專利名稱：用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具及其制作方法。
背景技術(shù)：
注漿成型是一種簡(jiǎn)便而又實(shí)用的陶瓷成型工藝，通常以石膏作為成型的 模具。石膏模具具有成本低、加工工藝簡(jiǎn)單、吸水性能好、易脫模等優(yōu)點(diǎn)； 但不足之處是力學(xué)強(qiáng)度低，耐磨性能差，易阻塞，使用壽命短。此外，石膏 模具在注漿、干燥過程中極易受損，而成為雜質(zhì)進(jìn)入陶瓷素坯。這些微量的 雜質(zhì)不會(huì)對(duì)傳統(tǒng)陶瓷造成明顯的影響。但是先進(jìn)陶瓷(特別是透明陶瓷)對(duì) 于純度的要求很高，對(duì)雜質(zhì)成分非常敏感，由石膏引入的微量雜質(zhì)足以造成 其物理、化學(xué)性質(zhì)的變化。例如在透明氧化鋁陶瓷注漿成型工藝中，石膏模 具中的鈣離子污染會(huì)引起氧化鋁晶粒異常長(zhǎng)大，導(dǎo)致透光率下降，無法滿足 正常的使用要求。雖然，在成型以后可以通過一定的方法除去其中的污染物， 但無疑會(huì)增加工序，提高成本。
為了解決上述問題，許多科研工作者致力于開發(fā)新的材料取代石膏模 具。近年來多孔陶瓷和多孔塑料逐漸得到應(yīng)用。但是用這兩種材料制造的模 具工藝復(fù)雜，成本昂貴，所以難以推廣應(yīng)用。
對(duì)石膏模具進(jìn)行改進(jìn)處理是另一種可行的辦法。比如在石膏模具中添加 纖維可以在一定程度上提高石膏模具的力學(xué)強(qiáng)度。中國專利CN1088149提出 在石膏模具的工作面上涂布一層涂料提高石膏模具的使用壽命，但所述涂料 主要是油性物質(zhì)，與水不浸潤，從而會(huì)降低石膏模具的吸水性能。更為重要 的是，現(xiàn)有的改進(jìn)處理技術(shù)并未能從根本上解決石膏模具污染產(chǎn)品的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有石膏模具強(qiáng)度低、污染產(chǎn)品等問題，本發(fā)明目的在于提供 一種改進(jìn)的石膏模具及其制作方法，所提供的模具適用于現(xiàn)代陶瓷特別是透 明陶瓷的注漿成型。本發(fā)明是在普通石膏模具的工作表面涂覆一層親水性多 孔表面隔離層，不僅將模具表面和坯體隔離開來，而且提高了模具表面的強(qiáng) 度，同時(shí)不會(huì)影響石膏模具的吸水性。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
(1) 按照傳統(tǒng)的方法制備石膏模具，待用。
(2) 制備親水性混合液。該混合液經(jīng)過一定的物理或者化學(xué)變化能形成 凝膠。該混合液可以是含有乙烯基或者烯丙基官能團(tuán)的水溶液，通過自由基 聚合反應(yīng)生成凝膠；也可以是含有水性環(huán)氧樹脂或者水性環(huán)氧化合物的水溶 液或者乳濁液，加入固化劑后形成凝膠；也可以是含有淀粉、纖維素、瓊脂 或者明膠等多糖類聚合物的水溶液或者懸浮液，通過改變溫度或者改變pH 值形成凝膠；還可以是含有蛋白質(zhì)的水溶液或者懸浮液，通過改變溫度或者 改變pH值形成凝膠。
(3) 在上述水性混合液中外加加入0. 5-15wt% (相對(duì)于水性混合液的重 量)的固體顆粒，形成懸浮涂覆液。該固體顆粒的顆粒尺寸不大于10 um。 固體顆粒加入的時(shí)間與上述水性混合液的制備可以同時(shí)進(jìn)行或者交叉進(jìn)行。 該固體顆粒與模具所要成型的陶瓷是相同的材料，或者不會(huì)對(duì)所要成型的陶 瓷性能帶來影響。
(4) 將上述懸浮涂覆液按照一定的量涂覆在石膏模具的工作表面，依靠 石膏的吸水性將先前加入的固體顆粒沉積在石膏的表面，形成厚度不大于 0.5mm的表面隔離層；而水性混合液滲透至石膏內(nèi)部。所述涂覆工藝可以是 霧化噴淋、高壓噴涂、靜電噴涂、浸漬、刷子涂覆等。(5)在一定的條件下水性混合液發(fā)生變化，形成凝膠，將石膏和沉積在 其表面的固體顆粒粘結(jié)在一起。適當(dāng)干燥后，揮發(fā)的水分在表面隔離層留下 孔隙，就得到本發(fā)明所述的注漿成型模具。所形成的凝膠與固體顆粒結(jié)合在 一起，覆蓋在石膏表面，增加了模具的表面強(qiáng)度。此外，滲透至石膏內(nèi)部的 水性混合液形成凝膠后還可以增強(qiáng)石膏模具內(nèi)部的強(qiáng)度。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方式是所述懸浮涂覆液至少包括水；占懸浮涂覆液
