。