重量5-35%的單官能單體和雙官能單體，所述官能團(tuán)可以是乙烯基或者烯丙 基；自由基引發(fā)劑；以及固體顆粒。也可以同時(shí)含有固體顆粒分散劑、表 面活性劑或者催化劑等等。
所述單官能單體可以是丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰胺(MAM)、乙烯基吡 咯垸酮(NVP)以及甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(MPEGMA)等等。所述雙官能單 體可以是N，N，-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAM)。所述自由基引發(fā)劑為 N，N，N， ，N，，-四甲基乙二胺(TEMED)。所述自由基引發(fā)劑可以選用過硫酸銨 (APS)或者偶氮二異丁咪鹽酸鹽(AZAP)。
所述懸浮涂覆液要在氮?dú)?、氬氣或者真空的條件下，涂覆在石膏模具的 表面，直至凝膠變化完成。因?yàn)檠鯕獾拇嬖跁?huì)阻止自由基聚合反應(yīng)的發(fā)生。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選方式是所述懸浮涂覆液含有水；占懸浮涂覆液重 量5-45%的雙官能或者多官能水性環(huán)氧樹脂或環(huán)氧化合物；固體顆粒；水性 環(huán)氧樹脂固化劑。也可以含有分散劑以及表面活性劑等。
所述雙官能或者多官能水性環(huán)氧樹脂或環(huán)氧化合物可以是非水溶性環(huán) 氧樹脂水乳液、水性化改性環(huán)氧樹脂或者水溶性環(huán)氧樹脂。例如乙二醇縮 水甘油醚、丙二醇縮水甘油醚、丙三醇縮水甘油醚以及山梨醇縮水甘油醚等 等。
所述的水性環(huán)氧樹脂固化劑可以是多胺型或者酸酐型固化劑，也可以是 含有羧基或羥基等能與環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生加成反應(yīng)的物質(zhì)。所述懸浮涂覆液能夠發(fā)生聚合反應(yīng)，從而變成凝膠體。要在凝膠化之前 將其涂覆在石膏模具表面。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選方式是在85。C以上的熱水中加入0.5-25% (相對(duì)
于水的重量)的淀粉、纖維素、明膠或者瓊脂等多糖類聚合物，并不斷攪拌
使其溶解在水中；適當(dāng)降低溫度，但不要低于凝膠化溫度；然后加入固體顆 粒，攪拌均勻得到懸浮涂覆液；最后把所得懸浮涂覆液按照一定的量涂覆在 預(yù)熱到50-7(TC左右的石膏模具表面，經(jīng)過冷卻使懸浮涂覆液發(fā)生凝膠化。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)選方式是將5-35% (相對(duì)于水的重量)的蛋白質(zhì)溶 解在水中；加入固體顆粒攪拌均勻后，將其涂覆在石膏模具的表面；然后把 石膏模具放入8(TC左右的高濕度烘箱中加熱；最后取出冷卻即可。所述的蛋 白質(zhì)可以是雞蛋白、血蛋白或者乳蛋白。
本發(fā)明的有益效果是有效地阻止了石膏模具與素坯的接觸，同時(shí)增加了 模具的使用壽命。選擇與素坯成分相同或者不會(huì)影響素坯質(zhì)量的固體顆粒， 避免了接觸污染，適用于對(duì)于污染比較敏感的先進(jìn)陶瓷的注漿成型，特別適 用于透明陶瓷的成型。相對(duì)于多孔陶瓷和多孔塑料模具，本發(fā)明在于對(duì)石膏 模具進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，具有工藝簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明通過下面的實(shí)施例詳細(xì)說明。
實(shí)施例1:
將12g甲基丙烯酰胺和3g N， N，-亞甲基雙丙烯酰胺加入到85g水中充 分溶解后；再加入5g平均粒度為0.25 um的氧化鋁粉，攪拌均勻；隨后加 入10%的過硫酸銨溶液0. 46 ml和0.05 ml N，N，N， ，N，，-四甲基乙二胺， 并快速攪拌均勻得到所需的懸浮液；將所得懸浮液轉(zhuǎn)移至充滿氮?dú)獾氖痔紫?中，按照0.4ml/cm2的用量涂覆在石膏模具的工作表面；放置1小時(shí)后取出， 放入45'C的烘箱中干燥。所得模具的表面隔離層牢固地粘附在石膏表面，不 易脫落，吸水性強(qiáng)。 將45 Wt^的高純氧化鋁漿料澆在上述模具表面，得到片狀素坯。干燥
后，先在1000。C下煅燒；然后在1850。C的氫氣爐中保溫3小時(shí)，可以得到半
透明的氧化鋁片。而用未經(jīng)處理的石膏作為模具，采用同樣的方法制備的氧 化鋁片有許多白點(diǎn)和微裂紋。
實(shí)施例2:
將12g山梨醇縮水甘油醚與88g水混合，得到100g乳液；往其中加入 3g平均粒徑為0.45 um的氧化鋁粉，球磨30分鐘后；再加入6 ml 二丙三 胺，攪拌IO分鐘，得到懸浮涂覆液；將懸浮涂覆液按0.2 ml/cm2的量噴淋 在石膏模具的工作表面，靜置60分鐘后，放入5(TC的烘箱中烘干。所得模 具的表面隔離層牢固地粘附在石膏表面，不易脫落，吸水性強(qiáng)。
將45wt^的高純氧化鋁漿料澆在上述模具表面；干燥后，先在100(TC 下煅燒；然后在185(TC的氫氣爐中保溫3小時(shí)，可以得到半透明的氧化鋁片。
實(shí)施例3:
將2g瓊脂加入98g水中，加熱至開始沸騰；隨后冷卻至7(TC;再加入 5g氧化釔粉，保持在7(TC左右攪拌，得到懸浮涂覆液；同時(shí)將石膏模具加熱 至60°C;然后將懸浮涂覆液按0. 1 ml/cm2的量噴涂在石膏模具的工作表面； 冷卻后瓊脂形成凝膠；干燥后就得到覆蓋有氧化釔隔離層的模具。
將50 wt。/。的高純氧化釔漿料澆在上述模具表面；干燥后，先在IOO(TC 下煅燒；然后在1850'C的氫氣爐中保溫3小時(shí)，得到高純氧化釔陶瓷的相對(duì) 密度大于99.9%。
實(shí)施例4:
將10g乳蛋白粉加入90g水中充分溶解；再加入lg釔鋁石榴石(YAG) 粉，攪拌均勻得到懸浮涂覆液；將其按0.2ml/cm2的量涂覆在石膏模具的表 面；然后把石膏模具放入8(TC左右的高濕度烘箱中；2小時(shí)后轉(zhuǎn)移至45°C 的烘箱干燥。所得模具的釔鋁石榴石粉的表面隔離層牢固地粘附在石膏表面， 不易脫落，吸水性強(qiáng)。 將40 wtX的高純釔鋁石榴石漿料澆在上述模具表面；干燥后，先在1000
"C下煅燒；然后在175(TC的氫氣爐中保溫5小時(shí)，得到透明的釔鋁石榴石陶
瓷。而用未經(jīng)處理的石膏作為模具，釆用同樣的方法制備的釔鋁石榴石陶瓷 不透明。
權(quán)利要求
1、一種用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具，其特征在于普通石膏模具的工作表面涂覆一層懸浮的涂覆液，依靠石膏的吸水性使懸浮涂覆液中的固體顆粒沉積在石膏的表面，形成表面隔離層。
2、 按權(quán)利要求1所述的用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具，其特征在 于所述的表面隔離層的厚度不大于0.5mm。
3、 按權(quán)利要求1所述的用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具，其特征在 于所述的懸浮涂覆液由固體顆粒和親水性混合液組成；在親水性混合液中外 加的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5_15%固體顆粒。
4、 按權(quán)利要求1或3所述的用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具，其特 征在于所述固體顆粒為氧化鋁、氧化釔、釔鋁石榴石、鎂鋁尖晶石或莫來石 中的任一種。
5、 按權(quán)利要求l、 3所述的用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具，其特 征在于所述的固體顆粒的尺寸不大于l(Him。
6、 按權(quán)利要求4所述的用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具，其特征在 于所述的固體顆粒的尺寸不大于l(Him。
7、 制作如權(quán)利要求1所述的用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具的方 法，其步驟在于a) 制作普通石膏模具；b) 制備親水性混和液，有下述幾種中的任一種(i )乙烯基或烯丙基管能團(tuán)的親水混和液，通過自由基引發(fā)劑聚合反 應(yīng)生成凝膠；官能團(tuán)在親水混和液中百分含量為5%_35。％;(ii)質(zhì)量百分含量為5。％—45%的水性環(huán)氧樹脂或水性環(huán)氧化合物的 水溶液或乳濁液，加入固化劑后形成凝膠；(iii) 淀粉、纖維素、瓊脂或明膠多糖類聚合物的水溶液或懸浮液，通過改變溫度或PH值形成凝膠；多糖類聚合物相對(duì)于水的質(zhì)量的百分含量為 0.5%_25%;(iv) 蛋白質(zhì)的水溶液或懸浮液，通過改變溫度或PH值形成凝膠；蛋 白質(zhì)相對(duì)于水的質(zhì)量，蛋白質(zhì)的質(zhì)量百分含量為5%—35%;c) 在步驟b形成親水混和液中外加質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5_15%的固體顆粒， 形成懸浮涂覆液；d) 將步驟c形成懸浮涂覆液涂覆在步驟a制作的石膏模具的工作表面， 形成表面隔離層從而制作成用于陶瓷注漿成型改進(jìn)的石膏模具。
8、 按權(quán)利要求7所述的用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具的制作方 法，其特征在于步驟b中(i)的管能團(tuán)為單官能單體或雙管能單體；所述 的自由基引發(fā)劑為過硫酸銨或者偶氮二異丁咪鹽酸鹽。
9、 按權(quán)利要求7所述的用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具的制作方 法，其特征在于所述的單官能單體是丙稀酰胺、甲基丙稀酰胺、乙烯基吡咯 垸酮或者甲氧基聚乙二醇甲基丙稀酸酯中的一種或幾種；所述的雙官能單體 是N,N' —亞甲基雙丙稀酰胺。
10、 按權(quán)利要求7所述的用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具的制作方 法，其特征在于步驟b中(ii)所述的水性環(huán)氧樹脂或者水性環(huán)氧化合物是 乙二醇縮水甘油醚、丙二醇縮水甘油醚、丙三醇縮水甘油醚或者山梨醇縮水 甘油醚中的一種或幾種。
11、 按權(quán)利要求7所述的用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具的制作方法，其特征在于步驟b中(iii)所述的水性環(huán)氧樹脂固化劑為多胺型或者酸 酐型的固化劑，或者是含有羧基或羥基能與環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生加成反應(yīng)的物質(zhì)。
12、按權(quán)利要求7所述的用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具的制作方 法，其特征在于步驟b中(iv)所述的蛋白質(zhì)為雞蛋白、血蛋白或乳蛋白。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于陶瓷注漿成型的改進(jìn)的石膏模具及其制作方法。其特征在于在普通石膏模具的工作表面涂覆一層親水性多孔表面隔離層，具體是先配制經(jīng)過一定的物理或者化學(xué)變化能變成水凝膠的水性混合液；同時(shí)加入0.5-15％(相對(duì)于水性混合液的重量)的固體顆粒，形成懸浮涂覆液；將所述懸浮涂覆液涂覆在石膏模具的工作表面；在一定的條件下水性混合液形成凝膠，將石膏和沉積在其表面的固體顆粒粘結(jié)在一起；最后適當(dāng)干燥。解決了現(xiàn)有石膏模具強(qiáng)度低，不僅提高了模具的表面強(qiáng)度，又避免了石膏與制品直接接觸。本發(fā)明提供的改進(jìn)后的石膏模具制作適用于對(duì)純度要求高的先進(jìn)陶瓷或透明陶瓷的注漿成型。
文檔編號(hào)B28B7/36GK101204830SQ200710172520
公開日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者馮明輝, 島井駿藏, 毛小建, 王士維 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所